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轻量级分组密码的安全性分析


2017-05-19        撰稿人: 王申晖



学科专业:信息安全

研究方向:密 码 学

指导教师:胡磊 研究员

 

  

分组密码是密码学中的重要分支,在信息安全领域有着广泛的应用和不可替代的作用,可以实现对数据的加密,身份鉴别,消息认证及随机数发生器等等。近年来随着计算领域的发展,物联网的广泛应用,资源受限设备的大量使用推动了轻量级分组密码的发展。学者们提出了很多轻量级的加密算法(例如PRESENT、PRINT 等)。2013 年由美国国家安全局提出的SIMON 和SPECK 算法族尤为受广大学者关注,涌现了大量关于该算法的分析和改进的文章。由2015 年CHES 会议上提出的,结合SIMON 和SPECK 算法族的优点的新算法族Simeck,展现了其在硬件实现上的优越性。

安全性是密码加密算法分析中重要的一环。对于分组密码,主要的分析方法包括:差分分析、线性分析、以及在此基础上很多变形方法(例如,相关密钥差分分析、截断差分分析等)。其中差分分析的主要过程为先获得差分路径,在其基础上进行密钥恢复,最终完成对算法的分析。差分路径作为整个攻击的基础,直接决定了攻击可以达到的轮数及成功概率。本文首先对分组密码算法的设计及其主要分析方法进行了简单介绍,之后重点针对Simeck 算法进行相关密钥差分分析。Siemck 算法与其参考对象类似,也有多种分组模式,包括:Simeck32/64、Simeck48/96、Simeck64/128。文中分析主要针对Simeck32/64 进行分析,其方法可用于更长分组长度的分析中。

本文采用整数规划模型进行差分路径的搜索:首先建立整数规划模型,给出对应运算的不等式描述;之后运用整数规划运算软件搜索路径;最后计算路径概率。文中建立了Simeck 算法差分分析的整数规划具体模型,并在计算概率阶段考虑相关性对于最终结果的影响。实验得到目前针对Simeck32/64 的最好区分器——概率为230 的14 轮差分特征,此外,还在计算概率时考虑了运算的相关性对概率的影响,并给出了相关的依据。

       关键词: 分组密码,轻量级分组密码,差分分析,相关密钥差分分析,Simeck 算法


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