分組密碼Biclique分析方法的研究及其應(yīng)用.pdf

1、在過去的幾年里，隨著通信和電子技術(shù)的快速發(fā)展，F(xiàn)RID標(biāo)簽和傳感器網(wǎng)絡(luò)等低消耗設(shè)備用在了人們的日常生活中，例如訪問控制、停車管理、E-健康等。傳統(tǒng)分組密碼已不適用于這種極其受限制的環(huán)境，輕量級分組密碼應(yīng)運而生。與傳統(tǒng)的分組密碼相比，輕量級分組密碼的密鑰長度和分組長度較短，算法結(jié)構(gòu)較簡單。輕量級分組密碼主要用于大批量、低成本的安全產(chǎn)品中，如移動通信網(wǎng)中的智能終端，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的定位終端，物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器終端等。這些系統(tǒng)終端數(shù)量巨大，功耗

2、要求嚴(yán)格，處理器功能較弱，內(nèi)存有限，算法一旦攻破會造成巨大損失。輕量級分組密碼安全性冗余不夠，安全性有待進一步深入研究。另外，輕量級分組密碼算法安全性的研究也是對密碼技術(shù)的理論擴充。
　　2011年，Andrey Bogdanov等人首次將用于攻擊Hash函數(shù)的Biclique技術(shù)用于對分組密碼算法AES的攻擊，使得Biclique攻擊成為第一個以低于窮搜復(fù)雜度對AES所有密鑰版本的全輪密鑰恢復(fù)攻擊。Biclique攻擊僅僅需要一

3、小部分的密碼本和低的存儲需要。隨后，Biclique密碼分析被廣泛應(yīng)用于分組密碼PRESENT、MIBS、PRINCE、LED、KLEIN等的安全性分析中。由此可見，Biclique密碼分析方法的研究對分組密碼，尤其是輕量級分組密碼的設(shè)計和分析具有重要的理論意義和實際價值。
　　本論文所做的工作如下：
　?。?）詳細(xì)介紹了平衡Biclique和星型Biclique兩種結(jié)構(gòu)密碼分析方法的相關(guān)知識。包括兩種Biclique結(jié)構(gòu)，

4、利用獨立相關(guān)密鑰差分來構(gòu)造Biclique的方法，匹配預(yù)計算，以及復(fù)雜度分析等。
　?。?）選擇輕量級分組密碼LED-112，給出其抗平衡Biclique攻擊結(jié)果。攻擊的計算復(fù)雜度為2111.37次加密，數(shù)據(jù)復(fù)雜度為264個選擇明文，存儲復(fù)雜度為28。這是對112比特密鑰長度的LED算法的首次Biclique攻擊。
　　（3）選擇傳統(tǒng)分組密碼算法AES，給出其抗星型Biclique攻擊結(jié)果。攻擊的計算復(fù)雜度為2126.7次加

5、密，所需要的數(shù)據(jù)可以降低到一個單一的明密文對。
　?。?）選擇輕量級分組密碼算法PRINCE，給出PRINCEcore抗平衡Biclique攻擊結(jié)果。攻擊的計算復(fù)雜度為262.68次加密，數(shù)據(jù)復(fù)雜度為232，存儲復(fù)雜度為28。通過更好的選擇Biclique結(jié)構(gòu)中的差分特征，攻擊的計算復(fù)雜度和數(shù)據(jù)復(fù)雜度都要優(yōu)于之前對PRINCE的Biclique攻擊結(jié)果。
　　（5）同樣對PRINCE算法，給出PRINCEcore抗星型Bic