分組密碼算法XTEA的差分分析和模減差分概率的研究.pdf

1、Tiny Encryption Algorithm(TEA)算法是輕量級(jí)分組密碼算法之一，該算法由Wheeler等人在1994年FSE會(huì)議上提出的分組密碼算法。TEA算法的分組長(zhǎng)度為64比特，密鑰長(zhǎng)度為128比特，迭代輪數(shù)為64輪。該算法整體采用Feistel結(jié)構(gòu)，輪函數(shù)只包含異或運(yùn)算，比特移位，模加運(yùn)算，屬于ARX結(jié)構(gòu)密碼算法。TEA算法提出后，由于輪函數(shù)結(jié)構(gòu)新穎和軟硬件實(shí)現(xiàn)效率較高，得到密碼學(xué)界的廣泛關(guān)注。后來Needham等人分析

2、TEA算法含有兩大弱點(diǎn):一是TEA算法輪函數(shù)的混淆部分存在相關(guān)密鑰攻擊，二是主密鑰的有效長(zhǎng)度是126比特而不是128比特，為了克服以上弱點(diǎn)Needham等人改進(jìn)TEA算法，得到Tea extensions算法，簡(jiǎn)稱XTEA算法。
　　XTEA算法也屬于ARX結(jié)構(gòu)密碼算法;分組長(zhǎng)度同樣為64比特，密鑰長(zhǎng)度128比特，迭代輪數(shù)為64輪。該算法整體仍采用Feistel結(jié)構(gòu)，輪函數(shù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，是由移位操作，模232的加法運(yùn)算和異或運(yùn)算構(gòu)

3、成的。目前XTEA算法也存在很多分析結(jié)果，Moon等人提出對(duì)XTEA算法的不可能差分攻擊，Hong等人的差分攻擊和截?cái)嗖罘址治龅鹊龋既〉帽容^好的結(jié)果。
　　本文主要回顧模加運(yùn)算的差分概率及其性質(zhì)、XTEA算法的3輪迭代差分區(qū)分器和SPECK算法的差分攻擊方法。利用Hong等人找到的14輪差分區(qū)分器，將Dinur對(duì)SPECK算法的差分攻擊方法-“2round attack”的思想與XTEA算法輪函數(shù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，運(yùn)用257.795個(gè)

4、明文對(duì)，對(duì)XTEA算法進(jìn)行差分分析，時(shí)間復(fù)雜度為2123.795,存儲(chǔ)復(fù)雜度為222字節(jié)，并將Hong等人對(duì)XTEA算法的15輪差分攻擊提升到21輪，并恢復(fù)密鑰，是對(duì)XTEA算法傳統(tǒng)差分攻擊中目前最好的結(jié)果。
　　本文最后是在Lipmaa和Mouha等人的研究基礎(chǔ)上，對(duì)三輸入一輸出異或運(yùn)算的模減差分的概率及其性質(zhì)進(jìn)行研究，Lipmaa和Mouha等人只是對(duì)兩輸入一輸出的異或運(yùn)算進(jìn)行研究并提出三輸入一輸出的異或運(yùn)算的模減差分概率應(yīng)用