分組密碼AES和SMS4的安全性分析.pdf

1、分組密碼屬于對(duì)稱密碼體制，具有加解密速度快、易于標(biāo)準(zhǔn)化和便于軟硬件實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，在信息安全領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。因此，圍繞分組密碼的安全性分析進(jìn)行研究具有重要意義。本文針對(duì)高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES和國(guó)內(nèi)官方公布的第一個(gè)商用分組密碼算法SMS4給出了新的密碼分析方法，取得了如下成果：
　　 1.研究了高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES的不可能差分密碼分析。利用AES線性變換的差分分支數(shù)為5的特點(diǎn)，提出了AES更一般的4輪不可能差分區(qū)分器；然后，利用表查詢方法

2、和早淘汰方法，提出了AES不可能差分密碼分析中新的密鑰篩選技術(shù)?；贏ES中廣泛使用的4輪不可能差分區(qū)分器和新的密鑰篩選技術(shù)，利用密鑰擴(kuò)展方案，給出了7輪AES-128、7輪AES-192、7輪AES-256和8輪AES-256新的不可能差分密碼分析。與最優(yōu)的AES不可能差分密碼分析相比，在數(shù)據(jù)復(fù)雜度和存儲(chǔ)復(fù)雜度都不變的情況下，上述不可能差分密碼分析的時(shí)間復(fù)雜度降低。
　　 2.基于差分密碼分析原理，提出了分組密碼新的分析方法：

3、非對(duì)稱不可能飛來器攻擊。該分析方法是通過構(gòu)造非對(duì)稱不可能飛來器區(qū)分器，排除滿足這種關(guān)系的密鑰，并最終恢復(fù)出正確密鑰的一種攻擊方法。利用密鑰編排方案、表查詢方法和數(shù)據(jù)多次利用方法，把新分析方法應(yīng)用于AES-128：首先構(gòu)造了AES的4輪非對(duì)稱不可能飛來器區(qū)分器，然后基于該區(qū)分器對(duì)7輪AES-128進(jìn)行了攻擊。與已有7輪AES-128的攻擊相比，新攻擊的數(shù)據(jù)復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度降低，其代價(jià)是存儲(chǔ)復(fù)雜度有所提高。
　　 3.研究了AES

4、的中間相遇攻擊。利用AES輪變換的特點(diǎn)，分別提出了沒有密鑰白化時(shí)和帶有密鑰白化時(shí)5輪AES的新性質(zhì)。基于兩種性質(zhì)和時(shí)空折中技術(shù)，首先給出了未考慮密鑰擴(kuò)展方案時(shí)8輪AES的中間相遇攻擊，然后給出了利用密鑰擴(kuò)展方案時(shí)8輪AES-192和8輪AES-256的中間相遇攻擊。同時(shí)，在8輪AES-192的攻擊中，通過改變表的存儲(chǔ)和索引，提出了新的部分表查詢技術(shù)。已有的中間相遇攻擊可分為兩類，與第一類攻擊相比，在數(shù)據(jù)復(fù)雜度不變的情況下，新攻擊的時(shí)間復(fù)

5、雜度和存儲(chǔ)復(fù)雜度降低；與第二類攻擊相比，在8輪AES-256和未考慮密鑰擴(kuò)展方案的8輪AES中，新攻擊的數(shù)據(jù)復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度降低，其代價(jià)是存儲(chǔ)復(fù)雜度有所提高。
　　 4.研究了SMS4抵抗差分密碼分析的能力。根據(jù)SMS4中線性變換的性質(zhì)和S盒的差分分布特性，詳細(xì)分析了SMS4的4輪差分特征，指出SMS4的19輪差分特征是由相同結(jié)構(gòu)的4輪差分特征級(jí)聯(lián)而成?；诟怕蕿?-125的19輪差分特征，提出了23輪SMS4的差分密碼分析。

6、結(jié)果表明：新分析的時(shí)間復(fù)雜度和存儲(chǔ)復(fù)雜度低于已有23輪SMS4的分析，其代價(jià)是數(shù)據(jù)復(fù)雜度有所提高。
　　 5.研究了SMS4抵抗線性密碼分析的能力。根據(jù)SMS4中線性變換的性質(zhì)和S盒的線性逼近特性，構(gòu)造了SMS4新的16輪線性逼近?；谠摼€性逼近，提出了20輪SMS4的線性密碼分析。結(jié)果表明：新分析的數(shù)據(jù)復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度低于已有20輪SMS4的線性密碼分析，其代價(jià)是存儲(chǔ)復(fù)雜度有所提高。同時(shí)，把16輪線性逼近擴(kuò)展為19輪線性逼近