基于Grover算法的量子密角搜索攻擊研究.pdf

1、Grover量子搜索算法具有優(yōu)于經(jīng)典算法的效率和搜索問題廣泛適用性，以密碼學(xué)為基礎(chǔ)的信息安全關(guān)系到國(guó)防和金融安全，開展Grocer搜索算法的相關(guān)理論研究意義重大。論文著重研究了基于Grover搜索算法的分組密碼量子密鑰搜索問題和hash函數(shù)量子碰撞問題，主要包括以下內(nèi)容：
　　 建立并研究了基于Grover算法的分組密碼量子密鑰窮舉攻擊模型，給出了量子密鑰搜索的框架和量子黑箱Oracle設(shè)計(jì)原理。分析研究了分組密碼量子密鑰搜索的

2、惟一解問題，為了保證量子搜索的成功，必須根據(jù)惟一解距離拼接相應(yīng)數(shù)量的分組進(jìn)行搜索。在分析經(jīng)典大規(guī)模并行密鑰搜索的基礎(chǔ)上，提出了并行量子密鑰搜索。并行量子密鑰搜索機(jī)使用經(jīng)典計(jì)算機(jī)分配密鑰空間，通過控制大量量子搜索芯片執(zhí)行并行量子搜索。闡述了并行量子密鑰搜索的可行性，分析了量子密鑰搜索的性能，得出了其搜索的成功概率接近1，以及大規(guī)模并行量子搜索對(duì)當(dāng)前256比特以下的對(duì)稱分組密碼將構(gòu)成威脅的結(jié)論。
　　 研究了分組密碼量子密鑰搜索線路

3、的設(shè)計(jì)問題，給出了量子密鑰搜索Oracle線路的頂層框圖。在分析AES算法和DES算法的計(jì)算流程和需要實(shí)現(xiàn)的計(jì)算模塊的基礎(chǔ)上，詳細(xì)設(shè)計(jì)了AES算法和DES算法密鑰搜索的量子線路。在量子線路的設(shè)計(jì)過程中，采用不同的退計(jì)算策略實(shí)現(xiàn)各模塊，節(jié)約了時(shí)空資源。
　　 研究了分組密碼算法的密鑰長(zhǎng)度、加密算法構(gòu)件和子密鑰生成程序?qū)Φ挚沽孔铀阉鞴舻哪芰Φ挠绊憽Ｌ岢隽孔铀阉鞴魲l件下的對(duì)稱分組密碼優(yōu)化策略：密鑰長(zhǎng)度至少在256比特以上，并盡可能

4、提高其與分組長(zhǎng)度的比值；采用大的隨機(jī)S盒查表運(yùn)算作為代換部件；每一輪子密鑰要依賴于前面所有的子密鑰。針對(duì)上述優(yōu)化原則，設(shè)計(jì)一種強(qiáng)化抵抗量子搜索攻擊的對(duì)稱分組密碼算法RKM-q。RKM-q算法采用獨(dú)特的密鑰S盒，大大增加了量子密鑰搜索的硬件復(fù)雜度。
　　 在分析hash函數(shù)性質(zhì)及其抗碰撞性要求的基礎(chǔ)上，建立并研究了hash函數(shù)的量子弱碰撞模型，給出了hash函數(shù)量子弱碰撞攻擊的Oracle搜索線路的框架。針對(duì)MD4和MD5算法，采