轻量级分组密码的相关密钥不可能飞来去器分析

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伴随互联网的飞速发展,数据处理、传输以及存储的安全性正在经受着严峻的考验。密码学作为信息安全的重要基础,起着越来越重要的作用。而分组密码作为密码学的重点研究内容之一,得到了普遍的应用。随着资源受限设备在计算研究领域的使用不断增长,传统的分组密码因耗费资源过大而不能够满足其要求,因此适用于资源受限的环境,又能够保证其安全性的轻量级分组密码受到了广泛的关注。  1分组密码在设计之初均考虑了对已有攻击方法的抵抗能力,如对差分攻击、线性攻击等的抵抗能力,但为了保证其安全性仍然需要对其进行更深入的研究与分析,因此将多种攻击方法联合使用成为当今密码分析的主流。相关密钥不可能飞来去器分析便是结合了三种分析方法的优点,属于较新型的攻击方法。它具有类似于飞来去器攻击的结构,但是又充分利用了不可能差分的原理。将密码算法看做是两个子密码算法的乘积,这样区分器便由四条概率为1的差分路径构成,并且它们在中间相遇时差分的异或值不为0。构造区分器时,可以分别在加密方向、解密方向独立选择尽可能长的差分链,因此可以找到更理想的可分析路径。  本文对轻量级密码算法的安全性进行了研究,研究的内容主要是针对分组密码的相关密钥不可能飞来去器分析,包括相关密钥不可能飞来去器路径搜索算法以及对轻量级分组密码算法LBlock的相关密钥不可能飞来去器分析的研究。具体研究成果描述如下。  本文对不可能飞来去器路径搜索算法进行了改进,在此基础上,结合相关密钥攻击方法,提出了新的相关密钥不可能飞来去器路径搜索算法,并将其实际应用于LBlock。该算法适用于具有广义Feistel结构或者能转化为广义Feistel结构、加解密矩阵满足1-特性、S盒满足双射的分组密码算法。它能够帮助我们快速寻找到最大长度的相关密钥不可能飞来去器路径,从而大大提高密码分析的效率以及增加密码分析的强度。  根据LBlock中密钥扩展算法的弱点,本文结合不可能飞来去器分析方法,构造了新型的15轮区分器,在此区分器的基础之上,向前扩展添加3轮,向后扩展4轮,首次对22轮LBlock进行了相关密钥不可能飞来去器攻击,其攻击的计算复杂度为次22轮加密,数据复杂度为个选择明文,共可恢复65比特密钥。之后利用改进的不可能飞来去器路径搜索算法对Lblock进行了路径搜索,得到了16轮的相关密钥不可能飞来去器路径,并在此区分器的基础上向前扩展3轮,向后扩展4轮,成功对23轮LBlock进行了攻击,其攻击的计算复杂度为次23轮加密操作,数据复杂度为个选择明文,共可恢复57比特密钥。对比已有对LBlock的攻击结果,71.54251.3272.572482本文攻击的数据复杂度和时间复杂度均有明显的下降。
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