【摘要】：輕量級分組密碼的設計與分析是目前信息安全領域中的熱點問題,差分密碼分析是攻擊迭代分組密碼的最有效的兩種方法之一,本文主要討論了輕量級分組密碼的差分分析,包括設計最大差分輪特征搜索算法,以及用此搜索算法攻擊RECTANGLE分組密碼,改進P置換層,達到更好的抗差分性能。文中首先討論了輕量級分組密碼的設計特點,首先,資源受限環(huán)境下所需處理的數(shù)據(jù)規(guī)模較小,因此對算法的數(shù)據(jù)吞吐量要求較小,其次,資源受限環(huán)境下,對密碼算法的安全性要求不是很高,通常只需中等的安全性即可,再次,在資源受限環(huán)境下,除了安全性之外,需要首先考慮的就是算法實現(xiàn)需要的硬件空間和使用效率。因此,輕量級密碼算法的設計主要就是安全和效率之間的博弈。通常我們可以用兩種方法來設計輕量級分組密碼,第一種是在現(xiàn)有密碼算法的基礎上對它進行輕量級改進,這種方法工作量小,安全性分析也比較容易,但是由于原算法使用環(huán)境要求的不同,改進的算法可能會出現(xiàn)新的問題。第二種就是設計一個全新的輕量級算法,這方法要求的工作量大,安全性分析較困難,但是新算法沒有之前固定算法的限制,設計者可以用可能的方法使其更符合輕量級標準。差分密碼分析是選擇明文攻擊,通過分析明文對的差值對密文對的差值的影響來恢復某些密鑰比特。差分密碼分析雖然是針對DES提出來的,但它對其它類似有固定S盒的密碼算法同樣也有效,它是迄今已知的攻擊迭代分組密碼體制最有效的方法之一。自差分密碼分析方法提出以來,每一個分組密碼設計者都把能否抵抗差分攻擊作為衡量一個分組密碼體制的安全性的重要指標之一。在文中我們首先介紹了差分分析方法,并給出了針對SPN結(jié)構(gòu)輕量級分組密碼的最佳差分路徑搜索算法,該算法是模塊化的算法,將混淆層和擴散層分離設計,并用遞歸算法逐輪搜索每輪的最佳差分,最終得到全輪的最佳差分路徑。RECTANGLE輕量級分組密碼算法是SPN結(jié)構(gòu)的,采用了線性移位的置換層以及4×4bit的S盒,正如作者所說,是資源消耗極少的,硬件實現(xiàn)簡單的輕量級分組密碼。同時作者為了改變硬件實現(xiàn)簡單軟件實現(xiàn)復雜的通病,在軟件實現(xiàn)上采用Bit-Slice技術,相較于其他輕量級分組密碼有很大優(yōu)勢。我們實現(xiàn)了RECTANGLE算法的差分迭代特征搜索,得出了和作者相同的結(jié)論。同時嘗試改進了P置換,改變P置換的第二行或第三行的左移位數(shù),破壞原算法中的一組概率比較高的單輪差分特征,在全擴散輪數(shù)僅增加一輪的情況下,選出新的P置換使得最佳差分路徑概率最小。使算法能更有效的抵抗差分攻擊。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN918.1

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本文編號：2567403