本文關(guān)鍵詞：輕量級分組密碼LED和TWINE算法的故障攻擊研究

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【摘要】：密碼學(xué)是信息安全技術(shù)的基石。分組密碼以其安全高效的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用,是密碼學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。隨著物聯(lián)網(wǎng)、車載移動網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的發(fā)展,加密設(shè)備開始向存儲空間小、計(jì)算能力差的高受限設(shè)備過渡,傳統(tǒng)加密算法已不再適用。在此背景下,輕量級分組密碼應(yīng)運(yùn)而生,由于它的加密效率高、軟硬件實(shí)現(xiàn)能力強(qiáng)、應(yīng)用前景廣闊,其安全性已受到國內(nèi)外密碼研究者的廣泛關(guān)注。故障攻擊是應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的主要分析方法之一,其原理是利用輻射、激光等物理方法處理加密設(shè)備,在加密過程中導(dǎo)入故障,通過分析正確密文與錯(cuò)誤密文之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系獲得密鑰信息。對輕量級分組密碼算法進(jìn)行故障攻擊,有助于發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下密碼算法的漏洞與不足,對同類算法的設(shè)計(jì)和安全性分析具有重要意義。本文對新型輕量級分組密碼的安全性進(jìn)行了分析,選取了具有SPN結(jié)構(gòu)的LED算法和具有Feistel結(jié)構(gòu)的TWINE算法,采取故障攻擊的方式,結(jié)合不可能差分分析和差分分析的理論基礎(chǔ),分別對兩種算法進(jìn)行了不可能差分故障攻擊和差分故障攻擊。LED算法是由J.Guo等人在2011年的CHES會議上提出的輕量級分組密碼,采用SPN結(jié)構(gòu)。LED算法高效又易于實(shí)現(xiàn),對其安全性的分析也已有較多成果。在故障攻擊方面,已有成果僅將故障導(dǎo)入在最后三輪,若可以將故障導(dǎo)入在更深的輪,將對LED算法的安全性產(chǎn)生新的威脅。本文結(jié)合不可能差分分析的原理,采用半字節(jié)故障模型,首次提出了對LED算法進(jìn)行不可能差分故障攻擊的方法,成功將故障導(dǎo)入在倒數(shù)三輪之前,擴(kuò)大了故障導(dǎo)入的范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在半字節(jié)的故障模型下,不可能差分故障攻擊平均只需48個(gè)和96個(gè)故障便可恢復(fù)LED算法64比特和128比特兩個(gè)版本的密鑰。本文的研究結(jié)果證明了LED算法易受不可能差分故障攻擊的威脅,對于其他同類SPN結(jié)構(gòu)的迭代分組密碼的安全性分析具有重要意義。TWINE算法是T.Suzaki等人于2011年提出的輕量級分組密碼,采用廣義Feistel結(jié)構(gòu)。自提出以來,已經(jīng)有多位學(xué)者研究了TWINE算法的安全性,但是僅局限在對算法結(jié)構(gòu)的分析上,且攻擊復(fù)雜度普遍偏高。本文結(jié)合差分分析的原理,采用半字節(jié)的故障模型,首次提出了對TWINE算法進(jìn)行差分故障攻擊的新方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,平均只需導(dǎo)入8個(gè)和18個(gè)故障,就可以分別恢復(fù)TWINE算法80比特和128比特的密鑰,大大降低了攻擊復(fù)雜度。本文的研究成果證明了TWINE算法易受差分故障攻擊的威脅,對其他具有Feistel結(jié)構(gòu)的同類迭代分組密碼算法的安全性研究具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：輕量級分組密碼 不可能差分故障攻擊 差分故障攻擊
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN918.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 研究的背景和意義10-12
• 1.2 論文的主要工作與研究成果12-13
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)13-15
• 2 分組密碼的研究歷史與現(xiàn)狀15-29
• 2.1 分組密碼的設(shè)計(jì)15-18
• 2.1.1 定義15
• 2.1.2 設(shè)計(jì)原理15-16
• 2.1.3 整體結(jié)構(gòu)16-18
• 2.2 輕量級分組密碼18-19
• 2.3 分組密碼的傳統(tǒng)分析方法19-24
• 2.3.1 窮舉搜索攻擊20-21
• 2.3.2 差分密碼分析21-22
• 2.3.3 不可能差分密碼分析22-23
• 2.3.4 線性密碼分析23-24
• 2.3.5 插值攻擊24
• 2.4 分組密碼的新型分析方法24-28
• 2.4.1 旁路攻擊24-26
• 2.4.2 故障攻擊的實(shí)現(xiàn)方式26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3 LED算法的不可能差分故障攻擊29-43
• 3.1 背景介紹29-30
• 3.2 LED算法簡介30-33
• 3.2.1 加密算法30-33
• 3.2.2 解密算法33
• 3.2.3 密鑰編排方案33
• 3.3 LED算法的不可能差分故障攻擊33-38
• 3.3.1 基本記號和符號33
• 3.3.2 故障模型和基本假設(shè)33-34
• 3.3.3 不可能差分故障攻擊過程34-38
• 3.4 復(fù)雜度分析38-39
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果39-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 4 TWINE算法的差分故障攻擊43-59
• 4.1 背景介紹43-44
• 4.2 TWINE算法簡介44-46
• 4.2.1 TWINE的加密和解密算法44-46
• 4.2.2 密鑰編排方案46
• 4.3 TWINE算法的差分故障攻擊46-50
• 4.3.1 基本記號和符號46-48
• 4.3.2 故障模型和基本假設(shè)48
• 4.3.3 差分故障攻擊過程48-50
• 4.4 復(fù)雜度分析50-52
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果52-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 5 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 本文總結(jié)59
• 5.2 工作展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 攻讀碩士期間取得的研究成果66-67
• 致謝67

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本文編號：1120301