【摘要】：AES算法在密碼學(xué)和信息安全領(lǐng)域都扮演者不可或缺的角色,因此對(duì)AES進(jìn)行安全性分析具有極為重要的意義。本文主要研究了AES-128/192/256密鑰編排方案的擴(kuò)散不完全性,并利用這一信息泄露找到了密鑰字節(jié)之間的依賴(lài)關(guān)系,進(jìn)而根據(jù)該關(guān)系對(duì)7輪AES-128和8輪Kiasu-BC的不可能差分攻擊和及10輪AES-256中間相遇攻擊進(jìn)行了改進(jìn)。由于和AES密鑰編排方案結(jié)構(gòu)非常相似,本文還研究了塊移位條件下的Feistel-SP結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散不完全性。我們的成果主要包含以下三個(gè)方面:1.首次證明了AES密鑰編排方案的擴(kuò)散不完全性,并得到了密鑰字節(jié)之間的依賴(lài)關(guān)系。本文采用截?cái)嗖罘址治龅姆椒ㄑ芯苛水?dāng)主密鑰差分只有一個(gè)活躍字節(jié)時(shí)密鑰編排方案差分的擴(kuò)散情況,并證明了當(dāng)主密鑰差分活躍字節(jié)的位置為0~11時(shí),AES-128密鑰編排方案無(wú)論經(jīng)過(guò)多少輪變換都不能實(shí)現(xiàn)全擴(kuò)散,進(jìn)而證明了AES-128密鑰編排方案的擴(kuò)散不完全性。采用相同的方法,本文對(duì)AES-192/256密鑰編排方案及其逆向算法也進(jìn)行了分析,并得到了類(lèi)似的結(jié)果。此外,借助于其擴(kuò)散的不完全性,我們得到了任意兩輪密鑰字節(jié)之間的依賴(lài)關(guān)系,并通過(guò)定義AES密鑰字節(jié)關(guān)聯(lián)表(Subkey-byte Connectivity Table)對(duì)該依賴(lài)關(guān)系進(jìn)行了刻畫(huà)。2.基于AES密鑰字節(jié)關(guān)聯(lián)表,提出了AES快速恢復(fù)主密鑰算法。利用該算法,本文對(duì)7輪AES-128和8輪Kiasu-BC不可能差分攻擊中的密鑰恢復(fù)階段進(jìn)行改進(jìn),大幅度降低了該階段的時(shí)間復(fù)雜度,從而在不增加整體攻擊復(fù)雜度的基礎(chǔ)上允許了更多的候選密鑰剩余,進(jìn)而降低了整個(gè)攻擊的時(shí)間、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)復(fù)雜度。此外,利用密鑰字節(jié)之間的依賴(lài)關(guān)系,本文降低了10輪AES-256中間相遇攻擊的存儲(chǔ)復(fù)雜度。3.輪函數(shù)采用SP結(jié)構(gòu)的Feistel結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為Feistel-SP結(jié)構(gòu)。由于Feistel-SP結(jié)構(gòu)與AES密鑰編排方案的結(jié)構(gòu)非常相似,我們研究了當(dāng)SP結(jié)構(gòu)中的線性層P為塊移位時(shí)Feistel-SP結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散不完全性。本文采用截?cái)嗖罘址治龅姆椒ㄗC明了當(dāng)SP結(jié)構(gòu)中的線性層P為塊移位且P的分塊數(shù)n為偶數(shù)時(shí),任意輪數(shù)的Feistel-SP結(jié)構(gòu)都不能實(shí)現(xiàn)全擴(kuò)散。對(duì)于塊移位條件下的Type-1型、Type-2型和Type-3型廣義Feistel-SP結(jié)構(gòu),若線性層分塊數(shù)n和廣義Feistel結(jié)構(gòu)分組數(shù)d不互素,則任意輪數(shù)的該三類(lèi)模型亦均不能實(shí)現(xiàn)全擴(kuò)散。此外,本文還證明了將AES密鑰編排方案中的R變換替換成任意的字節(jié)塊移位變換,AES密鑰編排方案均不能實(shí)現(xiàn)全擴(kuò)散。
【學(xué)位授予單位】：戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN918.4

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