分組密碼AES和SMS4的安全性分析.pdf

1、分組密碼屬于對稱密碼體制，具有加解密速度快、易于標準化和便于軟硬件實現(xiàn)等特點，在信息安全領域有廣泛的應用。因此，圍繞分組密碼的安全性分析進行研究具有重要意義。本文針對高級加密標準AES和國內官方公布的第一個商用分組密碼算法SMS4給出了新的密碼分析方法，取得了如下成果：
　　 1.研究了高級加密標準AES的不可能差分密碼分析。利用AES線性變換的差分分支數(shù)為5的特點，提出了AES更一般的4輪不可能差分區(qū)分器；然后，利用表查詢方法

2、和早淘汰方法，提出了AES不可能差分密碼分析中新的密鑰篩選技術。基于AES中廣泛使用的4輪不可能差分區(qū)分器和新的密鑰篩選技術，利用密鑰擴展方案，給出了7輪AES-128、7輪AES-192、7輪AES-256和8輪AES-256新的不可能差分密碼分析。與最優(yōu)的AES不可能差分密碼分析相比，在數(shù)據(jù)復雜度和存儲復雜度都不變的情況下，上述不可能差分密碼分析的時間復雜度降低。
　　 2.基于差分密碼分析原理，提出了分組密碼新的分析方法：

3、非對稱不可能飛來器攻擊。該分析方法是通過構造非對稱不可能飛來器區(qū)分器，排除滿足這種關系的密鑰，并最終恢復出正確密鑰的一種攻擊方法。利用密鑰編排方案、表查詢方法和數(shù)據(jù)多次利用方法，把新分析方法應用于AES-128：首先構造了AES的4輪非對稱不可能飛來器區(qū)分器，然后基于該區(qū)分器對7輪AES-128進行了攻擊。與已有7輪AES-128的攻擊相比，新攻擊的數(shù)據(jù)復雜度和時間復雜度降低，其代價是存儲復雜度有所提高。
　　 3.研究了AES

4、的中間相遇攻擊。利用AES輪變換的特點，分別提出了沒有密鑰白化時和帶有密鑰白化時5輪AES的新性質?；趦煞N性質和時空折中技術，首先給出了未考慮密鑰擴展方案時8輪AES的中間相遇攻擊，然后給出了利用密鑰擴展方案時8輪AES-192和8輪AES-256的中間相遇攻擊。同時，在8輪AES-192的攻擊中，通過改變表的存儲和索引，提出了新的部分表查詢技術。已有的中間相遇攻擊可分為兩類，與第一類攻擊相比，在數(shù)據(jù)復雜度不變的情況下，新攻擊的時間復

5、雜度和存儲復雜度降低；與第二類攻擊相比，在8輪AES-256和未考慮密鑰擴展方案的8輪AES中，新攻擊的數(shù)據(jù)復雜度和時間復雜度降低，其代價是存儲復雜度有所提高。
　　 4.研究了SMS4抵抗差分密碼分析的能力。根據(jù)SMS4中線性變換的性質和S盒的差分分布特性，詳細分析了SMS4的4輪差分特征，指出SMS4的19輪差分特征是由相同結構的4輪差分特征級聯(lián)而成。基于概率為2-125的19輪差分特征，提出了23輪SMS4的差分密碼分析。

6、結果表明：新分析的時間復雜度和存儲復雜度低于已有23輪SMS4的分析，其代價是數(shù)據(jù)復雜度有所提高。
　　 5.研究了SMS4抵抗線性密碼分析的能力。根據(jù)SMS4中線性變換的性質和S盒的線性逼近特性，構造了SMS4新的16輪線性逼近。基于該線性逼近，提出了20輪SMS4的線性密碼分析。結果表明：新分析的數(shù)據(jù)復雜度和時間復雜度低于已有20輪SMS4的線性密碼分析，其代價是存儲復雜度有所提高。同時，把16輪線性逼近擴展為19輪線性逼近