自動化搜索ARX型密碼差分-線性特征的模型及應用.pdf

1、ARX結(jié)構(gòu)是一類僅包含模加(Addition)、循環(huán)移位(Rotation)和異或（Exclusive-OR）運算的密碼結(jié)構(gòu)，在分組密碼、流密碼、Hash函數(shù)以及MAC算法中都有著廣泛的應用。ARX型密碼有著算法結(jié)構(gòu)簡單、運算效率高的特點，非常適合于軟件的實現(xiàn)。
　　差分-線性分析方法是在1994年的美密會上被提出的。通過將滿足一定條件的高概率截斷差分特征與高偏差線性逼近進行組合得到高偏差的差分-線性特征，可對部分密碼算法進行有效

2、地攻擊。2016年的歐密會上，Leurent使用差分-線性分析方法，結(jié)合改進的比特劃分技術(shù)，對ARX型MAC算法Chaskey進行了攻擊，嚴重威脅了Chaskey的安全性，體現(xiàn)了差分-線性分析方法對ARX型密碼分析的有效性。
　　自動化搜索技術(shù)在密碼學中有著廣泛的應用。尤其在近幾年，隨著對ARX型密碼研究的深入，已形成一整套搜索該類密碼差分特征和線性逼近的自動化方法，然而并沒有搜索差分-線性特征的自動化工具問世。在實際應用中，將搜

3、索差分特征的自動化技術(shù)與搜索線性逼近的自動化技術(shù)進行簡單結(jié)合，以期獲得長輪數(shù)的差分-線性特征的方法并不十分可行。
　　鑒于如上現(xiàn)狀，本文提出了自動化搜索ARX型密碼差分-線性特征的模型，并給出了實現(xiàn)該模型的一種可行方法。同時，為驗證該模型的有效性，本文將該模型應用到對ARX型MAC算法SipHash和分組密碼SPECK的差分-線性分析中，給出了二者的差分-線性分析結(jié)果。
　　對于SipHash系列算法中使用最廣泛的SipHa

4、sh-2-4算法，本文找到了終止化階段4輪的多條較優(yōu)的差分-線性特征。其中最優(yōu)特征的絕對值僅為2-2.84，進行區(qū)分攻擊僅需27.68個已知明文。此前公布的最好的分析結(jié)果為差分分析結(jié)果，其最優(yōu)的差分特征概率為2-35，區(qū)分需235對選擇明文。在明文消息長度不大于7字節(jié)且不考慮生成MAC的四支異或運算的情況下，本文同樣給出多條較優(yōu)的差分-線性特征。此外，在原始消息長度不大于7字節(jié)情況下，本文給出了SipHash-2-4全算法的差分-線性分