分組密碼算法SAFER,CAST-256和PRIDE的分析.pdf

1、分組密碼是現(xiàn)代密碼學(xué)一個(gè)重要的研究方向，其研究內(nèi)容包括分組密碼的設(shè)計(jì)理論、分組密碼的分析方法、分組密碼的工作模式以及分組密碼的檢測(cè)評(píng)估。其中，分組密碼的設(shè)計(jì)與分析是一對(duì)相互依存的矛盾體。分組密碼的安全性分析為分組密碼的設(shè)計(jì)提供諸多有利的參考;而更加巧妙的設(shè)計(jì)又為分組密碼的分析工作提出了新的挑戰(zhàn)，兩者相互促進(jìn)、共同發(fā)展。
　　早期的分組密碼的研究主要圍繞DES類的算法展開，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，人們對(duì)DES類分組密碼的研究更加深入

2、，特別是差分密碼分析(differentialcryptanalysis)和線性密碼分析（linear cryptanalysis）兩種方法的相繼提出，促使人們不得不研究新的分組密碼算法結(jié)構(gòu)。代替．置換(SP)結(jié)構(gòu)的分組密碼算法IDEA的出現(xiàn)，動(dòng)搖了DES算法在分組密碼中的位置。
　　上世紀(jì)末，隨著NIST的AES計(jì)劃、歐洲NESSIE工程的相繼實(shí)施，相應(yīng)的一些候選算法、標(biāo)準(zhǔn)密碼算法的安全性引起了國際密碼學(xué)者廣泛的關(guān)注，這些分析方

3、法的研究和新的設(shè)計(jì)方法的探索極大地推動(dòng)了分組密碼發(fā)展。
　　本文對(duì)分組密碼算法標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中的幾個(gè)重要的分組密碼算法的安全性進(jìn)行分析，主要包括AES候選算法SAFER+、CAST-256和NESSIE候選算法SAFER++，以及輕量級(jí)分組密碼算法PRIDE。在分析過程中，發(fā)現(xiàn)密碼算法的特殊的安全屬性并據(jù)此給出相應(yīng)的分析結(jié)果。
　　1、SAFER族分組密碼算法新的不可能差分分析
　　SAFER族分組密碼算法包括SAFER

4、K，SAFER SK，SAFER+和SAFER++四個(gè)算法。SAFER K是SAFER族分組密碼的第一個(gè)算法，之后，為改進(jìn)SAFER K的密鑰方案又設(shè)計(jì)了SAFER SK算法。SAFER+是AES候選算法，并且定制版本的SAFER+在藍(lán)牙的密鑰分發(fā)時(shí)被用作MAC。SAFER++是SAFER+的加強(qiáng)版本，并且被選入NESSIE工程第二輪的候選算法。本文充分利用了線性層和S盒的性質(zhì)，找到了新的SAFER SK，SAFER+，SAFER++的

5、不可能差分路徑?；谛碌牟豢赡懿罘致窂轿覀兘o出了4輪的SAFER SK/128，4輪的SAFER+/128(256)以及5輪的SAFER++/128和5.5輪的SAFER++/256新的不可能差分分析結(jié)果。本文極大的改進(jìn)了之前SAFER族分組密碼算法的不可能差分分析結(jié)果，特別是對(duì)于藍(lán)牙算法SAFER+而言，我們的分析結(jié)果從輪數(shù)上講較其他方法也是目前最好的。
　　2、分組密碼算法CAST-256改進(jìn)的線性分析
　　CAST-2

6、56是AES首輪的候選算法，該算法基于分組密碼算法CAST-128設(shè)計(jì)。CAST-256算法為廣義的Feistel結(jié)構(gòu)，使用8比特進(jìn)32比特出的非滿射的S盒，分組長度為128比特，密鑰長度可以為128，160，192，224或者256比特，共有48輪。2009年，王美琴教授等找到了21輪的線性近似路線，并基于21輪的路線給出了24輪的CAST-256的線性分析。在2012年亞密會(huì)，Bogdanov等人用多維零相關(guān)線性分析方法給出了CAS

7、T-256的28輪的分析結(jié)果。本文通過仔細(xì)選擇合適的活性輪函數(shù)，并利用前向4輪與后向4輪鏈接處的性質(zhì)特點(diǎn)，構(gòu)造出26輪的CAST-256的線性區(qū)分器，基于該區(qū)分器給出了32輪CAST-256的部分密鑰恢復(fù)攻擊。本文對(duì)CAST-256的分析結(jié)果在不考慮弱密鑰的情況下，從輪數(shù)上講是目前最好的分析結(jié)果。
　　3、輕量級(jí)分組密碼算法PRIDE的差分分析
　　輕量級(jí)分組密碼算法PRIDE是由Albrecht等人在美密2014上提出的，