轻量级分组密码LED和TWINE算法的故障攻击研究

发布时间：2017-10-31 02:06

  本文关键词：轻量级分组密码LED和TWINE算法的故障攻击研究

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【摘要】：密码学是信息安全技术的基石。分组密码以其安全高效的特点得到了广泛的应用,是密码学研究的核心内容之一。随着物联网、车载移动网络等新技术的发展,加密设备开始向存储空间小、计算能力差的高受限设备过渡,传统加密算法已不再适用。在此背景下,轻量级分组密码应运而生,由于它的加密效率高、软硬件实现能力强、应用前景广阔,其安全性已受到国内外密码研究者的广泛关注。故障攻击是应用在物联网环境下的主要分析方法之一,其原理是利用辐射、激光等物理方法处理加密设备,在加密过程中导入故障,通过分析正确密文与错误密文之间的统计关系获得密钥信息。对轻量级分组密码算法进行故障攻击,有助于发现物联网环境下密码算法的漏洞与不足,对同类算法的设计和安全性分析具有重要意义。本文对新型轻量级分组密码的安全性进行了分析,选取了具有SPN结构的LED算法和具有Feistel结构的TWINE算法,采取故障攻击的方式,结合不可能差分分析和差分分析的理论基础,分别对两种算法进行了不可能差分故障攻击和差分故障攻击。LED算法是由J.Guo等人在2011年的CHES会议上提出的轻量级分组密码,采用SPN结构。LED算法高效又易于实现,对其安全性的分析也已有较多成果。在故障攻击方面,已有成果仅将故障导入在最后三轮,若可以将故障导入在更深的轮,将对LED算法的安全性产生新的威胁。本文结合不可能差分分析的原理,采用半字节故障模型,首次提出了对LED算法进行不可能差分故障攻击的方法,成功将故障导入在倒数三轮之前,扩大了故障导入的范围。实验结果表明,在半字节的故障模型下,不可能差分故障攻击平均只需48个和96个故障便可恢复LED算法64比特和128比特两个版本的密钥。本文的研究结果证明了LED算法易受不可能差分故障攻击的威胁,对于其他同类SPN结构的迭代分组密码的安全性分析具有重要意义。TWINE算法是T.Suzaki等人于2011年提出的轻量级分组密码,采用广义Feistel结构。自提出以来,已经有多位学者研究了TWINE算法的安全性,但是仅局限在对算法结构的分析上,且攻击复杂度普遍偏高。本文结合差分分析的原理,采用半字节的故障模型,首次提出了对TWINE算法进行差分故障攻击的新方法。实验结果表明,平均只需导入8个和18个故障,就可以分别恢复TWINE算法80比特和128比特的密钥,大大降低了攻击复杂度。本文的研究成果证明了TWINE算法易受差分故障攻击的威胁,对其他具有Feistel结构的同类迭代分组密码算法的安全性研究具有重要意义。
【关键词】：轻量级分组密码 不可能差分故障攻击 差分故障攻击
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 研究的背景和意义10-12
• 1.2 论文的主要工作与研究成果12-13
• 1.3 论文结构13-15
• 2 分组密码的研究历史与现状15-29
• 2.1 分组密码的设计15-18
• 2.1.1 定义15
• 2.1.2 设计原理15-16
• 2.1.3 整体结构16-18
• 2.2 轻量级分组密码18-19
• 2.3 分组密码的传统分析方法19-24
• 2.3.1 穷举搜索攻击20-21
• 2.3.2 差分密码分析21-22
• 2.3.3 不可能差分密码分析22-23
• 2.3.4 线性密码分析23-24
• 2.3.5 插值攻击24
• 2.4 分组密码的新型分析方法24-28
• 2.4.1 旁路攻击24-26
• 2.4.2 故障攻击的实现方式26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 LED算法的不可能差分故障攻击29-43
• 3.1 背景介绍29-30
• 3.2 LED算法简介30-33
• 3.2.1 加密算法30-33
• 3.2.2 解密算法33
• 3.2.3 密钥编排方案33
• 3.3 LED算法的不可能差分故障攻击33-38
• 3.3.1 基本记号和符号33
• 3.3.2 故障模型和基本假设33-34
• 3.3.3 不可能差分故障攻击过程34-38
• 3.4 复杂度分析38-39
• 3.5 实验结果39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 TWINE算法的差分故障攻击43-59
• 4.1 背景介绍43-44
• 4.2 TWINE算法简介44-46
• 4.2.1 TWINE的加密和解密算法44-46
• 4.2.2 密钥编排方案46
• 4.3 TWINE算法的差分故障攻击46-50
• 4.3.1 基本记号和符号46-48
• 4.3.2 故障模型和基本假设48
• 4.3.3 差分故障攻击过程48-50
• 4.4 复杂度分析50-52
• 4.5 实验结果52-58
• 4.6 本章小结58-59
• 5 总结与展望59-61
• 5.1 本文总结59
• 5.2 工作展望59-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士期间取得的研究成果66-67
• 致谢67

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本文编号：1120301