【摘 要】
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分组密码算法具有高安全性、易于标准化、加解密速度快、适用于软硬件实现等优点,在数据加密领域起着至关重要的作用。本文从分组密码的部件密码学性质、分析理论等方面研究其安全性,包括旋转对称函数的数学性质、非线性变换的差分分支数、几种广义Feistel结构的量子安全性、活跃S盒个数自动化搜索等。基于上述理论研究,设计了一种新的轻量化分组密码算法。分组密码的部件研究 分组密码基本部件包括非线性层和线性层。非
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分组密码算法具有高安全性、易于标准化、加解密速度快、适用于软硬件实现等优点,在数据加密领域起着至关重要的作用。本文从分组密码的部件密码学性质、分析理论等方面研究其安全性,包括旋转对称函数的数学性质、非线性变换的差分分支数、几种广义Feistel结构的量子安全性、活跃S盒个数自动化搜索等。基于上述理论研究,设计了一种新的轻量化分组密码算法。分组密码的部件研究 分组密码基本部件包括非线性层和线性层。非线性层通常采用S盒替换表,S盒一般采用高次布尔函数设计,研究该类函数的数学特征是S盒选取与安全性评估的重要基础。本文对非线性置换的差分分支数进行分析,找到一般性上界,并将该界与Griesmer界、Sarkar界进行比较,说明所得的界是好的,并在n=8这一常用场景下通过Nordstrom-Robinson码说明了 8比特S盒存在差分分支数达到上界6的情况,并讨论了这类S盒所具有的密码学性质。分组密码的分析理论 在后量子时代,分组密码的量子安全性分析是密码学领域研究热点。本文对两类广义Feistel结构以及第二类Feistel结构的代表算法NBC进行了安全性评估。给出了 d分支SMS型结构的（2d-2）轮量子区分攻击、（3d-2）轮量子密钥恢复攻击;NBC-128型的6轮量子区分攻击、11轮量子密钥恢复攻击;NBC-256型的10轮量子区分攻击、16轮量子密钥恢复攻击;d分支MARS型结构在量子选择明文下的d轮量子区分攻击、2d轮量子密钥恢复攻击,在量子选择密文下的（d+1）轮量子区分攻击、（2d+1）轮量子密钥恢复攻击。在自动化搜索方面,本文以Simpira算法为例,基于MILP自动化搜索技术给出Simpira算法的差分和线性截断路线,改进了原文给出的安全界。一种新的轻量化分组密码算法 本文设计了一种新的轻量化分组密码算法Simpt-SPN。该算法采用平衡的Feistel结构,轮函数采用SP结构,非线性层采用轻量的4比特S盒,线性层采用半字节的循环移位以及最大距离可分码（MDS码）。算法无密钥编排方案,128比特密钥分成两个64比特密钥按轮交替使用,共20轮。算法在10轮即达到差分和线性区分器的轮数上界,适用于资源受限的环境且满足轻量化密码算法需求。
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