流密码猜测确定攻击方法研究及其应用

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现代密码学包括对称密码和非对称(公钥)密码两种体制,对称密码又进一步分为分组密码、流密码、杂凑算法等。流密码主要针对单一比特或者字进行加密,其优点是加解密速度快,多数面向硬件设计,在军事、无线网络、蓝牙、手机通信、RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)等应用场景中应用广泛。密码分析技术一直是密码学的核心问题之一,对于流密码的主要分析方法,本质上可以将其规约为如何求解一个大的方程组的问题。猜测确定攻击是一种重要的流密码代数类分析方法,通过猜测密码算法的部分内部状态比特,结合密钥流比特等,获得关于密码算法内部状态的线性方程,或者低非线性度的方程,从而求解方程组,获得密码算法的内部状态。该方法对流密码的设计和分析都产生了较大影响。本文主要研究了三种经典流密码算法Grain v1、ACORN、LILI-128的猜测确定攻击。通过对密码算法内部函数的分析,并结合其他代数分析方法,给出了相应的猜测确定攻击分析。主要研究成果和创新点如下:(1)研究了Grain v1的状态更新函数在给定限制条件下的K-正规性,通过对其sampling resistance的分析,结合TMDTO(Time-Memory-Data-Trade-Off,时间-存储-数据折中攻击),给出了Grain-v1的存储器的路径。与该算法的Bj?rstad等人的TMDTO攻击相比,在所需密钥流数据和存储空间少量增加情况下,攻击在线时间减少了226,预计算复杂度减少了26.5。(2)研究了ACORN算法的内部状态反馈函数的猜测确定性质,结合ACORN密钥流生成函数中8)(65)函数的线性逼近方程及其相应概率,使用数学软件Maple对猜测确定方法进行线性优化,找到了ACORN的最佳猜测确定方案,给出了线性逼近的次数与具体逼近方案及相应的猜测次数,该攻击方案恢复293比特内部状态所需时间复杂度为2157。(3)研究了LILI-128算法的钟控结构与数据生成器结构的线性移位寄存器之间的猜测确定关系,结合时间-存储-数据折中攻击,提出了对于LILI-128的猜测确定攻击方案,并针对TMDTO不同参数的选择进行分析。最后与文献[1]中的代数攻击,文献[2]中的相关攻击进行了比较,我们的攻击方案在一定参数条件下为最优方案且成功概率为0.98。
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