基于线性层优化实现的可分性分析

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分组密码作为现代密码学的重要分支之一,被广泛地应用于信息安全领域.分组密码的安全性依赖于其抵抗所有攻击方法的能力,例如差分分析、线性分析、积分攻击等等.本文主要研究分组密码的积分攻击,其核心步骤为搜索密码算法的积分区分器.可分性作为一种广义的积分性质,可以利用混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)和布尔可满足问题(Boolean Satisfiability Problem,SAT)等自动化工具搜索分组密码的积分区分器,其中对应模型的精确程度将影响积分区分器的结果.受启发于线性层的不同实现对可分性传播的影响,本文提出一种基于线性层优化实现刻画可分性传播的新技术.研究表明:利用Paar算法的实现刻画线性层的可分性传播,仅会删除孙玲等人(S方法)的方法引入的无效可分路径,而利用BP和XZ算法的实现刻画可分性的传播,不仅会删除S方法中无效的可分路径,同时会引入新的无效可分路径.鉴于上述三种线性层优化实现各自的特点,我们结合这三种不同的实现刻画线性层的可分性传播,从而删除大量S方法中的无效可分路径.最后,将该方法应用于Midori64、Skinny64、LED和AES密码算法.实验结果表明:该方法均可以得到上述密码算法当前最长轮数的积分区分器,并且Skinny64、LED和AES算法的区分器均比S方法多一轮.尽管该方法对于Midori64算法未能构建比S方法更长轮数的积分区分器,但是该方法的5和6轮区分器均比S方法多3个平衡比特.除此之外,本文的方法可以应用于任意复杂的线性层且约束条件的数量呈线性增加,然而张文英等人(ZR方法)的方法仅限于二元矩阵,胡凯等人(HW方法)方法的约束条件数量呈二次方增加.
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