信息资源管理是管理科学与工程的一个重要研究领域,信息安全与网络安全中的关键理论与技术是近年来该领域的一个热点研究主题。密码是实现网络环境下信息资源安全管理的核心技术和基础支撑,它包括对称密码和非对称密码。对称密码分析的发展趋势之一是密码分析自动化。2011年,Mouha将运筹学领域的混合整数线性规划（Mixed In-teger Linear Programming,MILP）方法引入到密码分析领域,用来确定面向字节级操作分组密码最小活跃S盒个数及不可能差分路径。继之,密码分析者们以MILP为搜索工具取得了许多突破性成果。但由于MILP方法用于密码分析的时间较短,相对于如雨后春笋般涌现的新对称密码的刚需,相关研究成果还不够成熟,一些公开问题和理论问题还没有解决。本文在条件差分分析中引入MILP方法进行优化建模,对单密钥情境下基于非线性反馈移位寄存器（Non-linear Feedback Shift Registers,NLFSR）的分组密码KATAN32算法进行攻击,对GIMLI-HASH进行碰撞攻击的差分路径搜索。MILP在积分攻击上的成功之处是和可分性结合,刻画到比特级的积分特性。然而当刻画到比特级时,若密码分组规模较大,复杂度呈指数级增长,MILP的运算结果受限于运算能力。作为MILP积分攻击的补充,我们利用分组密码的代数结构特点,考虑进密文字的（非）线性组合,利用S盒的零和性质和差分分布表（Difference Distribution Table,DDT）里元素都是偶数的特点,得到覆盖轮数更多、复杂度更低的积分区分器,并对WARP,CLEFIA,LBLOCK进行了积分分析。另外,利用不完整非线性层SPN（Substitution-Per-mutation Network with Partial non-linear layers,PSPN）结构分组密码的代数结构特点,我们给出了这类新型密码算法的不可能差分分析方法,对其安全性分析进行了探索。具体结果如下。1.提出基于MILP的条件差分分析和Hash函数碰撞攻击。针对条件差分分析方法的局限性导致的分析轮数受限问题,分别提出了基于MILP的条件差分分析模型和概率计算公式,并应用于KATAN32算法上,得到81轮条件差分路径,比之前同是单密钥情境下的条件差分分析结果多了3轮。基于该差分路径,进行了99轮KATAN32算法的实际密钥恢复攻击。将MILP和条件差分分析相结合,应用到GIMLI-HASH的半自由起始碰撞攻击上,找到了6轮、7轮和8轮条件差分路径。实验结果表明,MILP应用于条件差分分析,提升了密码算法的分析效率,所能分析的轮数比已有结果更接近算法实际轮数,得到了更加精准的安全界估计。2.提出基于代数结构的积分分析方法,得到WARP算法单密钥情境下的最优攻击。将代数结构分析法扩展到Feistel-SP结构分组密码的积分分析上,并且发现某些表达式的代数结构呈现出积分性质,并证明了该积分性质,并依此得到更长的积分区分器,改进了基于代数结构的分析方法。基于以上改进,我们提出了基于代数结构构造SPN和Feistel-SP结构分组密码积分区分器的一般框架。将该框架应用于轻量级分组密码WARP上,构造了数据复杂度为2116的22轮积分区分器,较之前的积分区分器长度增加了两轮,且复杂度更低。在22轮积分区分器的基础上,给出了复杂度为2119.5的26轮积分攻击,较之前的积分攻击多了5轮,是目前对WARP最好的单密钥情境下密钥恢复攻击结果。3.对广义Feistel结构密码CLEFIA和LBLOCK进行积分攻击。从代数结构的角度,对分组长度为128比特的CLEFIA和分组长度为64比特的LBLOCK进行了积分分析。构造了CLEFIA算法的9轮积分区分器,这与目前CLEFIA最长的积分区分器等长。构造了LBLOCK算法的15轮积分区分器,与设计者给出的区分器等长。结果表明,基于代数结构的方法优势体现在分组规模较大的分组密码的积分分析上。4.提出基于代数结构的PSPN分组密码的不可能差分分析方法。PSPN分组密码算法在非线性层局部使用S盒。利用这个特性,从代数结构角度出发,分析中间状态字两个方向的多变量多项式。在中间状态字上或中间状态字的线性（非线性）组合上制造冲突,从而构造不可能差分区分器。并以AES算法为例,研究了非线性模块在轮函数中所占比率和区分器轮数的关系。对PSPN分组密码算法的安全性评估方法进行了有效探索。