Feistel-SP结构典型密码的差分特征搜索

摘要

本文主要研究对象为Feistel-SP结构典型分组密码，该系列分组密码有Camellia，MIBS，E2等。论文针对不同的Feistel-SP结构分组密码建立合理的差分传播系统，并搜索出Feistel-SP结构典型分组密码的多轮差分模式和多轮差分路径。论文主要进行了以下研究工作：
　　首先，把Matsui算法思想应用到Feistel-SP结构中，并对其进行优化和改进。通过把S盒差分分布表转变成密集型分布表，建立合理的差分传播模型，进而提出一种基于向量的严格剪枝技术，以便尽早地筛选掉不满足剪枝条件的差分路径。以轻量级分组密码MIBS为例，应用此自动化搜索技术，搜索出4轮最优差分概率是2-12，并给出其R(4≤R≤11)轮的差分特征，同时也搜索出两条12轮最优差分路径，其概率为2-56，这是目前为止最好的结果。
　　其次，提出了一种新的符号差分表示方法，并提出一种新的自动化搜索技术，搜索出Feistel-SP结构典型分组密码的最优迭代差分模式，应用此思想不仅可以大大地降低了计算复杂性，还能通过迭代差分模式构造出多轮的差分特征。论文以轻量级分组密码MIBS为例，给出了MIBS的3轮、4轮最优迭代差分概率，概率分别为2-20、2-26，并搜索出所有满足条件的最优迭代差分路径，由于论文提出的是一种针对Feistel-SP结构的通用性搜索算法，因此论文还以Camellia为例进行了适用性分析。通过建立其差分传播系统，替换F函数中的S盒和P置换组件，搜索出迭代差分模式，进而搜索出高概率迭代差分路径。最终给出Camellia的3，4轮最优迭代差分模式和最优迭代差分特征，其迭代概率分别为2-52，2-71，这个结果是目前为止最优的。
　　最后，通过改进的Matsui自动化搜索算法，我们得到了两条12轮高概率差分路径，使用选择明文攻击方法，分别计算了恢复13和14轮密钥比特成功的概率。总结了密钥恢复的一般思路和步骤，引入信噪比概念，并用计数器统计正确密钥对与错误密钥对，信噪比操作主要进行了采样、去噪和提纯三个方面的工作。表5.1给出的13轮和14轮分析数据，13轮密钥恢复成功概率为99.9％，14轮密钥恢复成功概率为50.15%。

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第一章 绪论

1.1 分组密码历史背景

1.2 分组密码分析技术背景

1.3 研究的问题和目的

1.4 论文各章节的安排

第二章 预备知识

2.1 分组密码设计理论

2.2 差分分析

2.3 Feistel-SP结构

2.4 小结

第三章 改进Matsui算法差分路径自动化搜索

3.1 改进的剪枝策略

3.2 基于字节剪枝的Matsui算法

3.3 基于向量剪枝的Matsui算法

3.4 分析结果

3.5 小结

第四章 Feistel-SP结构迭代差分自动化搜索

4.1 差分模式表示法

4.2 高概率差分模式算法

4.3 适用性分析

4.4 小结

第五章 MIBS差分攻击与密钥恢复

5.1 密钥恢复的一般性质

5.2 差分攻击一般方法

5.3 MIBS多轮差分分析

5.4 小结

第六章 总结与下一步研究计划

参考文献

致谢

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