SMS4密码体制的差分—代数分析

摘要

使用现代密码技术可以有效的解决信息安全保护问题。分组密码具有加解密速度较快、安全性能好等优势，因此该密码算法发展速度较快且在很多领域得到广泛应用。分组密码的分析方法包括:差分密码分析、高阶差分密码分析、积分密码分析、侧信道攻击、代数攻击、插值攻击等等。其中差分分析方法是目前最有效、最常用的分析方法，其有效性在于能够找到高概率差分特征。而代数攻击的有效性在于能够找到有效的方法求解方程组，其弱点是轮数越多方程的数目也会越多，这使得求解方程更加困难。将两种方法结合起来，弥补了各自的不足和繁琐之处，使分析更有效。由于到目前为止，学者对SMS4算法的分析方法的研究主要集中在差分分析方法，因此文中用差分-代数分析方法分析SMS4算法具有一定的研究意义和价值。
　　本文基于SMS4密码体制的加密解密过程、差分分析和代数攻击的基本原理和算法研究22轮SMS4算法的差分分析方法。利用S-盒的布尔函数的生成算法、建立方程组和求解方程组的过程，详述21轮SMS4密码体制的差分-代数攻击过程，并证明有效性和优越性。论文的主要内容概况如下:
　　1)求出SMS4密码体制的S-盒的布尔函数表达式。利用布尔函数的性质和算法，用VC设计出SMS4的S-盒布尔函数。
　　2)利用新的思想研究SMS4密码体制。利用求得的布尔函数表达式，结合线性表达，求得轮函数的表达式，从而建立方程组，验证方程组。实例验证21轮SMS4的差分-代数分析，总结出对SMS4密码算法的攻击可以用新的方法进行研究。
　　3)分组密码中一个分析方法的有效性和信噪比有关，本文通过计算21轮SMS4密码体制的差分-代数攻击的信噪比来比较差分-代数分析方法对于其他分析方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 选题意义

1．1．2 研究现状

1．2 主要内容

1．3 论文的组织

第2章 分组密码基础知识

2．1 相关知识

2．1．1 分组密码算法

2．1．2 分组密码模型

2．1．3 分组密码分析

2．2 SMS4密码体制

2．2．1 SMS4密码体制的加密算法

2．2．2 SMS4的密钥扩展算法

2．2．3 SMS4密码体制的解密算法

第3章 分组密码的攻击方法

3．1 分组密码的差分分析

3．1．1 差分分析基本原理

3．1．2 差分分析算法

3．2 分组密码的线性分析

3．3 分组密码的代数攻击

第4章 SMS4密码体制的差分分析

4．1 18轮的SMS4差分特征

4．2 SMS4差分分析的攻击过程

4．3 差分攻击的复杂度分析

第5章 SMS4密码体制的差分-代数攻击

5．1 差分-代数分析方法

5．1．1 推导S-盒布尔函数的算法

5．1．2 后S轮布尔函数的表示

5．1．3 方程组解的寻找

5．2 SMS4密码体制的差分-代数攻击

5．2．1 SMS4的S-盒的表达式

5．2．2 建立方程组

5．2．3 求解方程组

5．3 差分-代数攻击的复杂度分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果