分组密码新型分析模型及应用研究

Block cipher is an important field of modern cryptology, widely used in network security protocols, which is not only used to preserve the confidential, but also used to construct cryptographic schemes such as MAC and stream ciphers. This project focuses on the security of some block ciphers including AES, KASUMI, Camellia etc. recommended by some international organizations, as well as several light weight block ciphers CLEFIA and Prince etc. We will try to explore new cryptanalysis of these algorithms.. Firstly the methods of differential cryptanalysis and its extensions will be researched deeply and applied to attack some important block ciphers. For the boomerang attack, we will give further research on connecting two short differentials by a quartet structure. Secondly, we will try to improve the cryptanalysis of a block cipher by exploring new cryptanalysis mode. Thirdly, the efficient methods to search a differential path or an impossible differential path will be developed.. This project makes the design idea of block ciphers more clear, helps us know the security of a block cipher, and gives some proposals for the design of block ciphers..

分组密码是现代密码学一个非常重要的组成部分，不仅用于保护数据传输的安全性，也是构造消息认证码、序列密码等密码体制的基本部件，广泛的应用于网络安全协议中。本项目主要对AES、KASUMI、Camellia、CLEFIA和Prince等国际上推荐的标准分组密码算法和几个轻量级分组密码进行安全性分析，研究其关键分析技术，探索新的分析模型，给出约减轮或全算法更优的分析结果。. 本项目结合国际上重要的分组密码，拟对差分分析及其扩展新模型深入研究，拟解决飞去来器攻击四元组的对接问题及对接概率的准确估计问题；针对一类分组密码算法，深入研究不同分析方法提取的数学特征，探讨新的分析模型，给出更有效的分析；还将探索针对一类算法差分路线或不可能差分路线的搜索技术，提高搜索效率。. 本项目有助于进一步阐明分组密码的设计理念，明确其安全强度，对分组密码的设计具有指导意义。

分组密码是现代密码学一个非常重要的组成部分，不仅用于保护数据传输的安全性，也是构造消息认证码、序列密码等密码体制的基本部件，广泛的应用于网络安全协议中。本项目主要对Camellia、CLEFIA等国家上推荐的标准分组密码以及LBlock等轻量级分组密码进行安全性分析，对关键分析技术优化改进，探讨新的分析模型，给出约减轮或全算法更优的分析结果。. 本项目的主要结果包括：提出了利用中间相遇攻击构造截断差分路线的方法，并对该模型给出了证明，该方法给出新的截断差分路线搜索方法，提高了搜索效率，我们利用该方法给出了CLEFIA最优分析结果；针对美国国家安全局NSA设计的轻量级分组密码算法SIMON，我们提出了动态密钥猜测技术，减少了密钥猜测量，改进了SIMON的差分分析结果；此外我们还对密码自动化分析技术进行了研究，给出了基于整数线性规划MILP的ARX类和带S盒的不可能差分特征和零相关线性特征的搜索方法。还对CAESAR竞赛最终轮的三个认证加密算法进行了安全性分析。本项目的研究成果丰富了密码分析理论，更明确了一些分组密码算法的关键组件的特征以及算法的安全强度，对分组密码的设计具有指导意义。