分组密码算法的安全性分析

As main part of symmetric cryptographic algorithms, block cipers had been widely used in the field of the network and information security. Security evaluation is one of important issues regarding research in block cipehrs, and is also an important prerequisite for success in designing secure block ciphers. This project manily concentrates on the newly proposed block ciphers both at home and abroad. By adopting the tools of algebraic theory, combinatorial theory, boolean functions, the statistics and etc, and with the help of the HPCC (high-performance computing platform), it presents a systematic study of the following three aspects: (1) security analysis of the block cipher components; (2) extension analysis of the traditional cryptanalytical methods; (3) analysis of the links among different cryptanalytical methods and the new attacking theory. The innovation and deep research of this project will provide some important theory basis and scientific method for the design, analysis and application of block cipher algorithm.

分组密码是对称密码算法的重要组成部分，已经在网络和信息安全领域得到广泛应用。分组密码算法的安全性评估是分组密码研究的重要课题，也是设计安全分组密码算法的重要前提。本项目以近年来国内外推出的新型分组密码算法为研究对象，以代数学、组合数学、布尔函数理论、统计学等为工具，辅以高性能计算平台，系统研究分组密码算法的安全性评估理论与方法，具体包括分组密码基础模块的安全性分析、传统密码分析方法的扩展与补充、密码分析方法联系及新型密码分析理论等三个方面。本项目的创新与深化研究可为设计、分析和应用分组密码算法提供重要的理论依据和科学方法。

项目围绕分组密码基础模块的安全性分析、传统密码分析方法的扩展与补充、密码分析方法联系及新型密码分析理论开展工作，取得的主要成果如下：.在基础模块的安全性分析方面，给出了平衡旋转对称密码组件新的刻画方式、证明了已有的8类多项式APN函数与6类单项式函数是CCZ不等价的、提出了非线性扩散层的构造并将其用于分组密码算法设计、给出了SIMON算法密码组件参数选取的内在规律与等价分类。.在传统密码分析方法的扩展与补充方面，提出了基于矩阵运算的不可能差分搜索模型并将其应用到基于LS设计的分组密码算法的安全性分析、提出了概率积分分析方法并将其应用于PUFFIN算法的安全性分析、提出了改进的非线性不变量攻击并将其应用于FIDES-80算法的安全性分析、建立了回旋镖连接表的自动化搜索模型并将零相关线性区分器搜索技术应用到PICO和RECTANGLE算法的分析、给出了关于可分性的新刻画并将其应用到PUFFIN算法的分析等。.在密码分析方法联系及新型密码分析理论方面，建立了类MARS结构和类SMS4结构的不可能差分与零相关线性区分器之间的内在联系、提出了ARX结构和AND-RX结构的循环异或差分分析方法、针对AND-RX结构提出了基于SAT/SMT模型的相关密钥循环异或差分搜索模型、给出了基于ARX结构的伪随机函数SipHash的初始常数的选取准则。.项目整体研究达到国内领先水平，部分成果在国际上形成了较强影响力。发表标注基金资助的高水平论文19篇，其中SCI 10篇，EI论文6篇；出版研究生教材1部，签订2部密码方面的专著和教材的出版合同。项目负责人李超教授获得了2018年度国家教学成果二等奖和2018年度湖南省自然科学二等奖，项目成员周悦副研究员获2017年度国际组合协会颁发的Kirkmann奖章，孙兵副教授获2017年度中国密码学会颁发的密码创新奖，李瑞林副教授获2017年度军队科技进步二等奖，刘国强副教授获2018年度军队科技进步二等奖和河南省科技进步二等奖。项目培养博士6名，硕士10名。项目执行期间，举办了1次国际会议，4次国内会议，邀请了数十名国内外优秀同行来校交流访问，促进了学术交流。