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    輕量級(jí)密碼的設(shè)計(jì)與分析

    2018-08-31 08:27:16許凌云
    成功 2018年7期
    關(guān)鍵詞:明文功耗差分

    許凌云

    西南交通大學(xué)希望學(xué)院 四川成都 610400

    本文針對(duì)PRESENT,LBLOCK這兩類典型的輕量級(jí)密碼做適當(dāng)分析。PRESENT的整體結(jié)構(gòu)采用的是31輪的SP結(jié)構(gòu),作為一個(gè)著名超輕量級(jí)密碼算法已經(jīng)得到了不少認(rèn)可,它的S盒是非數(shù)學(xué)函數(shù)的,所以硬件實(shí)現(xiàn)下它的S盒依然得不到很好的優(yōu)化,而在軟件實(shí)現(xiàn)下,它的置換層的特性使它很難保持“輕量”優(yōu)勢。LBLOCK密碼算法的分組長度為64比特,密鑰長度為80比特。LBLOCK算法不但具有優(yōu)良的硬件實(shí)現(xiàn)效率,同時(shí)在8位,32位處理器上有很好的實(shí)現(xiàn)性能。

    一、PRESENT密碼算法的功耗分析

    (一)PRESENT算法及設(shè)計(jì)原理

    PRESENT的混淆層由16個(gè)4×4的S盒并置而成,S盒的硬件實(shí)現(xiàn)性能不錯(cuò),而且使用相同的S盒,可以使用串行實(shí)現(xiàn)。本文主要分析密鑰長度為80bit的PRESENT密碼算法。

    那么對(duì)于PRESENT密碼算法中輪密鑰生成的詳細(xì)過程,本文選取PRESENT密碼算法的密鑰長度為80bit進(jìn)行分析:

    定義為PRESENT運(yùn)算中第i輪密鑰,則:

    a)即也就是使用主密鑰對(duì)密鑰寄存器進(jìn)行初始化,在第一輪的64位輪密鑰由存儲(chǔ)在最左邊的64位的當(dāng)前內(nèi)容寄存器k中,輪密鑰提取出后,輪計(jì)數(shù)器的排列方式為最右邊為最低比特。

    (二)PRESENT的功耗攻擊

    下)面介紹基于相關(guān)系數(shù)的差分功耗攻擊的操作步驟:b首先用隨即發(fā)生器產(chǎn)生若干待加密的明文,在此之前攻擊者需輸入足夠的明文,隨后modelsim軟件邏輯仿真驗(yàn)證成功)后產(chǎn)生一個(gè)VCD文件。c對(duì)上一步產(chǎn)生的VCD文件選取區(qū)分函數(shù),讀取其信息量,并對(duì)產(chǎn)生的功耗曲線進(jìn)行分類。區(qū)分函數(shù)中,由于S盒(首輪)的輸出為明密文異或的一個(gè)函數(shù)所以表示1000個(gè)明文的首字節(jié)。將上面的區(qū)分函數(shù)映射到一個(gè)關(guān)于能量消耗的矩陣 H,舉用來作為能量模型,計(jì)算關(guān)于H中所有列與所記錄消)耗值的矩陣T中所有列之間的相關(guān)系數(shù)。d為輕量級(jí)密碼PRESENT在攻擊平臺(tái)上輸入500條明文和輸入1000條明文得到的攻擊圖進(jìn)行比較,得到的結(jié)論是明文條數(shù)越多,能量跡的數(shù)量與相關(guān)系數(shù)形成的一個(gè)曲線就越平。

    由上面結(jié)果知道,由于PRESENT加密算法是SPN結(jié)構(gòu),未加防護(hù)措施的PRESENT密碼算法實(shí)現(xiàn)易受到攻擊。

    二、LBLOCK密碼算法的不可能差分分析攻擊

    (一)LBLOCK的算法及設(shè)計(jì)原理

    那么對(duì)于LBLOCK的解密算法,其實(shí)就是加密算法的逆,由32輪迭代運(yùn)算組成,對(duì)64bit的密文,解密過程如下:

    (二)LBLOCK的不可能差分分析

    本文結(jié)合部分密鑰分別猜測技術(shù),針對(duì)21輪的LBLOCK算法的不可能差分分析算法,介紹之前先對(duì)文中的符號(hào)進(jìn)行說明。

    步驟2.對(duì)第21輪加密運(yùn)算進(jìn)行部分加密得到20輪的加密輸出差分。在其右半部分除掉位置不為0的差分值輸入;

    步驟6.算法進(jìn)行到這一步如果有相應(yīng)的明文剩余那么本文所猜測的子密鑰即為錯(cuò)誤的子密鑰則排除,反之亦然。

    本文只構(gòu)造了14輪的不可能差分鏈對(duì)21輪 LBLOCK進(jìn)行攻擊,將相關(guān)密鑰與不可能差分結(jié)合構(gòu)造出15輪的相關(guān)密鑰不可能差分鏈可提高算法攻擊的輪數(shù),因此將多種攻擊方法結(jié)合在一起對(duì)LBLOCK算法研究也是一個(gè)噬待探討的問題。

    結(jié)束語

    目前對(duì)于輕量級(jí)密碼算法并沒有統(tǒng)一的衡量和評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)體系,一部分原因是因?yàn)橘Y源受限環(huán)境的硬件缺乏統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn),還有一部分原因是輕量級(jí)密碼還處于發(fā)展階段。其他一些典型的輕量級(jí)密碼包括HIGHT,mCrypton,DESL,MIBS,KATAN&KTANTAN等一系列也是剛剛起步需要引起探討的話題,才能促進(jìn)密碼學(xué)的發(fā)展。

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