摘要：量子技术的快速发展和量子计算效率的不断提高,以及Shor算法和Grover算法的出现,给传统公钥密码和对称密码的安全性造成了较大威胁。因此,基于Feistel结构设计的分组密码PFP算法,首先将轮函数的线性变换P融入Feistel结构的周期函数构造,推导得到PFP算法的4个5轮周期函数,比选择明文攻击模型下典型Feistel结构的周期函数多2轮,并通过实验验证正确性;进一步地,以其中一个5轮周期函数作为区分器,结合量子Grover算法和Simon算法,通过分析PFP密钥编排算法的特点对9、10轮PFP进行了安全性评估,得到正确密钥比特需要的时间复杂度为2^(26)、2^(38.5),需要的量子资源为193、212个量子比特,可以恢复58、77比特密钥,优于已有不可能差分分析结果。

摘要：随着密码的应用领域不断扩大,应用程度不断加深,应用认可度不断提升,密码算法的需求量越来越大,对不同领域使用的类似算法进行有效分割成为必须。对有限域GF(2^(m))上4阶矩阵进行了研究,重点对m=8的对合最大距离可分(Maximum Distance Separable,MDS)矩阵进行了详细分析和设计。首先,给出了有限域GF(2^(8))上对合矩阵G′满足的形式和限制条件。然后,通过MDS矩阵判定条件给出了4阶对合MDS矩阵的性质以及参数取值范围。最后,计算得出对合MDS矩阵个数不小于258.9。该研究成果为基于软件实现的分组密码设计提供了大量安全高效的动态扩散组件,使其能够保证基于SP结构设计的分组密码在加解密相同的情形下不增加计算量,可作为不同领域密码算法分割的参数使用。

摘要：该文提出一种基于不可约多项式的Camellia算法S盒的代数表达式,并给出了该表达式8种不同的同构形式。然后,结合Camellia算法S盒的特点,基于理论证明给出一种基于多项式基的S盒优化方案,此方法省去了表达式中的部分线性操作。相对于同一种限定门的方案,在中芯国际(SMIC)130 nm工艺库中,该文方案减少了9.12%的电路面积;在SMIC 65 nm工艺库中,该文方案减少了8.31%的电路面积。最后,根据Camellia算法S盒设计中的计算冗余,给出了2类完全等价的有限域的表述形式,此等价形式将对Camellia算法S盒的优化产生积极影响。

摘要：PFP算法借鉴国际标准PRESENT算法的设计思想,在2017年提出的一种轻量级分组密码算法,基于FeistelSP结构设计,采用比特置换,相比PRESENT算法有着更高的软硬件实现效率。为了对该算法的抗差分分析的能力进行新的评估,基于混合整数线性规划(MILP)方法对S盒和整体结构进行建模,针对PFP算法搜索到了概率为2-11的4轮迭代差分路径,构造了概率为2-59的22轮差分区分器;进一步,在区分器前后各增加2轮,得到26轮,通过研究增加的4轮轮密钥编排特点,对密钥比特的猜测顺序进行了优化,同时采用提前抛弃技术,首次对PFP算法进行了26轮的密钥恢复。整个差分攻击过程需要的数据复杂度为260个明文,时间复杂度为254.3次26轮加密,与整体34轮PFP算法相比,仍然具有足够的安全冗余。

摘要：在分组密码中,Type-II型GFS(generalized Feistel scheme,广义Feistel结构)是GFS的一种比较流行的版本,它的明文被划分为k(k>2)个子块,每2个子块进行一次Feistel变换,然后对k个子块执行拉线操作.本文对基于该结构的TWINE-128进行量子密码分析,根据算法结构特点构造周期函数,在此基础上找到TWINE-128的7轮量子区分器,进一步地,对TWINE-128实施14轮量子密钥恢复攻击,相关时间复杂度为2^(54),密钥恢复所需量子比特数为243,优于量子穷搜攻击的结果.我们的研究有助于明确TWINE-128在量子模型下的资源占用和安全情况,不仅对类似结构密码算法提供前瞻性安全评估,还希望为后量子时代的密码算法设计提供新思路.

摘要：对称密码是信息系统中数据保密的核心技术,而非线性S盒通常是其中的关键密码组件,广泛用于分组密码、序列密码和MAC(Message Authentication Code)算法等设计。为了保障密码算法设计的安全性,首先,研究了差分均匀度、非线性度、不动点数、代数次数与项数、代数免疫度、雪崩特性、扩散特性的指标测试方法;其次,通过可视化窗口设计输出S盒的各个安全指标结果,并以弹窗形式给出对应安全指标的细节描述;再次,重点设计了S盒非线性度和代数免疫度的子模块,并对应非线性度简化了线性分布表,且基于定理对代数免疫度计算过程进行了优化和举例说明;最后,实现了S盒的测试工具,并给出了7种安全指标测试和案例演示。所提测试工具主要应用于对称密码算法的非线性组件S盒安全指标的测试,进而为算法整体提供安全保障。

摘要：电子投票方案通常基于安全多方计算、盲签名、同态加密和秘密共享等密码学技术设计,并通过网络实现。与传统的投票方案相比,各个角色的隐私得到了更好的保护,投票和计票过程更安全高效。基于Paillier密码的同态性设计了多对多的电子投票方案,采用预计算三元组的方式在不解密选票的情形下对赞同、弃权、反对选项进行合规性判断;然后通过密码同态性合成总投票、计票中心解密后便能够从m个候选人中选出t个胜出者;最后证明了方案的正确性和安全性,并分析了方案实现需要的通信代价和投票人、可信中心以及计票员的计算量。方案整体实现效率高,适用于大型电子投票的场合。

摘要：Camellia算法是一种在国际上使用广泛的分组密码算法,其拥有着高安全性、软硬件实现效率高等特点.为了在量子计算的硬件平台使用这类密码算法,首先要从综合角度出发考虑实现他们的量子电路.通过结合Camellia算法的结构特点,给出了算法在量子电路模型下的量子资源消耗,其中包括量子比特数、通用量子逻辑门数、量子电路深度以及电路的量子比特数与T深度的乘积值等.首先,使用改进的Itoh-Tsujii算法、高斯消元法以及有限域上求逆等方法,优化了算法S盒的量子实现方案.其次,根据轮函数线性部件的设计特点,给出了密钥拓展结构的量子优化实现方案,该方案在一定程度上减少了辅助量子比特的使用.在此基础上,利用计算常数参量汉明重量的方法,将CNOT门转化为Pauli-X门以减少量子资源的消耗.并使用改进的zig-zag结构将算法的主要组件结合起来,给出了Camellia算法的量子电路实现.最后,该方案给出了Camellia算法在三种不同版本密钥下所消耗的量子资源.与传统方法和其他算法的量子电路实现对比,该文的方案所消耗的量子资源更少.该电路的提出将会为量子环境下Camellia算法的深入研究奠定基础.

摘要：认证加密算法是一种对称密钥加密方案.在加密过程中提供机密和数据完整性.MK-3算法是一种基于简化双工海绵结构的认证加密算法,它支持私人定制.并且MK-3算法是第一个使用16比特S盒的算法.该算法使用的S盒采用有限域上的乘法逆元结合仿射变换来构造.这种设计在保证代数安全性的同时,还可以通过有限域上的同构映射变换来降低硬件实现资源.目前MK-3算法S盒硬件的实现方案仍有较大的改进空间.本文的方案利用多项式基构造有限域将GF(2^(16))上的求逆运算转换到复合域GF((28)2)中,方案搜索并评估了两个域转换的线性布尔函数,其中包含16个仿射等价的同构矩阵.在此基础上还给出了复合域GF((28)2)中基于不可约多项式的乘法运算、求逆运算和平方乘运算的实现结果.此方案采用3种最基础的逻辑门:与门、异或门、非门.并适应所有门电路工艺.相对于目前最优的MK-3算法S盒硬件实现,本文的方案至少减少58.3%的电路面积.从FPGA仿真角度讲,本文的方案至少减少47.5%的查表资源.

摘要：20世纪40年代Shannon提出了对称密码设计的两个重要原则“混淆”和“扩散”,之后密码学者们基于这两个原则构造了Feistel、SP、广义Feistel、MISTY等主要整体结构,目前这些结构被广泛运用于各种标准密码算法和新型认证加密算法。对这几种主要密码算法的整体结构进行了介绍和研究,并基于具体结构的特点,系统地对广义Feistel结构中TYPE-I、TYPE-II、TYPE-Ⅲ型结构构建了不可能差分区分器,对区分器轮数下界进行了推导和证明,为网络安全领域分组密码、序列密码、认证加密、Hash函数等对称密码的设计和分析提供了参考。