分组密码新型掩码方案构造及其自动化分析技术

批准号:
61872103
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
韦永壮
依托单位:
学科分类:
F0206.信息安全
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
武小年、赵海霞、唐志芳、叶涛、史佳利、蒋宏然、丛旌、孙家异
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中文摘要
能量攻击利用密码设备(芯片)物理实现过程中所泄露的功耗进行攻击,捕获算法密钥信息,其鲜明特点是攻击成本较低,且对密码设备容易构成致命威胁。针对分组密码无法直接抵御能量攻击问题,凝练出“新型掩码方案构造理论”和“安全性自动化分析”两个科学问题,并开展以下研究工作:探索无随机数高阶掩码方案的构造技术,突破传统掩码方案过于“笨重”的技术瓶颈;设计具有低面积、低延迟的通用门限实现方案;构造基于查找表的轻量化掩码方案;结合分组密码S盒的特点,提出快速的掩码实现方法;探索高效的安全性自动化分析手段,避免以往繁琐的手工推演及经验测试的局限,构建覆盖探测模型、毛刺泄露等模型下安全性规约的形式化验证工具;搭建分组密码掩码构造及其自动化分析实验验证平台。课题力图在新型掩码方案构造理论上的突破,并侧重其安全性自动化分析的有效性。研究成果将为对称密码算法防护的设计及自动化分析提供新的理论和实用分析工具。
英文摘要
Power analysis attack is able to achieve the secret keys by inspecting the power consumption of a cryptographic device (e.g. chip) when the device is physically implemented. Its distinctive feature is that the cost is quite cheap, and it easily gives rise to fatal threat to the cryptographic device. Aiming at the issue that block cipher cannot directly resist the power analysis attack, two scientific problems, i.e., both "the theory regarding to new construction of mask schemes" and " the automatic analysis technique of security", are formalized in this project. The research content of this project are as following. We will explore the construction of the high-order mask scheme without fresh randomness to break the technical bottleneck where the traditional masking schemes are too unwieldy in implementation. We will design a universal threshold implementation scheme with low area and low latency. On the other hand, we will also construct some lightweight masking schemes by basing on look-up tables. In particular, we will optimize the implementation of the mask schemes by using some new algebraic properties of S-box. Moreover, we try to look for efficient automatic secure analysis tools to avoid the cumbersome manual deduction and the limitations of empirical test. More precisely, a formal verification tool will be constructed, which covers the security of probing model and so on. A test platform will be established, which is able to perform the automatic analysis of the security of masking schemes. In this project, we try to achieve theoretical breakthrough in aspect of the construction of new masking schemes. At the same time, we also focus on the efficiency of this automatic analysis tool. The project will provide some new theoretical and practical analysis tools for the protection design and automatic analysis of symmetric encryption algorithms.
分组密码作为全球主流的信息加密算法,在网络与信息安全领域应用越来越广泛。然而,分组密码算法却容易遭受到能量攻击的彻底破译(如差分能量攻击(DPA))。为了抵抗能量攻击,在算法层上防御最广泛的措施是采用掩码技术,从而实现算法级别的可证明安全防护。如何设计分组密码掩码方案以抵御能量攻击一直是学术界和工业界共同讨论的热点问题。本课题研究分组密码新型掩码方案构造及其自动化分析方法,努力执行和完成各个研究计划要点。在四年的研究期中,共发表了学术论文38篇(含21篇SCI收录论文,8篇EI收录论文);申请发明专利9项,其中已授权发明专利2项;培养博士研究生6人,培养硕士研究生21人;提升4位中青年教师的科研能力。主要的研究成果如下:(1)研究了单输出布尔函数和密码S盒的透明阶、信噪比等衡量密码函数抵抗差分能量攻击能力的指标,提出了一系列无随机数和随机数复用的高阶掩码构造方法,并有效降低了掩码消耗的硬件资源。(2)从算法级、物理级和噪声泄露模型三个层面研究了分组密码算法掩码方案的自动化安全性分析技术,重点研究了形式化验证算法、t-test、DPA以及相关能量攻击(CPA)等分析方法;特别是提出了阶梯式CPA方案和基于数据聚合的侧信道攻击方法等。(3)搭建了掩码方案设计与安全性自动化分析系统平台,设计了AES、SM4及Lblock等典型分组密码算法的掩码方案,并给出了掩码方案的软、硬件实现性能和安全性评估。(4)在密码组件设计方面,重点研究了抵抗侧信道攻击密码S盒的设计方法,提出了基于元胞自动机的S盒自动化搜索方法和基于密码结构设计8比特和16比特密码S盒的方法。(5)在密码算法分析方面,研究了基于混合整型规划(MILP)的差分密码分析模型、不可能差分分析模型、立方分析模型以及积分分析模型等,并给出了LED、MORUS、Gimli和Xoodoo等密码算法的新分析结果。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Wide minimal binary linear codes from the general Maiorana-McFarland class
来自一般 Maiorana-McFarland 类的宽最小二进制线性码
DOI:10.1007/s10623-021-00883-7
发表时间:2021
期刊:Designs, Codes and Cryptography
影响因子:--
作者:Fengrong Zhang;Enes Pasalic;Rene Rodriguez;Yongzhuang Wei
通讯作者:Yongzhuang Wei
DOI:10.19734/j.issn.1001-3695.2018.08.0658
发表时间:2019
期刊:计算机应用研究
影响因子:--
作者:程月单;韦永壮;叶涛
通讯作者:叶涛
Integral Distinguishers of the Full-Round Lightweight Block Cipher SAT_Jo
全面轻量级分组密码SAT_Jo的积分判别器
DOI:10.1155/2021/5310545
发表时间:2021-09
期刊:Security and Communication Networks
影响因子:--
作者:Xueying Qiu;Yongzhuang Wei;Samir Hodzic;Enes Pasalic
通讯作者:Enes Pasalic
New construction of highly nonlinear resilient S-boxes via linear codes
通过线性代码构建高度非线性弹性 S 盒
DOI:10.1007/s11704-020-0182-y
发表时间:2021-09
期刊:Frontiers of Computer Science
影响因子:4.2
作者:Haixia Zhao;Yongzhuang Wei
通讯作者:Yongzhuang Wei
DOI:10.19734/j.issn.1001-3695.2021.10.0470
发表时间:2022
期刊:计算机应用研究
影响因子:--
作者:杨蕊涵;韦永壮;李灵琛
通讯作者:李灵琛
密码核心部件新型分解方法及应用研究
- 批准号:61572148
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:韦永壮
- 依托单位:
分组密码新型区分方法及应用研究
- 批准号:61100185
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:韦永壮
- 依托单位:
国内基金
海外基金
