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密码学中完全置换多项式的研究

批准号:
12101209
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
许小芳
依托单位:
学科分类:
安全中的数学理论
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
许小芳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
分组密码算法的安全性往往取决于其唯一的非线性部件S盒,人们通常将安全性能良好S盒的设计问题转化为具有良好性质多输出布尔函数的构造及分析等数学问题。偶特征有限域上的完全置换多项式是一类具有良好位独立性和雪崩特性的多输出布尔函数,可用于设计S盒,且其应用涉及密码、编码、组合学等多个领域。完全置换多项式的研究已成为当前密码编码等领域的研究热点。本项目将综合运用代数学、组合学以及计算机代数等相关工具来研究具有密码学应用背景的完全置换多项式。研究内容主要包括:(1)刻画完全置换多项式的圈结构、非线性度等密码学性质;(2)构造具有特殊形式、特殊圈结构或具有良好密码学性质的完全置换多项式;(3)探讨基于完全置换多项式的高非线性函数的设计问题。本项目的研究可为密码系统提供更多可供选择的优秀密码函数,为分组密码S盒的设计提供新的思路和技术,具有重要的理论和实际意义。
英文摘要
The security of block cipher algorithms often depends on their unique nonlinear component S-boxes. People usually transform the design of S-boxes with good security performance into the construction and analysis of multi-output Boolean functions with good properties. Complete permutation polynomials (CPPs) over finite fields of even characteristic are a class of multi-output Boolean functions with good bit independence and avalanche characteristics, which can be used in the design of S-boxes and have applications in the fields of cryptography, coding theory, combinatorics, etc. The research of CPPs has become a hot topic in the fields of cryptography, coding theory, etc. Applying the tools of algebra, combinatorics and computer algebra, etc., this project will focus on the construction and analysis of CPPs with cryptography application background. The main contents of this project are as follows: (1) we will characterize the cryptographic properties of CPPs, such as cycle structure and nonlinearity; (2) we will discuss the constructions of CPPs with special forms, special cycle structures or good cryptographic properties; (3) based on CPPs, the design of cryptographic functions with high nonlinearity will also be discussed. The research of this project can provide more cryptographic functions with good properties for the cryptographic systems, and provide new ideas and techniques for the design of S-boxes of block ciphers. It has important theoretical and practical significance.
偶特征有限域上的完全置换多项式是一类具有良好位独立性和雪崩特性的多输出布尔函数,从而在密码学中有重要应用价值。此外,完全置换多项式的研究对编码理论、校验位系统设计以及组合设计的发展也起到极大的推动作用。然而,构造有限域上新的完全置换多项式以及研究完全置换多项式的圈结构等性质依然十分困难。本项目主要围绕有限域上的完全置换多项式展开研究,主要成果包括:(1)运用子集或子域上的置换多项式构造了一系列偶特征有限域上的k-正则完全置换多项式;(2)运用共轭的置换具有相同的圈结构这一事实,从给定的一类极大长度的线性完全置换多项式出发,使用k-循环置换多项式构造了几类极大长度的非线性完全置换多项式;(3)运用AGW准则以及判定分段函数或线性化多项式函数解的个数,构造了大量具有分式型指数和广义的Niho型指数的完全置换多项式;(4)利用AGW准则和代数曲线理论构造了几类奇特征有限域上的置换五项式和六项式;(5)运用基于常循环码的矩阵乘积码,提出了两种构造具有优良参数的纠缠辅助量子纠错码的方法。本项目研究成果丰富了有限域上完全置换多项式和置换多项式的相关理论,为密码系统提供了更多可供选择的密码函数,进而为密码编码设计提供了新的思路和理论支撑。
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