课题基金 / 基金详情

面向资源受限环境的白盒分组密码算法研究

批准号:
62072192
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
龚征
依托单位:
学科分类:
信息安全
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
龚征

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在移动互联网、物联网等资源受限应用场景下,由于分组密码算法在性能与效率上的优势,因此在数据加解密、消息认证码与数字版权管理方案的构造中起着重要作用。在此背景下,越来越多的应用引入了白盒分组密码算法来构建软件环境下的密钥安全保护机制,由此也进一步提高了学术界与工业界对白盒分组密码算法的研究与关注度。..由于白盒实现所使用的仿射变换和查找表的规模受到存储、计算能力限制,而规模问题又导致数学分析上存在求解方法,该矛盾导致不断有新的攻击方法与设计方案公开发表。本课题主要针对面向资源受限环境的白盒分组密码算法安全性及其设计特点展开研究。项目首先针对分组密码的轻量化白盒实现及其扩散层特性进行分析,再以此为基础探索抗侧信道攻击的白盒分组密码实现技术,从而进一步完善面向资源受限环境的分组密码白盒安全模型。最后综合上述研究成果,为资源受限环境下的白盒分组密码算法的设计与安全性分析提供新的思路与方法。
英文摘要
Due to its performance and implementation costs, block cipher plays a pivotal role for supporting data encryption/decryption, message authentication codes and digital rights management in the resource-constrained application environments (e.g., mobile Internet and IoTs) . Under this background, more and more applications are equipped with white-box block cipher algorithms for securing key protection mechanism in their software implementations. Therefore researches and attractions on white-box block ciphers are improved both from academics and industry...Since the size of affine transformations and look-up tables (which are used in white-box block ciphers) is limited by storage and computation abilities, while this resource limitation also causes the general solutions in math. This contradiction leads new attack methods and design proposals constantly published in recent years. In this project, the research will be focused on the white-box block ciphers’ security and design choices for resource-constrained environments. First the project will analyze the white-box implementations of lightweight block ciphers and the specifications of their diffusion layer choices. Based on the analysis results, the side-channel analysis techniques on lightweight white-box block ciphers will be investigated. Moreover, the security model of white-box block ciphers for resource-constrained environments will be reconsidered. Consequently, the new designs and cryptanalysis methods for the white-box block ciphers for resource-constrained environments will be proposed on the synthesized results.
本项目针对白盒分组密码算法的安全模型及其侧信道分析技术与防护方案进行系统性研究。在白盒安全模型方面,首次提出了自适应性侧信道分析模型(ASCA),并基于ASCA模型给出了适用于Table Redundancy以及Random Masking等防护机制的DFA与DCA攻击方法。在白盒分组密码算法侧信道分析技术上,提出了新型高阶DCA和针对内部编码的CA分析方法,有效提升了对现有白盒分组密码安全防护机制的侧信道分析能力。特别是针对美密会2022上Ranea等人设计的基于隐函数的白盒分组密码实现框架,首次提出了一种新的针对隐函数框架的DCA攻击方法,突破现有安全性分析方法的限制,解答了关于隐函数白盒分组密码实现框架是否能有效抵抗DCA攻击方法的公开问题。对于特定构造的白盒分组密码算法安全性分析上,项目重点研究了基于space-hard架构的白盒分组密码算法的可逆性,并提出了相应的逆向分析方法与攻击实例。..本项目还针对不同实现框架的白盒分组密码算法,对其面向资源受限环境的安全性与实现代价的平衡策略进行分析与改进。首先我们通过降低随机可逆矩阵对生成的计算开销,同时考虑抵抗DCA与DFA分析,设计了WBMatrix开源矩阵运算库,实现了抗侧信道分析的高性能白盒矩阵算法库。针对基于自等价框架的白盒分组密码算法实现,利用SIMD技术对AES和SM4标准分组密码算法进行优化,提升了AES和SM4在自等价白盒框架下的性能表现。在此基础上,我们提出了CEJO框架下IDEA分组密码的白盒实现及其抗侧信道保护方案。通过理论分析与搜索最优解的方式,我们优化了Skinny算法和轻量级8比特S盒的白盒实现性能,显著提升了其在实际应用中的可行性。此外,本项目还研究了分组密码GCM工作模式的白盒实现方法,并实现了CBC-MAC模式下的隐函数白盒实现方案,为加密算法在多模式应用中的安全性提供了保障。综上,本课题研究成果进一步丰富了白盒密码安全性理论与侧信道分析技术,也为面向资源受限环境的白盒分组密码算法优化与实现提供新的思路和方法。
轻量级Hash函数的密码学分析与设计
  • 批准号:
    61572028
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    龚征
  • 依托单位:
轻量级分组密码算法研究
  • 批准号:
    61100201
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    龚征
  • 依托单位:
国内基金
海外基金