分組密碼SMS4的安全性分析.pdf

1、SMS4算法公布于2006年2月，是中國官方公布的第一個(gè)商用分組密碼標(biāo)準(zhǔn)，是中國無線局域網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)建議的分組密碼算法。分組長度和密鑰的長度均為128位的SMS4算法使用的32輪Feistel非平衡結(jié)構(gòu)，是最初在LOKI密碼算法的密鑰擴(kuò)展算法中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。SMS4在32輪非線性迭代之后加上了一個(gè)反序變換，因此SMS4中只要解密密鑰是加密密鑰的逆序，它的解密算法與加密算法就可以保持一致。另外SMS4中的密鑰擴(kuò)展方案也是利用了32輪的非平衡F

2、eistel結(jié)構(gòu)。
　　在無線局域網(wǎng)應(yīng)用中，安全第一，而安全問題已成為無線局域網(wǎng)向信息化應(yīng)用邁進(jìn)的最大障礙。近年來，無線局域網(wǎng)的安全技術(shù)得到了快速發(fā)展，但安全問題一直是無線局域網(wǎng)的一大弱點(diǎn)，限制了無線局域網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步推廣。在無線局域網(wǎng)技術(shù)的安全領(lǐng)域，很多安全專家一直致力于解決它的安全問題。作為WAPI使用的相關(guān)分組密碼算法，SMS4也是中國官方公布的第一個(gè)商用密碼算法，怎么評(píng)估SMS4的安全性，也已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

3、r>　　由于SMS4的在無線安全領(lǐng)域的重要作用，自其公布之初就引起了廣大專家學(xué)者的注意?，F(xiàn)在已有多種針對(duì)SMS4的攻擊方法。矩形攻擊作為目前常用的分組密碼分析方法之一，可以利用高概率的低輪差分特征來構(gòu)造高輪的差分區(qū)分器，從而在分組密碼不存在高輪的高概率差分特征時(shí)仍然可以對(duì)其進(jìn)行攻擊。針對(duì)SMS4最早的矩形攻擊是Lu在2007年提出來的，他攻擊了14輪的SMS4，所用的矩形區(qū)分器的概率為2-237.64。T.Kim和J.Kim在2008年

4、構(gòu)造了一個(gè)概率為2-244的16輪的矩形區(qū)分器，然后利用211283次加密和2124個(gè)選擇明文分析了18輪的SMS4算法。薛萍構(gòu)造了一個(gè)概率為2-250的16輪矩形區(qū)分器，利用2127個(gè)選擇明文攻擊了18輪的SMS4，其時(shí)間復(fù)雜度為2110.77。
　　在薛萍的研究成果的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步改進(jìn)了矩形攻擊對(duì)18輪SMS4的攻擊效率。我們同樣是利用了薛萍提出的概率為2-250的16輪矩形區(qū)分器，這個(gè)區(qū)分器由一個(gè)10輪的差分路徑和一個(gè)6

5、輪的差分路徑構(gòu)成。SMS4的S盒和L變換具有特殊性質(zhì)，其S盒有一個(gè)概率最大為2-6的輸出差分值，其L變換的分支數(shù)為5.利用這兩個(gè)性質(zhì)，通過控制差分路徑中某些值，我們讓區(qū)分器的概率達(dá)到了最大值。此外，我們也采用了新的攻擊方式。在攻擊過程中，我們利用了哈希表來排序四元組，這樣大大減少了比較的次數(shù)，進(jìn)而降低了攻擊的時(shí)間復(fù)雜度。改進(jìn)后的矩形攻擊的空間復(fù)雜度為2127個(gè)選擇明文，時(shí)間復(fù)雜度為2103.83次18輪加密。
　　針對(duì)SMS4的矩