祖冲之算法分析和Cube密码分析方法研究

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21世纪电子金融、电子政务的广泛应用,使得信息安全问题日显凸出,随着信息技术的不断发展,现代密码技术[1,2]成为了解决这一问题的主要途径。密码技术即秘密传送有效信息的技术,可以分为编码技术和分析技术,是信息安全技术的主要内容之一。编码技术主要是通过信息与数字隐秘结合产生不可知的密文,从而实现对消息的加密。分析技术是为了达到某种特殊的目的使加密的信息再次可读而使用的破译密码的技术。这两种技术所存在的对立统一关系,大大推动了密码学自身的快速发展。序列密码,又称流密码,是密码体制中的一个重要分支。由于其操作简单、处理速度快、便于实施等诸多优点,在实际应用中保持着绝对优势,特别是在军方、政府等国防部门,其理论和技术都已经非常成熟。2004年,3GPP启动长期演进计划的研究,亦即4G国际通信标准。此后由我国自主设计的加密算法128-EEA3和完整性算法128-EIA3也参与了LTE通信加密标准的申报工作。上述两个算法的核心是祖冲之算法(ZUC)。ZUC算法是由中国科学院数据保护和通信安全研究中心研制的一种流密码体制。目前已于2011年9月在第53次第三代合作伙伴计划系统架构组会议上被正式通过成为国际标准。这是第一个成为国际标准的我国自主研制的密码算法。ZUC算法的国际标准化,对我国按照国际惯例掌握通信产业的主动权有非常重要的意义。Cube Attack,又称立方攻击,是在2009年欧洲密码年会上由Dinur和Shamir提出的一种新型的代数攻击方法。它吸收了高阶差分分析和饱和攻击的思想,通过寻找密码算法的低次方程以恢复密钥或进行区分攻击。同时CubeAttack是一种密钥恢复攻击,只要有一个输出比特可以表示为密钥与初始向量(或明文)的低次数多变量多项式,它就可以用来攻击任何密码系统。CubeAttack是目前特别流行的一种新型流密码分析方法。由于ZUC算法是第一个成为国际标准的我国自主研制的密码算法,因此对它进行安全性分析是一个具有挑战性的课题;CubeAttack是目前流行的一种流密码分析方法,因此对其进行推广具有重大的密码学意义。围绕着ZUC算法的安全性分析和Cube密码分析方法的推广,本文主要做了以下工作:1、给出了ZUC算法的详细介绍,并介绍了其已有的安全性分析方法。2、提炼密码分析方法Guess and Determine的核心思想,并运用其思想对初始化2轮的ZUC算法进行安全性分析,将复杂度降低到2126。3、引出了流密码的另一种分析方法Cube密码分析方法,详述了其原始攻击原理及二次扩展方法,并在二次扩展的基础上对其进行了三次推广。
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