aes算法不可能差分分析的新结果

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1、第13卷第5期2012年10月信息工程大学学报JournalofInformationEngineeringUniversityDOI：10.3969/j.issn.1671-0673.2012.05.002万方数据AES算法不可能差分分析的新结果刘佳，陈少真(信息工程大学网络空间安全学院，河南郑州450001)摘要：证明了AES算法中一类新的4轮不可能差分；分析了AES对该不可能差分的安全性;对使用预计算的AES不可能差分分析方法，给出了攻击复杂度的表达式，描述了不可能差分的模式与攻击复杂度之间的关系。关键词：分组密码；高级加密标准(AES)；不可能差分中图分类号:TN9

2、18.1文献标识码：A文章编号：1671-0673(2012)05^0521-06NewResultsofImpossibleDifferentialCryptanalysisonAESLIUJia,CHENShao-zhen(InstituteofCyberspaceSecurity,InformationEngineeringUniversitytZhengzhou450001tChina)Abstract:AnewtypeofimpossibledifferentialsinAESisprovedandtheAESsecurityisanalyzed・Fortheim

3、possibledifferentialcryptanalysiswithpre-computationonAES,expressionsofattackcomplexityareproposedwhichshowtherelationshipbetweenthepatternsofimpossibledifTerentialsandthecomplexityofattacks・Keywords:blockcipher;advancedencryptionstandard(AES)；impossibledifferential高级加密标准(advancedencryptio

4、nstandard,AES)[l是目前在世界范围内应用最为广泛的分组密码体制之一。AES采用代替•置换网络(substitution-permutationnetwork,SPN)结构，分组长度为128比特，密钥长度支持128J92.256比特，相应轮数为10、12、14,这3种形式的AES分别记为AES・128、AES・192、AES256。不可能差分分析是利用概率为0的差分(即不可能差分)排除错误密钥的分析方法，前提是存在不可能差分(通常指不可能截断差分)，它与SubBytes中使用的不可约多项式等参数选择无关，而只与扩散层的特征有关.如分支数(branchnumber

5、)⑺“。'2000年Biham等利用“中间相错”方法给出AES的一类4轮不可能差分⑷，结合密钥扩展算法，以该不可能差分为基础进行了AES分析[57];2003年Kim等提出了使用计算机自动搜索不可能差分的“u方法”，给出AES几类3轮不可能差分⑻；2011年Li等通过分析SPN结构中扩散层的性质，给出了SPN结构中判断几种类型不可能差分是否存在的充分条件⑼;2011年Liu等构造了AES-个2轮不可能差分并在此基础上对7轮AES-128进行了分析口3o在不可能差分基础上，进行密钥恢复攻击时，差分的输人输出选取模式的不同将会影响攻击的复杂度。本文将首先证明AES中一类新的4轮

6、不可能差分，其次应用该不可能差分分析5轮AES,呆后对使用预计算的不可能差分分析方法进行研究，给出攻击复杂度的表达式，描述不可能差分的模式对攻击复杂度的影响。另外，这些结果会为寻找特定模式的不可能差分提供一些约束条件。收稿曰期-2012-03.26;修回日期：2012-05-30墓金项目：国家自然科学基金资助项目(61070178)作者简介：刘佳(】985-),男.硕士生•主要研究方向为信息安全与密码学•E-mail：liujia_inf@163.com。1.1SPN结构SPN结构的轮变换组成：①混淆层，局部状态的非线性变换，用S表示；②扩散层，整体状态的线性变换，用P表示

7、；③状态与轮密钥的结合，用。航表示，其中，轮密钥K,由密钥扩展算法得到。「轮加密过程表示如下⑼：EjcC)=叫。S。(O；：s.。P。S)。叫(・)。1.2AES算法AES算法中，明文.密文、轮密钥及中间数据均称为•状态”，以4x4字节矩阵表示:b12B9BnLB,B7其中，耳(0MW15)是字节。本文中，状态也可用字节向量表示：(3。厨，…，％)。AES轮变换组成：①SubBytes(SB),面向字节的非线性代替；②ShiftRows(SR),每行的循环移位;③MixColumns(MC),每列的列混合运算；④A