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摘要
随着量子计算机和量子计算技术的迅速发展,量子算法对密码系统安全性的威胁迫在眉睫。之前的研究表明,许多经典安全的对称密码结构或方案在基于Simon算法的量子攻击下不安全,例如3轮Feistel结构、Even-Mansour结构、CBC-MAC、GCM和OCB等方案。可调加密方案通常设计为分组密码工作模式,用于磁盘扇区加密,其结构可以分为Encrypt-MaskEncrypt(CMC、EME、EME*等)、Hash-CTR-Hash(XCB、HCTR、HCH等)和Hash-ECB-Hash(PEP、TET、HEH等)三种类型。本文利用Simon算法,对HCTR、HCH、PEP和HEH四种可调加密方案进行了分析,研究结果表明这四种可调加密方案在选择明文量子攻击下是不安全的,使用多项式次的量子问询即可得到与方案秘密值有关的周期函数的周期,进而将其和可调随机置换区分开来。对于利用Simon算法对可调加密方案的攻击,构造周期函数是关键。一般基于两种特殊形式的可调加密方案构造周期函数:一种是固定调柄,一种是变化调柄。本文用变化调柄的方法给出了对CMC和TET两种可调加密方案更简洁的量子攻击方法。通过对比分析,固定调柄和变化调柄两种不同的Simon量子攻击方式得到的周期不同,可结合得到进一步的结果。最后本文从固定调柄和变化调柄的角度对可调加密方案的一般量子攻击方法进行了总结,并给出了对基于泛哈希函数可调加密方案(Hash-CTR-Hash和Hash-ECB-Hash)的通用攻击。
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单位信息安全国家重点实验室; 中国科学院信息工程研究所; 中国科学院大学
