Lack of Unique Factorization as a Tool in Block Cipher Cryptanalysis
线性（或差分）密码分析对于数学家来说似乎是枯燥的主题：它们是关于超级简单的不变量，其特征在于说一个字在n=64位上，只有很少的位为1，可能的攻击空间很小，基本原理是微不足道的。在契约中，数学提供了一个无限丰富的可能性世界。如果是这样的话，为什么密码学家发现的对分组密码的攻击如此之少？在本文中，我们认为，黑盒的方法使用到目前为止，发现攻击对称密码是不够的，我们与最近的白盒代数方法。不变攻击可以通过研究所谓的基本方程（FE）的根来显式地构造。我们还认为，布尔多项式环的某些属性，如缺乏独特的因式分解允许某种类型的产品建设攻击蓬勃发展。作为概念证明，我们展示了如何构建一个复杂的和非平凡的攻击，其中一个多项式的次数为7是一个复杂的块密码的任何数量的轮不变。
2019-05-12 cs.CR
Quantum differential cryptanalysis to the block ciphers
差分密码分析是分组密码攻击中最常用的方法之一。然而，传统的差分密码分析仍然存在一定的局限性。另一方面，量子算法的研究也取得了很大的进展。本文提出了两种将量子算法应用于差分密码分析的方法，并分析了它们的效率和成功概率。一种方法是在每个S盒的高概率差分发现阶段使用量子算法。第二种方法是将加密作为一个整体，在加密过程中使用量子算法。
2015-11-27 cs.CR quant-ph
Imprimitive permutations groups generated by the round functions of key-alternating block ciphers and truncated differential cryptanalysis
我们回答了帕特森的一个问题，表明所有的块系统的密钥交替分组密码的轮函数所产生的组的线性子空间的平移。根据Paterson和Shamir的评论，我们展示了截断差分密码分析的一个连接。我们还给出了一个条件，保证由轮函数的密钥交替分组密码所产生的组是原始的。这尤其适用于AES。
2006-06-12 cs.CR math.GR
Zero-Correlation Linear Cryptanalysis of Reduced Round ARIA with Partial-sum and FFT
Block cipher ARIA was first proposed by some South Korean experts in 2003, and later, it was established as a Korean Standard block cipher algorithm by Korean Agency for Technology and Standards. In this paper, we focus on the security evaluation of ARIA block cipher against the recent zero-correlation linear cryptanalysis. In addition, Partial-sum technique and FFT (Fast Fourier Transform) technique are used to speed up the cryptanalysis, respectively. We first introduce some 4-round linear approximations of ARIA with zero-correlation, and then present some key-recovery attacks on 6/7-round A…
2014-06-17 cs.CR
Multidimensional Zero-Correlation Linear Cryptanalysis of the Block Cipher KASUMI
分组密码KASUMI被广泛用于许多同步无线标准中的安全性。它是由ETSI SAGE在2001年提出的，用于3GPP（第三代合作伙伴计划）加密算法。目前对KASUMI的密码分析已经有了大量的结果，但是对于KASUMI的零相关线性攻击的安全性评估还很缺乏。本文选取了一些特殊的输入掩码，结合对$FL$函数的一些观察，对一般的5轮零相关线性近似进行了改进，提出了对KASUMI的6轮零相关线性攻击.此外，在弱密钥条件下，对最后7轮KASUMI算法进行了零相关线性攻击。这些弱密钥占用整个密钥空间的$2^{-14}$。新的6轮零相关线性攻击需要对$2^{62.8}$已知明文进行$2^{85}$运算。对于最后7轮弱密钥条件下的攻击，数据复杂度约为$2^{62.1}$已知明文，时间复杂度约为$2^{110.5}$。
2014-10-14 cs.CR
Cryptanalysis of a chaotic block cipher with external key and its improved version
最近，Pareek等人提出了一种使用多个一维混沌映射的对称密钥分组密码。本文对这类混沌密码的安全性问题作了一些新的研究：（1）存在一定数量的弱密钥;（2）密码的某些重要中间数据不具有足够的随机性;（3）在一个已知明文中只有120个连续的已知明文字节的情况下，整个密钥可以被已知明文攻击破解。此外，还指出了Wei等人提出的混沌密码的改进版本仍然存在同样的安全缺陷。
2006-08-10 cs.CR nlin.CD
CryptanalysisBench: Can LLMs do Cryptanalysis?
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Anthropic；University of Haifa & Technische Universität Berlin（海法大学与柏林工业大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
研究探讨大语言模型能否进行密码分析，引入包含六个密码原语家族191个任务的CryptanalysisBench基准测试，五个前沿模型在不同层级有一定破解率，不仅得出已知结果还产生新成果，发布该基准测试以追踪人工智能密码分析进展及压力测试候选方案。
2026-07-31 cs.CR
Cryptanalysis and designing chaos-based irreversible and parallel key expansion module over Galois field
从不可逆性、可并行性和独立性等安全准则出发，对AES分组密码的候选密钥扩展模块进行了密码分析，发现其内部存在一些漏洞，容易被攻击者利用。因此，我们设计了一个更安全的密钥扩展模块，使轮密钥能够满足上述三个标准。首先，我们构造了一个相空间遍历的非退化二维混沌映射（2D-πeCM），该映射具有足够大的混沌范围。然后，基于2D-πeCM和Galois域上的多项式乘法，设计了一个不可逆密钥扩展模块，可以将任意长度的初始密钥并行地转换为所需数量的独立轮密钥。安全性和统计结果证明了该密钥扩展模块的灵活性和有效性。
2022-12-28 cs.CR
Constructive Non-Linear Polynomial Cryptanalysis of a Historical Block Cipher
对称密码分析中的一个主要问题是发现新的特定类型的不变性质，这些性质可以适用于分组密码的更大轮数。我们有广义线性密码分析（GLC）和分区密码分析（PC）。由于双指数组合爆炸的数量可能不变的属性系统的探索是不可能的，极少数的积极工作的例子GLC是已知的。我们的答案是使用多项式代数不变量，这使得分区更容易理解。我们已经开发了一种构造性代数方法，该方法是关于确保多项式方程的某个组合为零。我们使用20世纪80年代的旧块密码，与现代密码（例如AES）相比，它具有特别大的硬件复杂度。然而，如果我们能够构建适用于任何轮数的强大的非线性不变量，那么所有这些复杂性就没有那么有用了。我们的不变攻击的一个关键特征是，我们能够完全消除大量的状态和密钥位。我们还为（可能更强的）KT1密钥构建了不变量。其中一些导致强大的仅密文相关攻击。
2019-02-07 cs.CR math.AG math.CO
Deep Learning based Differential Distinguisher for Lightweight Block Ciphers
近年来，深度学习越来越多地参与各种密码的密码分析。本研究的灵感来自于过去的工作，差分解密，开发一个基于深度神经网络的差分解密轮减少轻量级分组密码PRESENT和Simeck。我们在国家的最先进的方法进行改进，并将其用于两个结构不同的分组密码，PRESENT-80和Simeck 64/128。所得结果表明，我们的密码分析方法的通用性。该方法可以从6轮PRESENT加密和7轮Simeck加密得到的密码数据中区分出随机数据，具有较高的准确性。除此之外，我们还探索了一种新的方法来选择好的输入差分，据我们所知，这在过去还没有被探索过。我们还提供了一个最低的安全要求，讨论密码对我们的差分攻击。
2021-12-09 cs.CR
Using Bernstein-Vazirani Algorithm to Attack Block Ciphers
本文研究了Bernstein-Vazirani算法的应用，提出了几种新的分组密码攻击方法。具体来说，我们首先提出了一个量子算法，找到一个函数的线性结构。在此基础上，我们提出了一种新的3轮Feistel方案的量子密钥生成器和一种新的恢复Even-Mansour构造的部分密钥的量子算法。然后，通过观察加密函数的线性结构实际上是它的高概率微分，我们将我们的算法分别应用于差分分析和不可能差分密码分析。我们还提出了一种新的差分密码分析，称为量子小概率差分密码分析，基于我们的算法发现的线性结构也是每个分量函数的线性结构。据我们所知，以前没有提出过类似的方法。所有攻击的效率和成功概率进行了严格的分析。该算法将加密函数作为一个整体来处理，避免了传统差分密码分析难以扩展差分路径的缺点。
2018-07-16 cs.CR quant-ph
Zero-Correlation Linear Cryptanalysis of Reduced-round MISTY1
MISTY 1算法由Matsui在FSE 1997中提出，是一种具有64位块大小和128位密钥大小的分组密码。它被欧洲NESSIE项目和欧洲NEPTREC项目推荐，并分别于2002年和2005年成为RFC和ISO标准。在本文中，我们首先研究FL线性函数的性质，并确定了232个子密钥相关的零相关线性近似5轮MISTY 1与3 FL层。在此基础上，我们选取了27个与子密钥相关的零相关线性近似，提出了对具有4层FL的7轮MISTY 1的零相关线性攻击。此外，对于没有FL层的情况，在5轮MISTY 1上使用27个零相关线性近似来分析7轮MISTY 1。对具有4个FL层的7轮的零相关线性攻击需要大约2^{119：5}次，具有2^{62.9}个已知明文和2^61个存储字节。对于无FL层的7轮攻击，数据复杂度约为2^{63.9}个已知明文，时间复杂度约为2^{81}个重复，内存需求约为2^{93}个字节。这两种攻击的时间复杂度都低于以前的攻击。
2015-04-10 cs.CR
Hardware Implementation of Algorithm for Cryptanalysis
分组密码的密码分析涉及大量的计算，这些计算彼此独立，并且可以同时实例化，以便以更快的速度探索解空间。随着低成本现场可编程门阵列的出现，为计算密集型应用构建专用硬件现在已经成为可能。为此，使用数据加密标准作为概念验证。本文介绍了一种基于FPGA的DES密码分析的硬件实现方案。比较了两种DES结构，即卷式DES结构和展开式DES结构，并根据实验结果在FPGA上实现了卷式DES结构。这项工作的目的是使密码分析更快，更好。
2013-04-11 cs.AR cs.CR
Cryptanalysis of two recently proposed ultralightweight authentication protocol for IoT
通过扩大对象与互联网的连接以及它们进入人类生活，安全和隐私问题变得重要。为了增强互联网的安全性和隐私性，已经开发了许多安全协议。不幸的是，对这些协议进行的安全分析表明，它们容易受到一次或几次攻击，这就消除了这些协议的使用。因此，物联网（IoT）安全协议的需求尚未得到解决。最近，Khor和Sidorov对Wang等人的协议进行了分析，提出了一个改进的协议，本文首先指出该协议也不具有足够的安全性，因此不推荐在任何应用中使用。更准确地说，我们提出了一个完整的秘密泄漏攻击对该协议，该协议提取的全部秘密通过两个通信与目标标签。此外，Sidorv等人最近提出了一种用于支持区块链的供应链的超轻量化相互认证RFID协议，该协议由正式和非正式的安全证明支持。然而，我们提出了一个完整的秘密泄漏攻击，对这个协议。
2019-07-25 cs.CR
Intelligent Systems for Information Security
本论文的目的是利用智能系统来扩展和提高密码技术的性能和安全性。提出了一种求解密码分析问题的遗传算法框架。提出了一种新的基于遗传算法的差分密码分析方法，并提出了一种基于被攻击密码差分特征的适应度测度。通过对基本的置换置换网络和Feistel网络进行攻击，证明了该攻击的复杂度小于对同一密码进行差分分析的复杂度的四分之一。用现代分组密码的基本模型代替实际密码进行攻击，证明该攻击也适用于其他易受差分分析攻击的密码。基于神经网络的映射逼近能力，提出了一种新的分组密码攻击方法。一个完整的问题制定的解释和实施的攻击，一些假设的Feistel密码不容易受到差分或线性攻击。提出了一种基于神经网络的分组密码算法。给出了一个完整的密码结构和密钥调度。神经网络的主要特性是能够在一个非常快速和非常小的存储器相比，S-盒执行大的维度域之间的映射被用作密码的基础。
2014-01-15 cs.CR cs.NE
Enhancing Deep Learning-Based Rotational-XOR Attacks on Lightweight Block Ciphers Simon32/64 and Simeck32/64
本文通过优化数据格式、利用比特敏感度测试压缩输入并引入密钥比特敏感度测试与联合错误密钥响应，提升了 Simon32/64 和 Simeck32/64 的 RX 神经区分器轮数，并实现了对 Simeck32/64 的 17 轮密钥恢复攻击。
2025-11-09 cs.CR
A Cryptosystem Based on Hilbert Matrix using Cipher Block Chaining Mode
密码学是一门利用数学对数据进行加密和解密的科学。加密技术使您能够存储敏感信息或通过不安全的网络传输信息，以便除预期收件人外的任何人都无法读取信息。密码学是保护数据的科学，而密码分析是分析和破坏安全通信的科学。经典密码分析涉及分析推理、数学工具的应用和模式发现的有趣组合。所提出的工作的目标是提出一种新的加密方法的基础上的特殊矩阵称为希尔伯特矩阵的认证和保密性，并提出一个模型的保密性和认证使用的对称和公共密码系统的组合。此外，它被扩展到共享密钥密码系统的概念，使用会话密钥的数字封装。在目前的工作中，共享密钥加密算法的发展，使用希尔伯特矩阵密码系统。在这方面，块链接操作模式已被用于解决混淆和扩散的问题。
2011-10-07 cs.CR cs.NI
Cryptanalysis of Gleeok-128
本文对Gleeok-128进行了首次全面的第三方密码分析，提出了基于MILP的两阶段框架和积分密钥恢复方法，揭示了其多分支结构的安全性问题，并优化了线性层参数以提高抗性。
2025-12-04 cs.CR
Differential experiments using parallel alternative operations
本文将基于替代差分运算的攻击扩展至作用于分组每个s-box的并行替代运算，通过数学框架回顾与玩具密码实验，验证了其相较于XOR-差分攻击的有效性。
2024-01-09 cs.CR cs.IT math.GR
Improved (Related-key) Differential-based Neural Distinguishers for SIMON and SIMECK Block Ciphers
National University of Defense Technology（国防科技大学）；Hunan Engineering Research Center of Commercial Cryptography Theory and Technology Innovation（湖南省商密理论与技术创新工程研究中心）；State Key Laboratory of Cryptology（密码科学技术国家重点实验室）；Institute of Information Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院信息工程研究所）；University of Oulu（奥卢大学）
Gohr在2019年国际密码学大会上进行了开创性的尝试，成功地将深度学习应用于NSA分组密码SPECK 32/64的差分密码分析中，实现了比纯差分密码分析更高的精度。从本质上讲，挖掘数据中的有效特征在数据驱动的深度学习中起着至关重要的作用。本文除了考虑密文对训练数据信息的完整性外，还将差分密码分析结构的领域知识考虑到深度学习的训练过程中，以提高性能。同时，以SIMON 32/64差分神经网络的性能为切入点，研究了输入差分对混合神经网络性能的影响，以选择合适的输入差分。最终，我们提高了SIMON 32/64，SIMON 64/128，SIMEK 32/64和SIMEK 64/128的神经网络的准确性。我们还首次在SIMON 32/64、SIMON 64/128、SIMEK 32/64和SIMEK 64/128的轮缩减版本上获得了基于相关关键差分的神经网络。
2022-11-15 cs.AI cs.CR
Invariant Hopping Attacks on Block Ciphers
自20世纪70年代以来，分组密码被广泛使用。它们的迭代结构容易受到许多轮不变攻击，例如线性密码分析（LC）。下一步是研究非线性多项式不变量。95年的欧洲密码直到最近，研究人员发现这种攻击非常少，有些结果是不可能的。最后，最近的论文展示了如何为分组密码构造多项式不变攻击，然而许多这样的结果是2度的。本文提出了一种新的构造分组密码高次多项式不变攻击的增量方法。对一个密码设置的普通攻击将被转置，以表明在几个步骤中存在对更强密码的更高级攻击。关键的工具是操纵所谓的基本方程的根。示例是用旧的历史分组密码T-310构造的。
2020-02-08 cs.CR math.AC
Electromagnetic Side-Channel Attack Resilience against PRESENT Lightweight Block Cipher
轻量级密码学是一种新的从传统密码学转向物联网（IoT）平台的方法。相比之下，它提供了更小的加密原语，例如更短的密钥大小，块大小和更少的能量消耗。主要的焦点可以看出，在算法的发展，在这个新兴的主题。因此，验证主要基于理论（数学）证明进行。在文献中发现的少数几个可用的侧信道分析研究中，最高的百分比是由电源攻击。PRESENT是一种很有前途的轻量级块密码，将在不久的将来包含在物联网设备中。因此，本文的重点是轻量级密码学，我们的调查表明，不提供相关电磁分析（CEMA），因此，在努力填补这一研究空白，我们选择调查CEMA对本算法的能力。本研究的目的是以最少的电磁波波形来决定秘密密钥泄漏的机率。该过程最初从简单的EM分析（SEMA）开始，并逐渐增强到CEMA。本文介绍了我们的攻击建模方法，目前的结果表明，泄漏的关键和即将到来的计划，优化的七个字节的概率。此外，还介绍了轻量级密码分析和EMA理论。
2021-12-22 cs.CR
A quantum related-key attack based on Bernstein-Vazirani algorithm
由于量子计算机强大的计算能力，近年来密码学研究人员将量子算法应用于密码分析，并取得了许多有趣的结果。本文研究了量子环境下的相关密钥攻击，提出了一种特定的相关密钥攻击，只要被攻击的分组密码满足一定的条件，该攻击就能有效地恢复分组密码的密钥。该攻击算法采用Bernstein-Vazirani算法作为子程序，要求攻击者利用量子叠加查询加密预言机。之后，我们严格证明了攻击的有效性，并分析了其复杂性。我们的工作表明，相关密钥攻击是相当强大的结合量子算法，并提供了一些指导的分组密码的设计，是安全的，对量子对手。
2018-08-09 cs.CR quant-ph
Optimal s-boxes against alternative operations and linear propagation
本研究分类了对并行替代运算呈线性的扩散层，分析了各类最优4位s盒的替代运算差分特性，发现部分类别存在弱置换，并通过实验验证了并行替代运算密码分析的有效性。
2025-10-29 cs.CR math.GR
Doubly Perfect Nonlinear Boolean Permutations
由于实现上的限制，异或运算被广泛地用于组合明文和密钥比特串。这种选择直接导致了经典版本的差分攻击使用XOR类差异。虽然非常自然，但XOR有许多替代方案。它们中的每一个都为相应的差分攻击引入了一种新的形式（使用适当的差分概念），因此分组密码需要使用抵抗这些非标准差分密码分析的S盒。在这方面的贡献，我们研究的功能，提供最好的抵抗差分攻击的基础上有限域乘法。我们还表明，在某些特定的情况下，有强大的排列，提供了最好的抵抗乘法和指数基差分攻击。我们称之为双完全非线性置换。
2010-03-25 cs.CR cs.DM
Electromagnetic Analysis of an Ultra-Lightweight Cipher: PRESENT
侧信道攻击是密码学中不可预测的风险因素。因此，持续观察物理泄漏对于最大限度地减少与加密功能相关的漏洞至关重要。轻量级密码学是一种面向物联网（IoT）安全的新方法。因此，它将在这样一个受限的生态系统中提供足够的数据和隐私保护。物联网设备在数据率（以kbps为单位）、电源可维护性（电池）以及硬件和软件占用空间（物理大小、内部存储器、RAM/ROM）方面资源有限。由于处理传统密码算法的困难，轻量级密码由小的密钥大小、块大小和很少的操作轮组成。与过去不同的是，使用廉价的电子电路来执行侧信道攻击的可负担性正在成为现实。因此，在这些新兴的密码的物理泄漏的密码分析是至关重要的。在现有的研究中，功率分析似乎在研究中得到了足够的重视，而其他方面，如电磁，定时，缓存和光学攻击继续进行适当的评估，在法医分析中发挥作用。因此，我们开始分析超轻量级分组密码PRESENT的电磁辐射泄漏。根据文献，PRESENT承诺适用于物联网设备，并且似乎仍然不存在任何关于其相关电磁分析（CEMA）的工作。首先，我们在时域和频域进行了简单的电磁分析，然后进行CEMA攻击建模。本文总结了相关文献（物联网、轻量级密码学、侧信道攻击和EMA）、我们的方法、当前成果以及优化结果的未来计划。
2021-06-29 cs.CR
Freestyle, a randomized version of ChaCha for resisting offline brute-force and dictionary attacks
介绍了ChaCha密码的一种随机可变轮的Freestyle。Freestyle使用基于哈希的停止条件的概念，其中使用不正确密钥的解密尝试可能需要更长的时间才能停止。这使得Freestyle能够抵抗密钥猜测攻击，即暴力攻击和基于字典的攻击。Freestyle证明了一种新的方法，通过使用随机数的轮为每个块的密文随机化，其中确切的轮数是未知的接收器提前。Freestyle提供了为给定密钥、随机数和消息生成$2^{128}$不同密文的可能性，从而抵抗密钥和随机数重用攻击。由于其固有的随机行为，Freestyle使得通过已知明文、选择明文和选择密文攻击的密码分析在实践中变得困难。另一方面，Freestyle的密码初始化过程更昂贵，通常会生成3.125%的密文，并且被发现比ChaCha20慢1.6到3.2倍。Freestyle适用于在性能和密文大小方面更倾向于密文随机化以及抵抗密钥猜测和密钥重用攻击的应用程序。Freestyle非常适合于假设密文完全由对手控制的应用程序，并且可以进行离线密钥猜测攻击。
2018-02-19 cs.CR
Quantum Period Finding against Symmetric Primitives in Practice
我们提出了第一个完整的实现离线西蒙的算法，并估计其成本攻击MAC Chaskey，分组密码PRINCE和NIST的轻量级候选AEAD方案大象。这些攻击需要合理数量的量子位，与破解RSA-2048所需的量子位数量相当。它们比其他碰撞算法更快，对PRINCE和Chaskey的攻击是迄今为止已知的最有效的。由于Elephant的密钥小于其状态大小，因此该算法的效率较低，并且最终比穷举搜索更昂贵。我们还提出了一个优化的量子线路的布尔线性代数以及完全可逆的实现的PRINCE，Chaskey，海绵和Spongent的量子密码分析是独立的利益。我们强调，我们的攻击可以在未来应用于今天的通信，并建议谨慎选择对称结构的情况下，预计长期安全。
2020-11-13 cs.CR cs.ET quant-ph
Quantum Meet-in-the-Middle Attacks on Key-Length Extension Constructions
针对密钥长度扩展构造中的双密钥三重加密和3异或级联加密，提出量子中途相遇攻击，在Q2/Q1模型下实现更低时间复杂度，还扩展出量子中途筛选攻击框架，适用于更多构造。
2025-11-12 cs.CR quant-ph
