Strong stationary times and its use in cryptography
本文介绍了强平稳时间（SST）技术在密码学领域的适用性。适用性是在三个领域：*）一类新的密码算法（伪随机置换生成器），不运行预定义的步骤数的命题。相反，这些算法根据定义为SST的停止规则停止，可以获得可证明的性质：* 结果是来自均匀分布的完美样本，* 定时攻击免疫（没有关于由此产生的置换的信息通过关于步骤SST算法的数量的信息泄漏 *）我们展示了如何利用基于SST的算法的属性来构建实现（对称加密方案）通过重用对定时攻击不安全的实现而对定时攻击免疫。在对称密钥密码学中，研究人员主要关注常数时间（重）实现。我们的方法走在一个不同的方向，探索输入掩蔽的想法。* ）分析现有密码方案的理想化（数学）模型--即，我们改进了Mironov的结果（（Not So）Random Shuffles of RC 4; Advances in Cryptology --NIPPTO 2002）
2017-09-08 cs.CR math.PR
Low Rank Parity Check Codes: New Decoding Algorithms and Applications to Cryptography
介绍了一类新的秩度量码：低秩奇偶检验码（LRPC），并提出了一种有效的概率译码算法。这一系列的代码可以被看作是等价的经典LDPC码的秩度量。然后，我们使用这些代码来设计密码系统à la McEliece：更准确地说，我们提出了两个方案的密钥封装机制（KEM）和公钥加密（PKE）。与先前的加密算法中使用的秩度量码（特别是Gabidulin码）不同，LRPC码具有非常弱的代数结构。我们的密码系统可以被看作是一个等价的NTRU密码系统（也是最近的MDPC \cite{MTSB12}密码系统）在秩度量的上下文中。本文件是一个扩展版本的文章介绍LRPC代码，具有重要的新贡献。我们已经改进了解码器，这要归功于一种新的方法，该方法允许对更高秩权重的错误进行解码，即，当先前的解码算法仅解码高达$\frac{n-k}{2}$的错误时，高达$\frac{2}{3}(n-k)$的错误。因此，我们的代码优于经典的Gabidulin码解码器，处理的权重高达$\frac{n-k}{2}$。这是以概率解码为代价的，但是解码错误概率可以任意小。该方法还可以用来降低已有方案的译码错误率，特别适用于密码学领域。最后，我们引入理想秩码，它推广了双循环秩码，使我们能够避免已知的基于折叠的结构攻击。最后，我们提出了不同的参数大小为我们的计划，我们得到了一个公钥的3337位的密钥交换和5893位的公钥加密，都为128位的安全…
2019-03-31 cs.CR cs.IT math.IT
Authenticated tree parity machine key exchange
树奇偶校验机（TPM）的同步，已被证明提供了一个有价值的替代概念，安全的对称密钥交换。然而，从密码学家的角度来看，身份验证至少与密钥的安全交换一样重要。例如，通过散列添加身份验证是简单的，但与神经密码学无关。因此，我们制定了一个认证的密钥交换在这个概念。另一种替代方案，将零知识协议的同步，也提出了。因此，可以避免基于使用相同结构的TPM和同步的中间人攻击甚至所有当前已知的攻击。这反过来又对在重量空间中使用轨迹产生实际影响。这两种建议都有一个优点，那就是完全不影响先前观察到的这个相互作用系统的物理特性。
2004-11-11 cond-mat.dis-nn cs.CR
Analysis of the error correction capability of LDPC and MDPC codes under parallel bit-flipping decoding and application to cryptography
用于解码低密度奇偶校验（LDPC）和中密度奇偶校验（MDPC）码的迭代解码器的特征不在于确定性的解码半径，并且其出错率性能通常通过密集的蒙特卡罗模拟来评估。然而，一些应用，如基于代码的密码学，需要保证低的出错率值，这是不可行的，通过模拟评估，因此需要开发的理论模型，这些代码的出错率下迭代解码。这种类型的一些模型已经存在，但对于实际感兴趣的参数，计算变得难以处理。其他方法通过一些假设来近似代码集成行为，这些假设对于特定代码可能不成立。我们提出了一个理论分析的LDPC和MDPC码的纠错能力，允许推导出严格的界限上的出错率在输出的并行位翻转解码器。特别注意的情况下，小围长的代码，此外，单迭代解码研究通过一个严格的方法，这不需要任何假设，因此在保证任何单一的代码的纠错能力的结果。我们展示了一个应用的例子，新的绑定到基于代码的密码学的上下文中，需要保证出错率，以实现一些强大的安全级别。
2020-02-26 cs.CR cs.IT math.IT
The Seventh International Olympiad in Cryptography: problems and solutions
国际奥林匹克密码学NSUPTO是唯一的奥林匹克包含科学数学问题的专业人士，学校和大学的学生来自任何国家。其目的是让年轻的研究人员参与解决现代密码学的好奇和棘手的科学问题。2020年是第七次举办。来自32个国家的84名第一轮参赛者和49个第二轮参赛队获得了奖品和证书。本文介绍了NSUCRYPTO'2020存在的问题及其解决方案。我们认为有关的问题，密码和哈希函数，协议，置换，素性测试等的攻击，我们讨论了JPEG编码，米勒-拉宾素性测试，在向量空间中的特殊基地，AES-GCM几个开放的问题。修改后的米勒-拉宾素性测试的问题在奥林匹克运动会期间得到解决。找到特殊基的问题得到了部分解决。
2021-07-09 cs.CR cs.DM
Post-Quantum Cryptography: S381 Cyclic Subgroup of High Order
当前存在活跃的后量子密码学（PQC）解决方案搜索，其尝试通过例如用于数值域问题（如整数因子分解（IFP）或离散对数（DLP））的Shor多项式时间算法来找到抵抗攻击的密码协议。其中，使用非交换或非关联结构是这类协议的有效选择。在我们的例子中，我们专注于高阶置换子群，属于对称群S381。使用适当的单向函数（OWF），我们推导出一个Diffie-Hellman密钥交换和ElGamal加密过程，只依赖于组合运算。这两个OWF提出了硬搜索问题，假设不属于BQP的时间复杂度类。本协议的明显优点是它们的概念简单，快速吞吐量的实现，高密码分析安全性和不需要算术运算，因此扩展精度库。这些特性使其适用于低性能和低功耗平台，如灵巧卡、USB密钥和手机。
2017-04-24 cs.CR
Chosen-plaintext attack of an image encryption scheme based on modified permutation-diffusion structure
自Fridrich的设计首次提出以来，利用置换扩散结构设计数字图像密码系统在混沌密码学领域受到了越来越多的关注。最近，一种新的混沌图像密码算法被提出，该算法使用一轮修正的置换扩散模式（ICMPD）。与传统的置换-扩散结构不同，置换是在比特级而不是像素级上进行的，扩散是在通过执行经典仿射密码获得的掩蔽像素上进行的，而不是在ICMPD中的普通像素上进行的。在\textit{divide-and-conquer strategy}算法的基础上，提出了一种基于选择明文的ICMPD攻击方法，该方法可以有效地破解ICMPD，并且所涉及的数据复杂度与明文图像的大小成线性关系.此外，深入探讨了ICMPD扩散阶段的密码核与模加异或运算之间的关系。
2015-03-23 cs.CR
Mathematical problems and solutions of the Ninth International Olympiad in Cryptography NSUCRYPTO
本文介绍了第九届NSUCRYPTO国际密码学奥赛的16道涵盖多主题、难度分层的赛题及解答，并探讨了其中涉及三轮协议、离散对数变体等的若干开放问题，以推动学界对密码学前沿问题的关注。
2023-10-09 cs.CR
Key Reconciliation with Low-Density Parity-Check Codes for Long-Distance Quantum Cryptography
在连续可变量子密钥分发（CV-QKD）中，两个远程方通过固定长度的光纤电缆交换密钥的速度受到密钥协调后处理算法计算复杂度的限制。提出了一种用于CV-QKD的低码率长块多边低密度奇偶校验（LDPC）码，以延长远端双方的最大协调距离。多维上的密钥协调已被证明可以进一步提高CV-QKD中多边缘LDPC码的纠错性能，从而增加密钥速率和距离。然而，对于10^6比特量级的长块长度的LDPC解码的计算复杂度仍然是一个挑战。本文介绍了一种用于多边LDPC码的准循环（QC）码构造，该构造非常适合于现代图形处理单元（GPU）上的硬件加速解码。当与8维调和方案结合时，LDPC译码器采用NVIDIA GeForce GTX 1080 GPU，在最大距离160 km处，对于码率0.02、块长度10^的多边缘码，密钥速率为4.10 × 10 ^{-7}比特/脉冲，实现了1.72 Mbit/s的原始译码吞吐量和7.16 Kbit/s的信息吞吐量当考虑有限大小效应时，为6位。这项工作将之前的最大CV-QKD距离从100 km扩展到160 km，同时在有损信道的密钥速率上限上提供1.07倍到8.03倍的解码信息吞吐量。对于块长度为2^{20}比特的1/10码率多边缘LDPC码，基于GPU的QC-LDPC解码器的吞吐量比现有最佳GPU解码器实现提高了1.29倍。这些结果表明，LDPC解码不再是长距离CV-QKD的计算…
2017-04-17 cs.CR cs.IT math.IT
PPD: Permutation Phase Defense Against Adversarial Examples in Deep Learning
Univ. of Southern California（南加州大学）；Univ. of Nevada（内华达大学）；Docomo Innovations Inc.（都科摩创新公司）
深度神经网络已经在包括分类在内的各种任务上表现出了尖端的性能。然而，众所周知，对输入的不利设计的不可察觉的扰动会误导高级分类器。本文提出了一种新的抵抗对抗攻击的方法--排列相位防御（PPD）。PPD将图像的随机排列与其傅立叶变换的相位分量相结合。这种方法背后的基本思想是将对抗性防御问题类似地转化为对称密码学，后者仅依赖于密钥的安全性。在PPD中，所选排列的安全保存确保了对抗对抗攻击的有效性。在MNIST和CIFAR-10数据集上测试PPD，对目前最强大的对抗攻击产生了最先进的鲁棒性。
2020-01-04 cs.CR cs.LG stat.ML
Efficient Layered New Bit-Flipping QC-MDPC Decoder for BIKE Post-Quantum Cryptography
本文提出一种列分层解码器，用于BIKE后量子密码的新比特翻转算法，降低内存需求并优化阈值系数，实现20%复杂度降低。
2024-12-16 cs.AR cs.CR
Compressed Permutation Oracles
本文提出压缩置换谕示并证明其可靠性，据此证明七轮 Feistel 是强量子伪随机置换，同时重新证明并扩展了随机置换模型中的多项量子查询下界。
2025-09-23 cs.CR quant-ph
A Comprehensive Survey on the Implementations, Attacks, and Countermeasures of the Current NIST Lightweight Cryptography Standard
本文首次系统综述了2023年NIST轻量级密码学标准ASCON，涵盖其在FPGA和ASIC上的实现开销、各类差分与侧信道攻击及对策，并展望未来研究方向。
2023-04-13 cs.AR cs.CR cs.CY
Neural Synchronization based Secret Key Exchange over Public Channels: A survey
使用各种学习规则基于神经同步在公共信道上交换秘密密钥为基于数论的密码算法提供了一种有吸引力的替代方案。虽然有几种形式的攻击是可能的，例如几何，遗传和多数攻击，我们的调查发现，确定性算法，与端点网络同步具有高时间复杂度，而概率和基于人口的算法已被证明有能力解码的关键在其交换过程中的公共信道。我们的调查还讨论了查询，密码学，错误的信息，组密钥交换，突触深度等，已被提出，以增加时间复杂度的算法拦截或解码的关键在交换过程中。树奇偶校验机及其变种，神经网络与树拓扑结构，包括奇偶校验的状态位，似乎是最安全和稳定的端点网络模型之一。我们的调查还提到了一些值得注意的研究神经网络应用于其他必要的方面的密码学。我们的结论是，发现具有非常高的同步速度的神经架构，并设计在相互学习过程中交换的信息的编码和熵，以及设计非常敏感的混沌映射的网络的同步状态的混沌加密密钥的转换，是在这个领域的主要问题。
2015-02-18 cs.CR
Federated Learning is Better with Non-Homomorphic Encryption
King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；Saudi Data and AI Authority（沙特数据与人工智能管理局）
本文提出一种将置换压缩器与经典密码学结合的联邦学习框架，以低成本替代同态加密，在保障训练安全的同时支持异步通信和灵活部署。
2023-12-04 cs.CR cs.LG math.OC
A Statistical Verification Method of Random Permutations for Hiding Countermeasure Against Side-Channel Attacks
本文提出基于Fisher-Yates洗牌的随机置换统计验证方法，通过引入n阶置换概念，确保隐藏对策实现的高效性与可靠性，以抵御侧信道攻击。
2023-11-15 cs.CR
On the primitivity of Lai-Massey schemes
在对称密码学中，用作迭代分组密码的构建块的轮函数通常作为提供混淆和扩散的不同层的组合来获得。在过去的几年里，在替换置换网络和Feistel网络的情况下，对使分组密码的轮函数生成的群成为本原群的层上的条件的研究已经被解决，给分组密码设计者以避免不一致性攻击的收据。在本文中，提出了一个类似的研究莱-梅西计划的主题，一个框架，它结合了替代置换网络和Feistel网络的功能。它对非本原攻击的抵抗力是由于一个更一般的结果而获得的，其中证明Lai-Massey方案的本原性的问题被简化为证明由严格相关的轮函数生成的群的本原性的更简单的问题。替换置换网络。
2020-11-03 cs.CR math.GR
On the Sample Complexity of solving LWE using BKW-Style Algorithms
带误差学习（LWE）问题在密码学中受到广泛关注，主要是由于它在后量子密码学中的基础性意义。在其求解算法中，Blum-Kalai-Wasserman（BKW）算法最初是为了解决带噪声的学习奇偶校验（LPN）问题而提出的，表现良好，特别是对于某些具有加密重要性的参数设置。BKW算法由两个阶段组成，约简阶段和求解阶段。在这项工作中，我们研究了在解决阶段使用的搜索器的性能。我们表明，快速傅立叶变换（FFT）的FFT从Eurocrypt'15具有相同的样本复杂度的最佳FFT，当作出相同数量的假设。我们还表明，它的性能比理论预测的要好得多，并介绍了它的改进称为修剪FFT算法。最后，我们指出，通过广泛的实验，由于LF 2和样品扩增的样品依赖性是有限的。
2021-02-03 cs.CR
FrogBard-512: Design and Experimental Evaluation of a Four-Voice Permutation-Based Hash Function
提出一种基于2048位排列的四声道哈希函数FrogBard-512，采用1024位速率、16轮置换和树模式，通过实验验证实现一致性和无统计缺陷。
2026-06-23 cs.CR
Statistical Decoding 2.0: Reducing Decoding to LPN
基于代码的密码学的安全性主要依赖于线性代码的通用解码的难度。最好的通用解码算法都是由于Prange而对旧算法的改进：它们被称为信息集解码器（ISD）。不久前，提出了一种不属于这个家族的通用解码算法：统计解码。它是一种随机算法，需要计算一个大的中等权重的奇偶校验集，并对这些方程使用某种多数表决来恢复错误。这个算法被遗忘很久了，因为即使是最好的变体，它的表现也不如最简单的ISD算法。我们重新审视这个老算法，使用奇偶校验方程在一个更一般的方式。在这里，奇偶校验用于获得具有秘密的LPN样本，该秘密是误差的一部分，并且LPN噪声与我们产生的奇偶校验的权重有关。相应的LPN问题，然后解决了标准傅立叶技术。通过适当地选择产生这些低权重方程的方法和LPN问题的大小，我们能够以这种方式在小于$0.3$的码率下显著优于信息集解码。它给出了$60$年后的第一次，一个更好的解码算法的一个显着的范围不属于ISD家庭。
2022-10-17 cs.CR
Attack on the Edon-K Key Encapsulation Mechanism
密钥封装机制Edon-K是响应美国国家标准与技术研究所（NIST）发布的后量子密码学标准化的号召而提出的。该方案受到McEliece方案的启发，但是使用在$\mathbb{F}_{2^{128}}$上定义的另一个码族而不是$\mathbb{F}_2$，并且不基于汉明度量。它允许比McEliece方案短得多的公钥。本文给出了一个多项式时间的秘密恢复算法。这种攻击使得该方案对于预期用途来说是不安全的。我们通过观察恢复对应于Edon-K的McEliece方案中的错误可以被视为秩度量的解码问题来获得这个结果。我们表明，在Edon-K中使用的代码实际上是一个超级代码的低秩奇偶检验（LRPC）代码的非常小的秩（1或2）。从公钥可以容易地导出用于这种低秩的超码的合适的奇偶校验矩阵。然后，我们使用这个奇偶校验矩阵的解码算法，是专为LRPC码恢复错误。最后，我们解释我们如何解封的秘密，一旦我们发现了错误。
2018-02-16 cs.CR
On The Simplest Quantum-Secure Block Cipher
University of Maryland（马里兰大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本研究证明两轮Even-Mansour密码在量子查询下信息论安全，并指出单轮构造不安全，该构造为最简单的量子安全分组密码。
2026-10-01 cs.CR quant-ph
On One-Shot Signatures, Quantum vs Classical Binding, and Obfuscating Permutations
本文提出了首个基于不可区分性混淆和 LWE 的标准模型下一次性签名构造，解决了其存在性悬而未决的问题，并实现了经典绑定与塌缩绑定的分离及全域陷门单向置换的构造。
2025-07-16 cs.CR quant-ph
FIPS Compliant Quantum Secure Communication using Quantum Permutation Pad
针对量子计算威胁，本文提出嵌套模式使TLS 1.3支持量子安全数据，符合FIPS标准，并用量子置换垫加密数据，性能损失小于10%。
2023-12-28 cs.CR quant-ph
Equivalence of the Random Oracle Model and the Ideal Cipher Model, Revisited
我们考虑从一个公共随机函数构造一个可逆随机置换的密码学问题（即，其可被对手访问）。这一目标通过Maurer et al.（TCC 2004）的不可微性概念形式化。这是从随机函数构建随机置换的充分研究的问题的公共设置的自然扩展，该问题首先由Luby和Rackoff（Siam J.Comput.，88）使用所谓的Feistel结构。这种构造的最重要的含义是随机预言模型（Bellare和Rogaway，CCS '93）和理想密码模型的等价性，理想密码模型通常用于分析对称密码学中的几种构造。Coron等人（NIPPTO 2008）给出了一个相当复杂的证明，即具有独立随机轮函数的六轮Feistel构造是不可从可逆随机置换中微分的。此外，已知少于六轮不足以满足不可微性。本文的第一个贡献（和出发点）是一个具体的区分攻击，它表明Coron等人的不可微性证明是不正确的。此外，我们提供了支持的证据，一个不可微的证明六轮Feistel建设可能很难找到。为了克服这一差距，我们的主要贡献是一个证明，Feistel建设与18轮是不可微的一个可逆的随机置换。我们的证明方法依赖于为构造中的每一轮分配证明中所需的唯一且特定的角色。这避免了六轮情况下出现的许多问题。
2011-06-01 cs.CC cs.CR cs.IT
