基于差分密码分析的全连接神经网络模型萃取

1

作者 熊黎依 刘阳 +2 位作者 陆金玉 刘国强 孙兵 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期679-695,共17页

近年来,参数萃取技术已成为深度学习领域的一个关键研究方向,其主要目标是从训练好的神经网络模型中提取关键的模型参数,包括连接权重和偏置项等.参数萃取技术对于深入理解网络内部机制、优化模型结构以及提高模型透明度具有重要的理论... 近年来,参数萃取技术已成为深度学习领域的一个关键研究方向,其主要目标是从训练好的神经网络模型中提取关键的模型参数,包括连接权重和偏置项等.参数萃取技术对于深入理解网络内部机制、优化模型结构以及提高模型透明度具有重要的理论和实践价值.然而,当前的参数萃取技术主要适用于采用ReLU激活函数的网络模型.考虑到更复杂网络的高度非线性特征,参数萃取的难度显著增加.对于更复杂结构和不同类型激活函数的研究仍相对匮乏.为弥补这一缺口,本文借鉴密码学中差分密码分析的思想,提出了一种面向单隐层Leaky ReLU和Parametric ReLU全连接神经网络的参数萃取方法.本文详细阐述了如何仅通过网络访问准确地提取包括激活函数参数在内的网络参数.此外,通过对MNIST数据集上训练的网络进行实证分析,以及在密码学中神经网络区分器的简化版本上进行实验,验证了所提出方法的有效性.这项研究为深度学习模型的解释性研究和优化实践提供了全新的视角. 展开更多

关键词 全连接神经网络 模型萃取 差分密码分析 激活函数

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一种新的6轮AES不可能差分密码分析方法 被引量：7

2

作者 陈杰 张跃宇 胡予濮 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期598-601,共4页

给出了一个4轮AES的不可能差分特性:如果输入的明文对只有一个S-盒不同,那么4轮之后相应的密文对在同一列不可能出现3个不同的S-盒.利用该性质,在原来4轮不可能差分密码分析的基础上,前后各加一轮,提出了一种不可能差分密码分析6轮AES... 给出了一个4轮AES的不可能差分特性:如果输入的明文对只有一个S-盒不同,那么4轮之后相应的密文对在同一列不可能出现3个不同的S-盒.利用该性质,在原来4轮不可能差分密码分析的基础上,前后各加一轮,提出了一种不可能差分密码分析6轮AES的新方法.该新方法需要299.5的选择明文,记忆存储空间为257分组,以及约286的6轮AES计算,且恢复密钥的错误概率仅为2-66.5. 展开更多

关键词 不可能差分密码分析 高级加密标准 密码分析

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CLEFIA-128算法的不可能差分密码分析 被引量：1

3

作者 郑秀林 连至助 +1 位作者 鲁艳蓉 袁征 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第3期141-144,共4页

研究13轮CLEFIA-128算法,在9轮不可能差分攻击的基础上,提出一种未使用白化密钥的不可能差分密码分析方法。猜测每个密钥,筛选满足轮函数中S盒输入输出差分对的数据对。利用轮密钥之间的关系减少密钥猜测量,并使用Early Abort技术降低... 研究13轮CLEFIA-128算法,在9轮不可能差分攻击的基础上,提出一种未使用白化密钥的不可能差分密码分析方法。猜测每个密钥,筛选满足轮函数中S盒输入输出差分对的数据对。利用轮密钥之间的关系减少密钥猜测量,并使用Early Abort技术降低计算复杂度。计算结果表明,该方法的数据复杂度和时间复杂度分别为2120和2125.5。 展开更多

关键词 分组密码 CLEFIA-128算法 密码分析 不可能差分密码分析 EARLY Abort技术

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动态密码结构抵抗差分密码分析能力评估 被引量：7

4

作者 王念平 郭祉成 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期70-79,共10页

针对CLEFIA密码结构,提出一种动态密码结构,该动态密码结构的特点是第6t(t≥1)轮中的扩散层可以从{0,1}4上的多个线性双射中任意选取。通过对6轮差分特征的传递规律的分析,给出了动态密码结构中所有密码结构抵抗差分密码分析能力的评估... 针对CLEFIA密码结构,提出一种动态密码结构,该动态密码结构的特点是第6t(t≥1)轮中的扩散层可以从{0,1}4上的多个线性双射中任意选取。通过对6轮差分特征的传递规律的分析,给出了动态密码结构中所有密码结构抵抗差分密码分析能力的评估结果。研究结果表明,在轮函数都是双射的条件下,当迭代轮数l为6k(k≥1)或6k+1(k≥3)时,l轮差分特征至少有l个活动轮函数,当迭代轮数为其他值时,l轮差分特征至少有l−1个活动轮函数。 展开更多

关键词 动态密码结构 差分密码分析 活动轮函数

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四分组类CLEFIA变换簇抵抗差分密码分析的安全性评估 被引量：6

5

作者 王念平 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2528-2532,共5页

差分密码分析是针对分组密码的强有力的攻击方法,估计分组密码抵抗差分密码分析的能力是分组密码安全性评估的重要内容之一.基于实际应用背景,提出了"四分组类CLEFIA变换簇"的概念,并利用变换簇中两种特殊分组密码结构的差分... 差分密码分析是针对分组密码的强有力的攻击方法,估计分组密码抵抗差分密码分析的能力是分组密码安全性评估的重要内容之一.基于实际应用背景,提出了"四分组类CLEFIA变换簇"的概念,并利用变换簇中两种特殊分组密码结构的差分对应之间的关系,给出了变换簇中所有密码结构抵抗差分密码分析的安全性评估结果. 展开更多

关键词 分组密码 四分组类CLEFIA变换簇 差分密码分析 活动轮函数

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基于最优区分器的多差分密码分析方法 被引量：1

6

作者 高海英 金晨辉 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期814-821,共8页

如何利用多个差分特征对分组密码算法进行差分攻击,从而精确地估计出分组密码算法抵抗差分攻击的能力,是一个重要的研究课题.文中基于最优区分器的思想,提出了一种多差分密码分析方法.针对每个实验密钥,构造出基于多个差分特征的统计量... 如何利用多个差分特征对分组密码算法进行差分攻击,从而精确地估计出分组密码算法抵抗差分攻击的能力,是一个重要的研究课题.文中基于最优区分器的思想,提出了一种多差分密码分析方法.针对每个实验密钥,构造出基于多个差分特征的统计量,根据统计量的大小判决实验密钥是否为正确密钥.给出了多差分分析方法的计算复杂度,分析了正确密钥、错误密钥对应统计量的概率分布规律,并在此基础上给出了多差分分析方法的成功率和数据复杂度之间的关系.通过具体实例表明,在成功率相同的条件下,基于的差分特征越多,需要的数据复杂度越小. 展开更多

关键词 分组密码 最优区分器 多差分密码分析 差分特征 成功率 密码学

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一种迭代型分组密码的差分密码分析 被引量：1

7

作者 何大可 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 1998年第6期611-616,共6页

修改分组密码ＩＤＥＡ轮函数中的模乘运算，得到一种新的轮函数。对基于此种新轮函数的一种迭代型分组密码进行了差分密码分析。数值试验证实ＨＤＥＡ的ＤＣ有用差分的概率均低于ＨＤＥＡ０的相应差分概率。迭代次数足够大的ＨＤＥＡ... 修改分组密码ＩＤＥＡ轮函数中的模乘运算，得到一种新的轮函数。对基于此种新轮函数的一种迭代型分组密码进行了差分密码分析。数值试验证实ＨＤＥＡ的ＤＣ有用差分的概率均低于ＨＤＥＡ０的相应差分概率。迭代次数足够大的ＨＤＥＡ能抵抗差分密码分析攻击；在８ｂｉｔＣＰＵ环境下软件加密时，２４轮ＨＤＥＡ与８轮ＩＤＥＡ的数据加密速率相近，抗差分密码分析的能力大致相同。 展开更多

关键词 分组密码 差分密码分析 轮函数 迭代型

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一类高阶差分密码分析 被引量：2

8

作者 胡豫濮 蔡勉 肖国镇 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第10期74-78,共5页

对迭代型分组密码给出了新一类高阶差分，并对ＳＡＦＥＲ 进行了高阶差分密码分析．分析结果表明。

关键词 信息安全 分组密码 差分密码分析 高阶差分

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类CLEFIA动态密码结构抵抗差分密码分析能力评估 被引量：4

9

作者 杨继林 王念平 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2279-2283,共5页

将动态思想融入分组密码设计,使得算法具有动态性能从而提高抗攻击能力,按照这种想法,本文提出“类CLEFIA动态密码结构”,并通过建立两类不同密码结构的差分对应之间的联系,给出类CLEFIA动态密码结构的差分密码分析结果.具体地,对4r(r... 将动态思想融入分组密码设计,使得算法具有动态性能从而提高抗攻击能力,按照这种想法,本文提出“类CLEFIA动态密码结构”,并通过建立两类不同密码结构的差分对应之间的联系,给出类CLEFIA动态密码结构的差分密码分析结果.具体地,对4r(r≥1)轮类CLEFIA动态密码结构,在轮函数都是双射时,证明了l(l≥1)轮差分特征至少有l-1个活动轮函数. 展开更多

关键词 类CLEFIA动态密码结构 差分密码分析 活动轮函数

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全轮超轻量级分组密码PFP的相关密钥差分分析 被引量：1

10

作者 严智广 韦永壮 叶涛 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第3期729-738,共10页

2017年,PFP作为一种超轻量级分组密码被提出,而因其卓越的实现性能备受业界广泛关注。该算法不仅硬件开销需求低(仅需约1355 GE(等效门))、功耗小,而且加解密速度快(其速度甚至比国际著名算法PRESENT的实现速度快1.5倍),非常适合在物联... 2017年,PFP作为一种超轻量级分组密码被提出,而因其卓越的实现性能备受业界广泛关注。该算法不仅硬件开销需求低(仅需约1355 GE(等效门))、功耗小,而且加解密速度快(其速度甚至比国际著名算法PRESENT的实现速度快1.5倍),非常适合在物联网环境中使用。在PFP算法的设计文档中,作者声称该算法具有足够的能力抵御差分攻击、线性攻击及不可能差分攻击等多种密码攻击方法。然而该算法是否存在未知的安全漏洞是目前研究的难点。该文基于可满足性模理论(SMT),结合PFP算法轮函数特点,构建两种区分器自动化搜索模型。实验测试结果表明:该算法在32轮加密中存在概率为2^(–62)的相关密钥差分特征。由此,该文提出一种针对全轮PFP算法的相关密钥恢复攻击,即只需2^(63)个选择明文和2^(48)次全轮加密便可破译出80 bit的主密钥。这说明该算法无法抵抗相关密钥差分攻击。 展开更多

关键词 轻量级分组密码算法 差分密码分析 密钥恢复攻击 可满足性模理论

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广义类CLEFIA动态密码结构抵抗差分和线性密码分析的安全性评估

11

作者 成磊 沈璇 任传伦 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2571-2580,共10页

基于四分支类CLEFIA动态密码结构,对2m分支类CLEFIA动态密码结构进行分析,证明基于循环变换的类CLEFIA动态密码结构等价于CLEFIA密码结构.对2m分支类CLEFIA动态密码结构最小差分活动轮函数个数的上界进行研究,证明每轮变换P_(i)为基于GF... 基于四分支类CLEFIA动态密码结构,对2m分支类CLEFIA动态密码结构进行分析,证明基于循环变换的类CLEFIA动态密码结构等价于CLEFIA密码结构.对2m分支类CLEFIA动态密码结构最小差分活动轮函数个数的上界进行研究,证明每轮变换P_(i)为基于GF(2^(s))上{0,1}构成的动态线性变换,2m分支类CLEFIA动态密码结构最小差分活动轮函数上界为[2^(2m-1)/2^(2m)-1mr],其中,r为轮数.另外,可将上述关于差分性质的结果推广得到类CLEFIA动态密码结构线性性质的结果. 展开更多

关键词 密码结构 类CLEFIA动态密码结构 差分密码分析 线性密码分析 活动轮函数

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基于GPU的大状态密码S盒差分性质评估方法 被引量：1

12

作者 张润莲 张密 +1 位作者 武小年 舒瑞 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第9期2785-2790,共6页

大状态的密码S盒能够为对称密码算法提供更好的混淆性,但对大状态S盒的性质评估开销巨大。为高效评估大状态密码S盒的差分性质,提出基于GPU并行计算的大状态密码S盒差分性质评估方法。该方法基于现有的差分均匀度计算方法,针对16比特S... 大状态的密码S盒能够为对称密码算法提供更好的混淆性,但对大状态S盒的性质评估开销巨大。为高效评估大状态密码S盒的差分性质,提出基于GPU并行计算的大状态密码S盒差分性质评估方法。该方法基于现有的差分均匀度计算方法,针对16比特S盒的差分均匀度和32比特S盒的差分性质,分别设计GPU并行方案,通过优化GPU并行粒度和负载均衡提高了核函数和GPU的执行效率,并缩短了计算时间。测试结果表明,相较于CPU方法和GPU并行方法,所提方法大幅降低了大状态S盒差分性质评估的计算时间,提高了对大状态S盒差分性质的评估效率:对16比特S盒差分均匀度的计算时间为0.3 min;对32比特S盒的单个输入差分的最大输出差分概率计算时间约5 min,对它的差分性质计算时间约2.6 h。 展开更多

关键词 密码S盒 差分密码分析 差分均匀度 最大输出差分概率 GPU并行计算

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AC分组密码的差分和线性密码分析 被引量：5

13

作者 吴文玲 马恒太 卿斯汉 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第3期569-574,共6页

讨论AC分组密码对差分和线性密码分析的安全性,通过估计3轮AC的差分活动盒子的个数下界和12轮AC的线性活动盒子的个数下界,本文得到AC的12轮差分特征概率不大于2-128和线性逼近优势不大于2-67.因此,AC分组密码对差分和线性密码分析是安... 讨论AC分组密码对差分和线性密码分析的安全性,通过估计3轮AC的差分活动盒子的个数下界和12轮AC的线性活动盒子的个数下界,本文得到AC的12轮差分特征概率不大于2-128和线性逼近优势不大于2-67.因此,AC分组密码对差分和线性密码分析是安全的. 展开更多

关键词 AC分组密码 线性密码分析 差分密码分析 线性逼近 S-盒 密码学

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对低轮SAFER++的差分-非线性密码分析 被引量：2

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作者 张文涛 卿斯汉 吴文玲 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2003年第6期791-798,共8页

SAFER + +是进入NESSIE第 2轮评估的 7个分组算法之一 采用差分密码分析和非线性密码分析相结合的方法对 4轮、5轮和 6轮SAFER + +进行分析 ,结果表明 :6轮SAFER + +对这种攻击方法不免疫 ;攻击 4轮和 5轮SAFER + +时 ,与已有结果相比 ... SAFER + +是进入NESSIE第 2轮评估的 7个分组算法之一 采用差分密码分析和非线性密码分析相结合的方法对 4轮、5轮和 6轮SAFER + +进行分析 ,结果表明 :6轮SAFER + +对这种攻击方法不免疫 ;攻击 4轮和 5轮SAFER + +时 ,与已有结果相比 ,攻击复杂度大大减小 攻击对 2 2 50 个 2 5 展开更多

关键词 差分密码分析 非线性密码分析 差分-非线性密码分析 SAFER++ NESSIE

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SMS4型密码结构抵抗差分和线性密码分析能力评估 被引量：8

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作者 王念平 殷勍 《密码学报》 CSCD 2015年第2期189-196,共8页

差分密码分析和线性密码分析是针对分组密码的强有力的分析方法.对分组密码结构抵抗差分和线性密码分析能力的评估,常用的方法是给出多轮差分特征和线性逼近中活动轮函数个数的下界,进而给出最大差分特征概率和最大线性逼近概率的上界.... 差分密码分析和线性密码分析是针对分组密码的强有力的分析方法.对分组密码结构抵抗差分和线性密码分析能力的评估,常用的方法是给出多轮差分特征和线性逼近中活动轮函数个数的下界,进而给出最大差分特征概率和最大线性逼近概率的上界.基于此,本文通过迭代结构的分析,对SMS4型密码结构抵抗差分和线性密码分析的能力进行了深入的研究.在轮函数都是双射的条件下,证明了4轮和5轮差分特征分别至少有1个和2个轮函数的输入差分非零,进而证明了5k+j(0≤j≤4)轮差分特征至少有2k+[j/4]个轮函数的输入差分非零.若设轮函数的最大差分概率和最大线性逼近概率分别为p和q,则5k+j(0≤j≤4)轮最大差分特征概率和最大线性逼近概率的上界分别为p2k+[j/4]和q2k+[j/4].根据本文的研究结果,只需确定轮函数的最大差分概率和最大线性逼近概率,就能估计出密码结构抵抗差分和线性密码分析的能力. 展开更多

关键词 SMS4型密码结构 差分密码分析 线性密码分析 差分特征概率 线性逼近概率

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神经网络差分区分器的改进方案与应用

16

作者 栗琳轲 陈杰 刘君 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第1期196-214,共19页

为深入研究深度学习在密码安全性分析方面的应用,采用神经网络对轻量级分组密码进行差分分析,主要得到以下研究结果:①采用引入注意力机制的深度残差网络构造神经网络差分区分器,并将其应用于SIMON、SIMECK和SPECK 3类轻量级分组密码。... 为深入研究深度学习在密码安全性分析方面的应用,采用神经网络对轻量级分组密码进行差分分析,主要得到以下研究结果:①采用引入注意力机制的深度残差网络构造神经网络差分区分器,并将其应用于SIMON、SIMECK和SPECK 3类轻量级分组密码。结果表明,SIMON32/64和SIMECK32/64有效区分器最高可达11轮,精度分别为0.5172和0.5164;SPECK32/64有效区分器最高可达8轮,精度为0.5868。②探究不同的输入差分对神经网络差分区分器精度的影响。针对SIMON、SIMECK和SPECK 3类密码,采用神经网络的快速训练得到不同输入差分对应的神经网络差分区分器的精度。结果表明,低汉明重量且高概率的输入差分能够提高神经网络差分区分器的精度。同时,寻找到SIMON32/64、SIMECK32/64和SPECK32/64神经网络差分区分器的合适输入差分分别为0x0000/0040、0x0000/0001和0x0040/0000。③探究包含不同信息量的输入数据格式对神经网络差分区分器精度的影响。根据密码算法的特点改变输入数据包含的信息量,并重新训练相应的神经网络差分区分器。结果表明,相比于只包含密文对信息,输入数据中包含密文对信息以及倒数第2轮差分信息的神经网络差分区分器会获得更高的精度。④在上述研究的基础上,进一步对11轮SIMON32/64进行最后一轮子密钥恢复攻击,当选择明密文对的数量为29时,在100次攻击中的攻击成功率可达100%。 展开更多

关键词 神经网络 密码学 轻量级分组密码 差分密码分析 注意力机制 神经网络差分区分器 密钥恢复攻击

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Piccolo结构抵抗差分和线性密码分析能力的进一步评估 被引量：1

17

作者 殷勍 王念平 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1173-1178,共6页

为评估Piccolo结构的密码性能,对该结构抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力进行研究。给出任意轮差分特征中活动轮函数和活动S盒个数的一个新的下界,并利用Piccolo结构的差分线性对偶性,给出任意轮线性逼近中活动轮函数和活动S盒个... 为评估Piccolo结构的密码性能,对该结构抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力进行研究。给出任意轮差分特征中活动轮函数和活动S盒个数的一个新的下界,并利用Piccolo结构的差分线性对偶性,给出任意轮线性逼近中活动轮函数和活动S盒个数的一个新的下界。同时,证明这些下界是不可改进的。 展开更多

关键词 Piccolo结构 差分密码分析 线性密码分析

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一类扩展广义Feistel结构抵抗差分和线性密码分析能力评估

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作者 殷勍 王念平 《密码学报》 CSCD 2016年第2期147-156,共10页

差分密码分析和线性密码分析是攻击分组密码的强有力的工具.在实际的安全性评估中,常用的方法是,通过研究密码结构,给出多轮差分特征和线性逼近中活动F函数个数的下界,进而给出最大差分特征概率和最大线性逼近概率的上界.如果最大差分... 差分密码分析和线性密码分析是攻击分组密码的强有力的工具.在实际的安全性评估中,常用的方法是,通过研究密码结构,给出多轮差分特征和线性逼近中活动F函数个数的下界,进而给出最大差分特征概率和最大线性逼近概率的上界.如果最大差分特征概率和最大线性逼近概率的上界足够小,就认为该密码结构具有抵抗差分和线性密码分析的能力.基于此,本文对一类四分组扩展广义Feistel结构抵抗差分和线性密码分析的能力进行了详细的研究.在F函数为双射的条件下,证明了k(k≥1)轮差分特征中活动F函数个数的下界为k-1,并利用差分特征和线性逼近之间的对偶关系,证明了k轮线性逼近中活动F函数个数的下界也为k-1.从而,若设F函数的最大差分概率和最大线性逼近概率分别为p和q,则k轮差分特征概率和线性逼近概率的上界分别为p^(k-1)和q^(k-1).根据本文的研究结果,只需确定F函数的最大差分概率和最大线性逼近概率,就能估计出该密码结构抵抗差分和线性密码分析的能力.最后,将该密码结构与其它两类广义Feistel结构的效率进行了比较. 展开更多

关键词 扩展广义Feistel结构 差分密码分析 线性密码分析 活动F函数 下界

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差分侧信道密码分析中泄露模型的线性回归分析

19

作者 尹慧琳 杨筱菡 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期315-319,共5页

从统计学线性回归模型的角度研究密码设备差分侧信道分析攻击中泄露模型的建模及估计,在不需对设备信息泄露有提前了解的情况下,得出线性回归泄露模型,克服了传统泄露模型的局限性.首先,分析能耗泄露的随机模型从而构建线性回归模型,然... 从统计学线性回归模型的角度研究密码设备差分侧信道分析攻击中泄露模型的建模及估计,在不需对设备信息泄露有提前了解的情况下,得出线性回归泄露模型,克服了传统泄露模型的局限性.首先,分析能耗泄露的随机模型从而构建线性回归模型,然后用最小二乘估计和最小一乘估计两种方法求解线性回归模型的系数,最后基于八位控制器PayTV-AES智能卡平台实现能耗泄露的建模及系数估计.通过对两种求解方法结果的比较,提出最小二乘估计比最小一乘估计更适合用于泄露模型的线性回归分析;通过对被估模型系数曲线的分析,提出线性回归分析可以用于测量数据的预处理,以提高泄露模型建模效率. 展开更多

关键词 智能卡安全 差分侧信道密码分析 差分能量攻击 泄露模型 线性回归分析

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分组密码中的代替－置换网络的差分特性研究

20

作者 邢育森 林晓东 杨义先 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第10期61-64,共4页

本文研究了作为分组密码中代替－置换网络的布尔函数的差分特性，首次定义并讨论了布尔函数差分重量与差分定序特征矩阵的性质，给出了一种构造满足文献［６］提出的１阶ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ准则的代替－置换网络的方法，这种分组密码体... 本文研究了作为分组密码中代替－置换网络的布尔函数的差分特性，首次定义并讨论了布尔函数差分重量与差分定序特征矩阵的性质，给出了一种构造满足文献［６］提出的１阶ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ准则的代替－置换网络的方法，这种分组密码体制对差分密码分析具有一定的免疫性。 展开更多

关键词 差分密码分析 代替-置换网络 分组密码

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