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高能效格基后量子密码并行采样算法与硬件结构研究
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作者 别梦妮 李伟 +3 位作者 付秋兴 陈韬 杜怡然 南龙梅 《电子学报》 北大核心 2025年第2期420-430,共11页
在后量子密码高速演进的过程中,为兼顾灵活性与高效性的需求,本文面向多种格基后量子密码算法提出了一款并行可重构的采样加速器.本文结合数学推导分别提出了7种采样的高效并行实现模型,并从中提炼了4种共同运算逻辑.以这4种共同运算逻... 在后量子密码高速演进的过程中,为兼顾灵活性与高效性的需求,本文面向多种格基后量子密码算法提出了一款并行可重构的采样加速器.本文结合数学推导分别提出了7种采样的高效并行实现模型,并从中提炼了4种共同运算逻辑.以这4种共同运算逻辑为核心,引入数据重排限制运算数据的有效位宽,提高了拒绝采样的接受率并简化了运算逻辑,提出了一种高能效的可重构并行采样算法.为提升采样算法的硬件实现效能,本文采用蝴蝶变换网络在单个时钟周期内完成任意有效位宽数据的并行切分、归并与查找,高效实现了算法前后处理的并行化,构建了参数化的并行可重构采样加速器架构模型,结合实验探索,提出了一款数据带宽为1 024 bit的并行可重构采样加速器.实验结果表明,使用40 nm CMOS工艺库,在ss、125℃工艺角条件下进行后仿,电路最高工作频率可达到667 MHz,平均功耗为0.54 W.完成256点均匀采样需6 ns,完成256点拒绝值小于216的拒绝采样平均仅需22.5 ns,完成256点8 bit以内的二项采样需18 ns,完成509点简单三值采样需36 ns,完成701点非负相关三值采样需124.5 ns,完成509点固定权重三值采样需11.18μs,完成一次Falcon算法中的离散高斯采样需3 ns.与现有研究相比,本文提出的采样器完成一次均匀-拒绝采样的能耗值降低了约30.23%,完成一次二项采样的能耗值降低了约31.6%. 展开更多
关键词 后量子密码算法 采样器 高能效 可重构
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基于零信任的网络数据安全保护框架与实现
2
作者 王作广 李超 赵利 《计算机应用》 北大核心 2025年第4期1232-1240,共9页
为解决网络架构复杂化、动态化和碎片化演变导致的边界防护措施失效,应对非自主可控的系统、软硬件和密码算法不断呈现的脆弱性对网络数据安全造成的挑战,首先,基于零信任理念设计一个零信任网络架构实现模型;其次,提出一种零信任网络... 为解决网络架构复杂化、动态化和碎片化演变导致的边界防护措施失效,应对非自主可控的系统、软硬件和密码算法不断呈现的脆弱性对网络数据安全造成的挑战,首先,基于零信任理念设计一个零信任网络架构实现模型;其次,提出一种零信任网络安全保护框架,在身份管理与认证、授权与访问、数据处理与传输等环节融合利用零信任安全理念、国密算法体系和可信计算技术,设计国密证书申请与签发、业务数据安全处理与传输等框架流程,并设计与实现身份与访问管理模块、终端可信网络访问代理设备等功能组件;最后,构建基于安全保护框架的网络平台,从而为网络数据安全保护和零信任安全实践提供新框架、技术和工具。安全分析与性能测试的结果显示,所提平台对SM2的签名与验签性能分别平均达到了每秒1118.72次和每秒441.43次,对SM4的加密和解密性能分别平均达到了10.05 MB/s和9.96 MB/s,平台数据安全访问/响应性能为7.23 MB/s,表明所提框架可以提供稳定的数据安全支持。 展开更多
关键词 零信任 数据保护 安全框架 国密算法 可信计算
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基于国密算法SM9的可追踪环签名方案 被引量:1
3
作者 谢振杰 尹小康 +1 位作者 蔡瑞杰 张耀 《通信学报》 北大核心 2025年第3期199-211,共13页
为解决数字签名用户的隐私保护问题,并防止恶意用户滥用完全匿名性,提出一种基于国密算法SM9的可追踪环签名方案。国密算法SM9是我国自主研发的标识密码算法,具有较高的安全性和良好的性能,避免了公钥基础设施的建设成本和证书管理开销... 为解决数字签名用户的隐私保护问题,并防止恶意用户滥用完全匿名性,提出一种基于国密算法SM9的可追踪环签名方案。国密算法SM9是我国自主研发的标识密码算法,具有较高的安全性和良好的性能,避免了公钥基础设施的建设成本和证书管理开销。通过引入密码累加器,环签名的生成和验证过程的计算量以及签名数据大小均降低至常数级。在随机预言机模型下,基于q-SDH困难问题证明了该方案具有EUF-CMIA安全性,并证明了在出现争议时可追踪实际签名者的条件匿名性。理论分析和测试结果表明,该方案的签名和验证效率分别达到现有同类方案的7.3倍和3.3倍,签名数据大小约为其1/5,在计算效率和通信开销方面具有显著优势。 展开更多
关键词 可追踪环签名 国密算法 SM9算法 密码累加器 基于标识的密码
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国密算法SM9的计算性能改进方法 被引量:1
4
作者 谢振杰 刘奕明 +1 位作者 罗友强 尹小康 《信息安全研究》 北大核心 2025年第1期5-11,共7页
针对国密算法SM9的计算性能改进问题,提出2维Comb固定基模幂算法、预计算标量乘的拓展应用、针对常用ID优化等计算性能改进方法,理论分析和实验测试表明,所提方法通过预计算并增加可以接受的存储开销,能有效提升固定底数模幂、SM9算法3... 针对国密算法SM9的计算性能改进问题,提出2维Comb固定基模幂算法、预计算标量乘的拓展应用、针对常用ID优化等计算性能改进方法,理论分析和实验测试表明,所提方法通过预计算并增加可以接受的存储开销,能有效提升固定底数模幂、SM9算法3个常见步骤等组件的计算性能.综合运用上述改进方法后,SM9数字签名的生成与验证、密钥交换、密钥封装、加密5项算法的性能提升幅度为14%~116%. 展开更多
关键词 国密算法 SM9 计算性能 预计算 Comb固定基
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基于国密算法SM9的撤销加密方案
5
作者 谢振杰 张万里 +2 位作者 张耀 赵方方 刘胜利 《通信学报》 北大核心 2025年第5期65-76,共12页
针对现有标识撤销加密方案存在的系统公钥冗长和解密效率低的问题,基于我国自主研发的标识密码算法SM9,提出一种高效的撤销加密方案。通过在加密阶段指定被撤销用户名单,被撤销用户无法解密,而系统内其余用户均可正常解密。方案实现了... 针对现有标识撤销加密方案存在的系统公钥冗长和解密效率低的问题,基于我国自主研发的标识密码算法SM9,提出一种高效的撤销加密方案。通过在加密阶段指定被撤销用户名单,被撤销用户无法解密,而系统内其余用户均可正常解密。方案实现了恒定长度的密文和精简的系统公钥,针对撤销加密“一次加密、多次解密”的应用场景,通过重构双线性对运算优化了解密效率。在随机预言机模型下,基于广义判定性Diffie-Hellman指数(GDDHE)困难问题证明了方案的选择明文安全性。理论分析和实验测试表明,相较于现有同类方案,所提方案以密钥封装密文长度扩张50%为代价,系统公钥长度缩减约66.7%,当撤销用户数量在4~64个时,解密效率提升65.0%~85.2%。结果表明,所提方案有效增强了SM9密码体系在大规模访问控制场景中的实用性。 展开更多
关键词 撤销加密 国密算法 SM9算法 广播加密 基于标识的密码
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国密算法SM9的性能优化方法
6
作者 谢振杰 刘奕明 +1 位作者 蔡瑞杰 罗友强 《计算机科学》 北大核心 2025年第6期390-396,共7页
针对国密算法SM9的计算性能优化问题,提出椭圆曲线固定点标量乘预计算、采用预计算的Miller算法、最终模幂困难部分构造、分圆子群上的模幂运算、基于Comb固定基的模幂运算等性能优化方法,有效提升了SM9算法中椭圆曲线标量乘、双线性对... 针对国密算法SM9的计算性能优化问题,提出椭圆曲线固定点标量乘预计算、采用预计算的Miller算法、最终模幂困难部分构造、分圆子群上的模幂运算、基于Comb固定基的模幂运算等性能优化方法,有效提升了SM9算法中椭圆曲线标量乘、双线性对、12次扩域上的模幂等耗时步骤的计算性能。通过Python编程实现SM9数字签名的生成与验证、密钥交换、密钥封装与解封装、加密与解密7项算法。测试表明,综合运用上述优化方法后,各项SM9算法的性能提升幅度为32%~352%。 展开更多
关键词 国密算法 SM9 性能优化 椭圆曲线 双线性对 PYTHON
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基于商用密码算法的水利工控协议安全加固技术
7
作者 葛创杰 荆芳 +1 位作者 王戈飞 袁世冲 《人民长江》 北大核心 2025年第5期210-215,共6页
针对水利工控系统面临的数据监听、数据篡改、数据伪造等安全风险,基于商用密码算法,开展数据安全传输技术研究,确保水利系统中工业以太网数据和现场总线数据传输的机密性、完整性和真实性。在分析当前水利工控系统面临的数据传输风险... 针对水利工控系统面临的数据监听、数据篡改、数据伪造等安全风险,基于商用密码算法,开展数据安全传输技术研究,确保水利系统中工业以太网数据和现场总线数据传输的机密性、完整性和真实性。在分析当前水利工控系统面临的数据传输风险的基础上,针对工业以太网和现场总线2类通信协议进行安全加固设计,完成了密码模块设计,开展了多场景安全性测试与分析。经某水务基地水利一体化闸门现场测试,2类协议下各通讯主体间分别收发数据10000次,其中工业以太网层共计成功收发数据10000次,失败0次,加密前后平均延时0.25 ms;现场总线层共计成功收发数据9977次,失败23次,加密前后平均延时269.28 ms。另外,开展了身份仿冒、数据窃取、数据篡改攻击测试。结果表明:该方法加解密成功率高,时延低,运行稳定,能够抵御外部攻击,在不影响业务运转前提下,可有效保障水利工控场景下的数据通信安全。 展开更多
关键词 水利工控系统 数据传输风险 数据加解密 协议加固 商用密码算法 通信安全
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S-box:six-dimensional compound hyperchaotic map and artificial bee colony algorithm 被引量:1
8
作者 Ye Tian Zhimao Lu 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2016年第1期232-241,共10页
Being as unique nonlinear components of block ciphers,substitution boxes(S-boxes) directly affect the security of the cryptographic systems.It is important and difficult to design cryptographically strong S-boxes th... Being as unique nonlinear components of block ciphers,substitution boxes(S-boxes) directly affect the security of the cryptographic systems.It is important and difficult to design cryptographically strong S-boxes that simultaneously meet with multiple cryptographic criteria such as bijection,non-linearity,strict avalanche criterion(SAC),bits independence criterion(BIC),differential probability(DP) and linear probability(LP).To deal with this problem,a chaotic S-box based on the artificial bee colony algorithm(CSABC) is designed.It uses the S-boxes generated by the six-dimensional compound hyperchaotic map as the initial individuals and employs ABC to improve their performance.In addition,it considers the nonlinearity and differential uniformity as the fitness functions.A series of experiments have been conducted to compare multiple cryptographic criteria of this algorithm with other algorithms.Simulation results show that the new algorithm has cryptographically strong S-box while meeting multiple cryptographic criteria. 展开更多
关键词 substitution boxes(S-boxes) multiple cryptographic criteria six-dimensional compound hyperchaotic map artificial bee colony algorithm(ABC).
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支持密码逆向防火墙的基于SM9的属性基可搜索加密方案
9
作者 高改梅 段明博 +2 位作者 荀亚玲 刘春霞 党伟超 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第11期3495-3502,共8页
针对属性基可搜索加密(ABSE)方案大都基于非国密算法设计,且无法抵抗内部算法替换攻击(ASA)的问题,提出一种支持密码逆向防火墙的基于SM9的属性基可搜索加密方案(SM9ABSE-CRF)。该方案将国密算法SM9扩展至ABSE领域,实现了细粒度数据访... 针对属性基可搜索加密(ABSE)方案大都基于非国密算法设计,且无法抵抗内部算法替换攻击(ASA)的问题,提出一种支持密码逆向防火墙的基于SM9的属性基可搜索加密方案(SM9ABSE-CRF)。该方案将国密算法SM9扩展至ABSE领域,实现了细粒度数据访问控制,并引入密码逆向防火墙(CRF)技术有效抵御ASA。分析了SM9ABSE-CRF在判定性Diffie-Hellman(DBDH)假设下满足了选择关键词下的不可区分性,并形式化证明了CRF的部署满足维持功能性、保留安全性以及抵抗泄漏性。理论分析和仿真实验结果表明,与提供CRF的ABSE方案cABKSCRF(consistent Attribute-Based Keyword Search system with CRF)相比,SM9ABSE-CRF具有更高的安全性,并且在索引与陷门生成阶段也表现出显著的性能优势。 展开更多
关键词 密码逆向防火墙 可搜索加密 属性基加密 SM9算法 算法替换攻击
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基于FBR特征的密码算法识别
10
作者 向广利 蒋欣 +1 位作者 张于洁 杨立新 《计算机应用与软件》 北大核心 2024年第11期358-365,共8页
针对现有的密码算法识别存在密文特征提取不足和识别准确率低等问题,提出一种FBR密文特征提取方法。该方法结合随机性测试中的频率(Frequency)、块内频率(Block Frequency)和游程(Run)三种方法,定义出密文的码元次数统计值、游程次数统... 针对现有的密码算法识别存在密文特征提取不足和识别准确率低等问题,提出一种FBR密文特征提取方法。该方法结合随机性测试中的频率(Frequency)、块内频率(Block Frequency)和游程(Run)三种方法,定义出密文的码元次数统计值、游程次数统计值和块内次数统计值,基于三种统计值构造出FBR特征。实验使用支持向量机对三种混合数据集分别进行密文二分类和多分类实验。实验结果表明,该方法所提取的FBR密文特征对比已有表现良好的密文特征,其平均识别准确率得到较高的提升,充分证明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 密码算法识别 特征提取 FBR特征 支持向量机
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全同态加密软硬件加速研究进展 被引量:3
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作者 边松 毛苒 +8 位作者 朱永清 傅云濠 张舟 丁林 张吉良 张博 陈弈 董进 关振宇 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1790-1805,共16页
全同态加密(FHE)是一种重计算、轻交互的多方安全计算协议。在基于全同态加密的计算协议中,尽管计算参与方之间无需多轮交互与大量通信,加密状态下的密态数据处理时间通常是明文计算的10~3~10~6倍,极大地阻碍了这类计算协议的实际落地;... 全同态加密(FHE)是一种重计算、轻交互的多方安全计算协议。在基于全同态加密的计算协议中,尽管计算参与方之间无需多轮交互与大量通信,加密状态下的密态数据处理时间通常是明文计算的10~3~10~6倍,极大地阻碍了这类计算协议的实际落地;而密态数据上的主要处理负担是大规模的并行密码运算和运算所必须的密文及密钥数据搬运需求。该文聚焦软、硬件两个层面上的全同态加密加速这一研究热点,通过系统性地归类及整理当前领域中的文献,讨论全同态加密计算加速的研究现状与展望。 展开更多
关键词 全同态加密 同态算法 密码硬件加速
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完备的IBE密码学逆向防火墙构造方法 被引量:2
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作者 赵一 刘行 +1 位作者 明洋 杨波 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期3482-3496,共15页
斯诺登事件后,以算法替换攻击为代表的后门攻击带来的威胁受到广泛关注.该类攻击通过不可检测的篡改密码协议参与方的算法流程,在算法中嵌入后门来获得秘密信息.为协议参与方配置密码学逆向防火墙(cryptographic reverse firewall,CRF)... 斯诺登事件后,以算法替换攻击为代表的后门攻击带来的威胁受到广泛关注.该类攻击通过不可检测的篡改密码协议参与方的算法流程,在算法中嵌入后门来获得秘密信息.为协议参与方配置密码学逆向防火墙(cryptographic reverse firewall,CRF)是抵抗算法替换攻击的主要手段.基于身份加密(identity-based encryption,IBE)作为一种广泛应用的公钥加密体制,亟需构建合适的CRF方案.然而,已有工作仅实现了CRF再随机化的功能,忽视了将用户私钥直接发送给作为第三方的CRF的安全风险.针对上述问题,首先给出适用于IBE的CRF安全性质的形式化定义和安全模型.其次提出可再随机化且密钥可延展的无安全信道IBE(rerandomizable and keymalleable secure channel free IBE,RKM-SFC-IBE)的形式化定义并给出传统IBE转化为RKM-SFC-IBE以及增加匿名性的方法.最后基于RKM-SFC-IBE给出对应CRF的一般性构造方法,并给出标准模型下IBE方案的CRF构造实例与性能优化方法.与已有工作相比,提出完备的适用于IBE的CRF安全模型,给出一般构造方法,明确为表达力更强的加密方案构造CRF时的基本原则. 展开更多
关键词 算法替换攻击 密码学逆向防火墙 无安全信道的基于身份加密 安全保持性
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基于RISC-V指令扩展方式的国密算法SM2、SM3和SM4的高效实现 被引量:1
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作者 王明登 严迎建 +1 位作者 郭朋飞 张帆 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2850-2865,共16页
基于指令扩展的密码算法实现是兼顾性能和面积的轻量级实现方式,特别适用于日益普及的物联网设备.SM2、SM3和SM4等国密算法有利于提高自主可控设备的安全性,但针对这些算法进行指令扩展的相关研究还不够充分.RISC-V由于其开源、简洁及... 基于指令扩展的密码算法实现是兼顾性能和面积的轻量级实现方式,特别适用于日益普及的物联网设备.SM2、SM3和SM4等国密算法有利于提高自主可控设备的安全性,但针对这些算法进行指令扩展的相关研究还不够充分.RISC-V由于其开源、简洁及可扩展等优点已成为业界最流行的指令集架构之一,本文主要基于国产开源RISC-V处理器对国密算法SM2、SM3和SM4进行指令扩展和高效实现.本文基于软硬件协同的理念提出总体指令的扩展方案.对相关密码算法进行深入分析和方案对比,分别设计了硬件单元,提出高效的实现方式.设计实现的协处理器具有2级流水线结构,顺序派遣、乱序执行和顺序写回的指令执行模式,以及独立内存访问单元和大位宽寄存器.协处理器统一接管了密码算法的部分控制逻辑,降低硬件资源消耗.实验结果表明,本文设计的密码协处理器硬件结构精简,资源利用率高.SM2、SM3和SM4算法占用资源少,但执行速率相比纯硬件有一定程度下降,资源面积和花费时间的乘积与其他相关文献相比有不同程度的优势. 展开更多
关键词 RISC-V 协处理器 国密算法 指令扩展 蜂鸟E203 嵌入式系统
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5G网络量子安全算法应用研究 被引量:2
14
作者 王聪丽 李金慧 +3 位作者 王靖然 薛伟佳 王锦华 王骞然 《电信科学》 北大核心 2024年第11期135-147,共13页
随着5G网络的广泛应用,数据传输速度与容量显著提升,推动了物联网、自动驾驶、远程医疗等领域的创新发展,同时也对网络安全提出了更高要求。量子计算的进步对传统公钥密码体系构成重大威胁,Shor算法和Grover算法可分别破解基于大整数分... 随着5G网络的广泛应用,数据传输速度与容量显著提升,推动了物联网、自动驾驶、远程医疗等领域的创新发展,同时也对网络安全提出了更高要求。量子计算的进步对传统公钥密码体系构成重大威胁,Shor算法和Grover算法可分别破解基于大整数分解和离散对数问题的公钥密码,并提高对称加密算法和杂凑算法的破解效率。为应对这一挑战,全球多个标准化组织正积极推进量子安全密码的研究与标准化工作。首先概述了5G网络架构及其安全需求,并分析了量子计算对传统密码体系的影响。随后,介绍了量子安全密码算法的最新进展,并探讨了这些算法在5G网络终端接入与数据传输安全中的集成方式。最后,提出了量子安全密码应用策略,并验证了其技术可行性,以期为构建更加安全可靠的5G网络提供理论和技术参考。 展开更多
关键词 5G网络 量子安全算法 网络安全 密码应用
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一种基于国密算法的保密多方字符串排序协议 被引量:1
15
作者 周由胜 丁珊 +1 位作者 左祥建 刘媛妮 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3763-3770,共8页
保密排序问题由百万富翁问题衍生而来,是安全多方计算研究的基本问题,多参与方字符串排序对于数据库保密查询及电子投票求和问题的研究具有重要意义。现有保密排序问题的研究多集中在私密数据排序或者两方字符串排序,高效的多参与方字... 保密排序问题由百万富翁问题衍生而来,是安全多方计算研究的基本问题,多参与方字符串排序对于数据库保密查询及电子投票求和问题的研究具有重要意义。现有保密排序问题的研究多集中在私密数据排序或者两方字符串排序,高效的多参与方字符串排序方案尚处于探索中,该文基于改进的SM2同态加密算法与门限密码算法,提出半诚实模型下的保密多方单字符排序协议,进一步构造基于权重的保密单字符排序协议以及保密多方字符串排序协议。使用模拟范例对3种协议进行安全性证明,并对协议进行性能分析与仿真实验,结果表明该文提出的保密多方单字符排序协议与保密多方字符串排序协议性能相较现有同类方案均有明显提升。 展开更多
关键词 安全多方计算 保密排序 同态加密 门限密码 国密算法
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基于国密算法的MQTT安全机制研究与实现 被引量:10
16
作者 刘泽超 梁涛 +2 位作者 孙若尘 郝志强 李俊 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期333-342,共10页
针对现有MQTT协议缺乏有效身份认证以及数据以明文形式传输的问题,提出了一种基于国密算法SM2,SM3,SM4的MQTT安全保护方案。通过SM2算法实现客户端与MQTT Broker之间的双向身份认证;通过SM4算法加密MQTT协议中用户名、密码、主题的消息... 针对现有MQTT协议缺乏有效身份认证以及数据以明文形式传输的问题,提出了一种基于国密算法SM2,SM3,SM4的MQTT安全保护方案。通过SM2算法实现客户端与MQTT Broker之间的双向身份认证;通过SM4算法加密MQTT协议中用户名、密码、主题的消息内容等数据;通过SM3算法保证MQTT协议传输数据的完整性。将自主可控的国产密码技术应用到MQTT协议中,可有效提升该协议的安全防护能力。安全性分析和实验结果表明,所提方案在解决了MQTT协议安全问题的同时,也可以满足实际的应用需求。 展开更多
关键词 国密算法 MQTT协议 身份认证 数据加密
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对称密码的量子分析法综述 被引量:4
17
作者 董晓阳 《密码学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第1期159-173,共15页
随着量子计算技术的不断进步, 密码学研究者不得不深入研究量子计算模型对经典对称密码算法带来的安全威胁. 本文综述了近年来在量子计算模型下针对经典分组密码和结构、认证和认证加密算法、哈希函数等的量子通用攻击和专用攻击等. 由... 随着量子计算技术的不断进步, 密码学研究者不得不深入研究量子计算模型对经典对称密码算法带来的安全威胁. 本文综述了近年来在量子计算模型下针对经典分组密码和结构、认证和认证加密算法、哈希函数等的量子通用攻击和专用攻击等. 由于量子计算模型在不同敌手假设下取得的攻击效率不同, 因此本文对不同攻击假设进行了分类, 并归纳总结了不同假设下密码研究者所取得的重要研究成果. 展开更多
关键词 量子计算 对称密码 密码分析
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SeChain:基于国密算法的RISC-V安全启动机制设计与实现
18
作者 芮志清 梅瑶 +4 位作者 陈振哲 吴敬征 凌祥 罗天悦 武延军 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1458-1475,共18页
开源RISC-V指令集为我国建立自主可控物联网生态提供了重大机遇.然而,物联网设备通常缺乏硬件加固措施,容易遭受物理级的固件篡改攻击,因此保障固件完整性以提高设备安全性至关重要.为此,已有基于安全启动技术的初步探索,但仍存在3个问... 开源RISC-V指令集为我国建立自主可控物联网生态提供了重大机遇.然而,物联网设备通常缺乏硬件加固措施,容易遭受物理级的固件篡改攻击,因此保障固件完整性以提高设备安全性至关重要.为此,已有基于安全启动技术的初步探索,但仍存在3个问题:1)传统软件信任根难以保证物理级可靠性;2)主流硬件级安全启动技术被国际芯片厂商掌握,技术未公开且不支持国密算法,无法保证安全自主可控;3)已有基于RISC-V CPU的安全启动研究缺乏对上层固件的校验机制.为解决上述3个问题,首次设计并实现基于国密SM9算法的RISC-V安全启动机制——SeChain.具体而言:1)在RISC-V SoC内部增加了签名计算单元(signature calculation unit,SCU),实现密钥对生成与签名;2)增加了密钥验证单元(key verification unit,KVU),实现验证算法的片内执行及固件完整性验证;3)设计实现基于验证引导的多级安全启动机制,从不可篡改的硬件信任根出发,逐级完成引导程序的完整性校验.基于上述设计,SeChain实现了信任根的不可篡改和安全可信,构造了一个可信的安全启动链,基于国密SM9算法为设备的安全启动和可信执行提供可靠保障.为了验证SeChain的有效性、高效性和可靠性,基于VexRiscv CPU在FPGA硬件平台完成了SeChain仿真验证实验.实验结果表明,SeChain能够有效抵御各类固件篡改攻击,并能对抗信任根攻击,且平均额外时间开销不超过6.47 s.SeChain适用于资源受限的IoT设备,在满足安全可信启动的同时,能为国产RISC-V生态的安全自主可控提供有力保障. 展开更多
关键词 可信计算 物联网安全 安全启动 SM9国密算法 RISC-V
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uBlock算法的低延迟一阶门限实现方法
19
作者 姚富 陈华 范丽敏 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1250-1259,共10页
目前已有文献给出了uBlock分组密码算法的侧信道防护方案,但是这些方案不仅延迟较高,难以适用于低延迟高吞吐场景,而且在毛刺探测模型下缺乏可证明安全性.针对这一问题,本文给出了在毛刺探测模型下具有可证明安全性的uBlock算法的低延... 目前已有文献给出了uBlock分组密码算法的侧信道防护方案,但是这些方案不仅延迟较高,难以适用于低延迟高吞吐场景,而且在毛刺探测模型下缺乏可证明安全性.针对这一问题,本文给出了在毛刺探测模型下具有可证明安全性的uBlock算法的低延迟门限实现方案.此外,我们引入了Changing of the Guards技术来避免防护方案在执行过程中需要额外随机数.对于防护方案的安全性,我们用自动化评估工具SILVER验证了S盒的毛刺探测安全性,并用泄露评估技术TVLA(Test Vector Leakage Assessment)验证了防护方案的整个电路的安全性.最后,我们用Design Compiler工具对防护方案的性能消耗情况进行了评估.评估结果显示,与序列化实现方式的uBlock防护方案相比,我们的防护方案的延迟能够减少约95%. 展开更多
关键词 密码芯片 uBlock算法 侧信道攻击与防护 掩码技术 门限实现 Changing of the Guards
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基于CRCLA的形式化描述与退火遗传映射算法
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作者 杨晨光 李伟 +1 位作者 杜怡然 陈韬 《计算机工程与设计》 北大核心 2024年第5期1368-1375,共8页
为解决密码算法映射到粗粒度可重构密码逻辑阵列(CRCLA)过程的描述困难问题,提出一种数据流图节点与划分后节点簇的描述形式,并以一种坐标序列描述形式精确显示CRCLA中资源的占用情况;针对密码算法映射到CRCLA上性能不高及编译时间过长... 为解决密码算法映射到粗粒度可重构密码逻辑阵列(CRCLA)过程的描述困难问题,提出一种数据流图节点与划分后节点簇的描述形式,并以一种坐标序列描述形式精确显示CRCLA中资源的占用情况;针对密码算法映射到CRCLA上性能不高及编译时间过长的问题,提出一种能快速收敛到全局最优解的退火遗传算法,从初始温度、降温系数等方面对退火算法进行改进,增加遗传算法的筛选、交叉与变异流程。实验结果表明,编译时间与性能平均降低了30.6%与13.4%,验证了算法的高能效映射。 展开更多
关键词 密码算法 数据流图 划分 描述形式 粗粒度可重构密码逻辑阵列 快速收敛 退火遗传算法
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