《電子技術(shù)應(yīng)用》
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對(duì)NBC-128的安全性分析
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第4期
楊江帥1，陳懷鳳1，鮑金鳳2，康瀟文3
1.中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，北京100083； 2.北京聯(lián)合大學(xué)旅游學(xué)院，北京110101；3.61428部隊(duì)，北京100097
摘要： NBC算法是由徐洪等人設(shè)計(jì)的基于廣義Feistel結(jié)構(gòu)的分組密碼算法，支持128/128、128/256和256/256 3種分組和密鑰尺寸，其非線性部分采用16 bit S盒。對(duì)分組長(zhǎng)度為128 bit的兩個(gè)NBC版本算法進(jìn)行了改進(jìn)的安全性分析。針對(duì)不可能差分攻擊，修正了原有分析過程，可以分析17輪NBC-128/256、15輪NBC-128/128；對(duì)于多維零相關(guān)攻擊，擴(kuò)展了攻擊輪數(shù)，可以分析19輪NBC-128/256、16輪NBC-128/128，針對(duì)NBC-128/256的結(jié)果在輪數(shù)上是已知最長(zhǎng)的；對(duì)于積分攻擊，給出了新的12輪積分路線，需要的數(shù)據(jù)量低于原有結(jié)果。
中圖分類號(hào)： TN918；TP309.7
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201005
中文引用格式： 楊江帥，陳懷鳳，鮑金鳳，等. 對(duì)NBC-128的安全性分析[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(4)：91-96.
英文引用格式： Yang Jiangshuai，Chen Huaifeng，Bao Jinfeng，et al. Cryptanalysis of NBC-128[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：91-96.
Cryptanalysis of NBC-128
Yang Jiangshuai1，Chen Huaifeng1，Bao Jinfeng2，Kang Xiaowen3
1.The 6th Research Institute of China Electronics Corporation，Beijing 100083，China； 2.The Institute of Tourism，Beijing Union University，Beijing 110101，China；3.61428 Military，Beijing 100097，China
Abstract： NBC is a family of block ciphers using Generalized Feistel structure, designed by Xu Hong et al. There are three block and key sizes,i.e.,128/128, 128/256 and 256/256. A 16-bit Sbox is involved in the cipher as the non-linear component. This paper makes improved cryptanalysis on the two NBC versions with block size 128.Using impossible differential cryptanalysis, the corrected results are given which cover 17-round NBC-128/256 and 15-round NBC-128/128. The attack rounds of multi-dimensional zero-correlation linear cryptanalysis are expanded, which covers 19-round NBC-128/256 and 16-round NBC-128/128. The 19-round attack is the longest as far as we know. Also, new 12-round integral distinguishers are proposed, which require less data compared to the existing integral attacks.
Key words : NBC-128；impossible differential cryptanalysis；zero-correlation linear cryptanalysis；integral cryptanalysis

0 引言

    為推動(dòng)我國(guó)密碼算法的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)密碼學(xué)人才，中國(guó)密碼學(xué)會(huì)于2018年啟動(dòng)了全國(guó)密碼算法設(shè)計(jì)競(jìng)賽，共22個(gè)分組密碼算法進(jìn)入第一輪評(píng)估，有10個(gè)算法進(jìn)入第二輪評(píng)估[1]。其中ublouk[2]、FESH[3]、TANGRAM[4]和SPRING[5]算法采用SPN結(jié)構(gòu)，ANT[6]、SMBA[7]和Raindrop[8]算法采用Feistel結(jié)構(gòu)，NBC[9-10]和FBC[11]算法采用廣義Feistel結(jié)構(gòu)。最終，uBlock和Ballet獲得一等獎(jiǎng)，F(xiàn)ESH、ANT和TANGRAM獲得二等獎(jiǎng)，Raindrop、NBC、FBC、SMBA和SPRING獲得三等獎(jiǎng)。

    本文將針對(duì)NBC算法進(jìn)行安全性分析，NBC算法由徐洪等人設(shè)計(jì)并提出，支持128/128 bit、128/256 bit、256/256 bit 3種分組和密鑰尺寸。該算法的非線性F函數(shù)部分采用16 bit S盒，由16級(jí)非線性反饋移位寄存器迭代而成，具有較低的硬件實(shí)現(xiàn)成本。差分分析[12]、線性分析[13]、不可能差分分析[14]、零相關(guān)線性分析[15-17]和積分分析[18]等是分析分組密碼算法安全性的主要方法，算法設(shè)計(jì)者針對(duì)NBC算法的各個(gè)版本給出了初步分析結(jié)果。

    針對(duì)NBC-128算法的兩個(gè)版本，設(shè)計(jì)者的研究表明[9-10]：NBC-128算法不存在9輪有效的線性特征和差分特征。對(duì)于不可能差分攻擊和零相關(guān)線性攻擊，設(shè)計(jì)者在第二輪的提交文檔[9]中給出了10輪的區(qū)分器及詳細(xì)的攻擊過程，后來在新版本中[10]將兩類路線各擴(kuò)展一輪，并相應(yīng)地將可攻擊輪數(shù)擴(kuò)展了一輪。利用不可能差分分析方法，設(shè)計(jì)者攻擊19輪NBC-128/256、17輪NBC-128/128，利用零相關(guān)線性分析方法，可以攻擊16輪NBC-128/256、15輪NBC-128/128。對(duì)于積分分析方法，設(shè)計(jì)者給出了12輪的積分路線，數(shù)據(jù)復(fù)雜度為2127，可以攻擊18輪NBC-128/256、16輪NBC-128/128。




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作者信息:

楊江帥1，陳懷鳳1，鮑金鳳2，康瀟文3

(1.中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，北京100083；

2.北京聯(lián)合大學(xué)旅游學(xué)院，北京110101；3.61428部隊(duì)，北京100097)

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