白盒SM4的分析与改进.docx
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白盒SM4的分析与改进 白盒攻击环境是指攻击者对算法运行环境具备完全的控制权,并且完全掌握算法的设计细节。白盒攻击环境中的攻击者可以动态观测算法程序运行过程、修改算法程序运行过程中的中间值、对算法程序进行调试分析等。为了保证在白盒攻击环境下运行的密码算法的密钥安全性,需要对密码算法进行白盒化处理,处理后的算法称为密码算法的白盒实现。 白盒实现的安全性分析工作主要分为两类:一类以Billet 等人提出的 BGE 分析、Michiels 等人提出的 MGH 分析为代表,这类分析充分地利用了攻击者在白盒攻击环境中所掌握的能力,通过对算法细节的分析找出算法的安全性缺陷,选择特定的查找表并采用仿射等价、线性等价等代数手段剥离算法内部的混淆手段,对混淆剥离后的查找表进行分析提取密钥。这类分析方法要求攻击者对白盒实现的设计细节完全掌握,并且需要利用大量的代数方法进行分析,整体的分析难度较高,在实际应用环境中较难进行部署。 另一类白盒实现的安全性分析工作以 Bos 等人于 2016年提出的差分计算分析(Differential Computational Analysis, DCA)为代表。DCA 是差分功耗分析的软件版本,DCA 不需要攻击者掌握算法的设计细节,只需要采集算法程序在运行过程的中间状态,通过相应的统计分析方法提取密钥。相较于 BGE, GH 等分析手段,DCA 分析只需要掌握白盒实现的底层算法,能够监测白盒实现程序的运行过程即可进行分析,极大地降低了分析的部署难度。 SM4 算法是我国商用密码标准算法。肖-来白盒 SM4 是 SM4 算法的第 1 个白盒实现方案,该方案采用了 Chow 等人的白盒化思想。后续提出的大部分白盒 SM4 方案都采用了该白盒化方法。 对白盒 SM4 的安全性分析工作主要集中在差分计算分析方面。肖-来白盒 SM4 方案被林婷婷等人攻破,后续提出的一些白盒 SM4 方案,如白-武白盒 SM4 实现方案、内部状态扩充的白盒 SM4 实现方案等,也都进行了相关的安全性分析。 白盒SM4的分析与改进是密码算法安全性研究中的重要方向,其研究结果对密码算法的安全性和可靠性具有重要影响。
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