비트 순열 기반 블록암호의 비선형 불변 공격저항성 연구
On Resistance of Bit Permutation Based Block Cipher against Nonlinear Invariant Attack
1
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
비선형 불변 공격은 비교적 간단한 구조의 키 스케줄을 갖는 경량 블록암호에서 필수적으로 고려되어야 할 공격이다. 간단한 구조의 키 스케줄을 갖는 경량 블록암호가 비선형 불변 공격에 저항성을 보이는 방법으로 가장 잘 알려진 것은 라운드 키 간의 차분 중 알려진 것들의 집합에서 선형계층에 대해 불변인 최소의 선형공간의 크기가 블록크기와 같은지를 확인하는 것이다. 본 논문에서는 다음과 같은 연구 결과를 제시한다. 설계자 관점에서 비트 순열을선형계층으로 사용하는 SPN 구조 경량 블록암호는 라운드 키 간의 차분의 종류가 한가지여도 비선형 불변 공격에안전할 수 있음을 증명하고, 그러한 비트 순열의 형태와 개수를 제안한다. 또한, PRESENT 구조 블록암호는 비선형 불변 공격에 저항성을 갖기 위해 적어도 두 종류의 라운드 키 간의 차분이 필요함을 전수조사를 통해 보이며, 두종류의 라운드 키 간의 차분을 필요로 하는 비트 순열을 사용해도 차분 공격에 대한 저항성이 오히려 증가할 수 있음을 보인다. 마지막으로 GIFT의 S-box를 사용하면서 BOGI 설계 논리를 유지하는 모든 비트 순열의 불변 성분분포를 통해, 변형된 GIFT 구조 블록암호는 비선형 불변 공격에 저항성을 갖기 위해 적어도 8종류의 라운드 키 간의 차분이 필요함을 보인다.
Abstract
Nonlinear Invariant Attack is an attack that should be considered when constructing lightweight block ciphers withrelatively simple key schedule. A shortcut to prove a block cipher’s resistance against nonlinear invariant attack is checkingthe smallest dimension of linear layer-invariant linear subspace which contains all known differences between round keys isequal to the block size. In this paper, we presents the following results. We identify the structure and number of optimalbit-permutations which require only one known difference between round keys for a designer to show that the correspondingblock cipher is resistant against nonlinear invariant attack. Moreover, we show that PRESENT-like block ciphers need atleast two known differences between round keys by checking all PRESENT-like bit-permutations. Additionally, we verify that the variants of PRESENT-like bit-permutations requiring the only two known differences between round keys do not conflictwith the resistance against differential attack by comparing the best differential trails. Finally, through the distribution of theinvariant factors of all bit-permutations that maintain BOGI logic with GIFT S-box, GIFT-variant block ciphers require atleast 8 known differences between round keys for the resistance.
참고문헌 (11)
- TODO, Yosuke, "Nonlinear invariant attack", International Conference on the Theory and Application of Cryptology and Information Security, pp.3~33 (2016), Springer
- BEIERLE, Christof, "Proving resistance against invariant attacks:How to choose the round constants", Annual International Cryptology Conference, pp.647~678 (2017), Springer
- DUMMIT, David Steven, "Abstract algebra" (2004), Wiley
- WEI, Yongzhuang, "IACR Transactions on Symmetric Cryptology", pp.62~79 (2018)
- LEANDER, Gregor, "A cryptanalysis of PRINTcipher: the invariant subspace attack", Annual Cryptology Conference, pp.206~221 (2011), Springer
- BEYNE, Tim, "Block cipher invariants as eigenvectors of correlation matrices", Journal of Cryptology, pp.1~28 (2020)
- CARLET, Claude, "Boolean models and methods in mathematics, computer science, and engineering", pp.257~397 (2010)
- BOGDANOV, Andrey, "PRESENT: An ultra-lightweight block cipher", International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems, pp.450~466 (2007), Springer
- BANIK, Subhadeep, "GIFT: a small present", International Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems, pp.321~345 (2017), Springer
- BIHAM, Eli, "Differential cryptanalysis of DES-like cryptosystems", Journal of CRYPTOLOGY, 4(1), pp.3~72 (1991)
- MATSUI, Mitsuru, "Linear cryptanalysis method for DES cipher", Workshop on the Theory and Application of Cryptographic Techniques, pp.386~397 (1993), Springer