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비트 순열 기반 블록암호의 비선형 불변 공격 저항성 연구
On Resistance of Bit Permutation Based Block Cipher against Nonlinear Invariant Attack 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.30 no.3, 2020년, pp.325 - 336  

정건상 (고려대학교) ,  김성겸 (고려대학교) ,  홍득조 (전북대학교) ,  성재철 (서울시립대학교) ,  홍석희 (고려대학교)

초록
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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 블록 크기와 같은지를 확인하는 것이다. 본 논문에서는 다음과 같은 연구 결과를 제시한다. 설계자 관점에서 비트 순열을 선형계층으로 사용하는 SPN 구조 경량 블록암호는 라운드 키 간의 차분의 종류가 한가지여도 비선형 불변 공격에 안전할 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, 두 종류의 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 성분 분포를 통해, 변형된 GIFT 구조 블록암호는 비선형 불변 공격에 저항성을 갖기 위해 적어도 8종류의 라운드 키 간의 차분이 필요함을 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Nonlinear Invariant Attack is an attack that should be considered when constructing lightweight block ciphers with relatively simple key schedule. A shortcut to prove a block cipher's resistance against nonlinear invariant attack is checking the smallest dimension of linear layer-invariant linear su...

주제어

#Nonlinear Invariant Attack   #Bit Permutation   #Round Key   #PRESENT   #GIFT  

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 설계자 관점에서 라운드 키 간의 차분의 종류가 한가지여도 비선형 불변 공격에 저항성을 갖는 비트 순열의 형태와 개수를 제안한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비선형 불변 공격의 정의는 무엇인가? 비선형 불변 공격은 블록암호 Ek: F2n→F2n의 비선형 불변을 이용한 공격으로 비선형 불변은 다음과같이 정의한다.
블록암호의 비선형 불변이 존재하는 경우 발생할 수 있는 특징은? 블록암호의 비선형 불변이 존재하는 경우에는 구별 공격, 평문 복원 및 키 복원을 시행할 수 있음이 2016년에 비선형 불변 공격을 통해 알려졌다[1]. 2018년에는 확장된 비선형 불변 공격이 제안되어 구별 공격을 시행하였다[4].
경량 블록암호의 취약성은 무엇인가? 경량 블록암호는 경량성을 설계 목표로 하여 주로 단순한 키 스케줄 또는 마스터키로부터 부가 연산을 최소화하여 그대로 사용하는 경향이 있다. 하지만 단순한 구조의 키 스케줄에 대한 구조적 취약성으로 인해 2016년에 새로운 공격인 비선형 불변 공격이 제안되어 Midori, iSCREAM의 안전성이 재조명되었다[1]. 비선형 불변 공격은 취약키(weak-key)가정하에 한 라운드의 비선형 불변을 임의의 라운드의 비선형 불변으로 확장할 수 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (11)

  1. TODO, Yosuke; LEANDER, Gregor; SASAKI, Yu. Nonlinear invariant attack. In: International Conference on the Theory and Application of Cryptology and Information Security. Springer, Berlin, Heidelberg, 2016. p. 3-33. 

  2. BEIERLE, Christof, et al. Proving resistance against invariant attacks: How to choose the round constants. In: Annual International Cryptology Conference. Springer, Cham, 2017. p. 647-678. 

  3. DUMMIT, David Steven; FOOTE, Richard M. Abstract algebra. Hoboken: Wiley, 2004. 

  4. WEI, Yongzhuang, et al. Generalized nonlinear invariant attack and a new design criterion for round constants. IACR Transactions on Symmetric Cryptology, 2018, 62-79. 

  5. LEANDER, Gregor, et al. A cryptanalysis of PRINTcipher: the invariant subspace attack. In: Annual Cryptology Conference. Springer, Berlin, Heidelberg, 2011. p. 206-221. 

  6. BEYNE, Tim. Block cipher invariants as eigenvectors of correlation matrices. Journal of Cryptology, 2020, 1-28. 

  7. CARLET, Claude; CRAMA, Yves; HAMMER, Peter L. Boolean functions for cryptography and error correcting codes. Boolean models and methods in mathematics, computer science, and engineering, 2010, 2: 257-397. 

  8. BOGDANOV, Andrey, et al. PRESENT: An ultra-lightweight block cipher. In: International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. Springer, Berlin, Heidelberg, 2007. p. 450-466. 

  9. BANIK, Subhadeep, et al. GIFT: a small present. In: International Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. Springer, Cham, 2017. p. 321-345. 

  10. BIHAM, Eli; SHAMIR, Adi. Differential cryptanalysis of DES-like cryptosystems. Journal of CRYPTOLOGY, 1991, 4.1: 3-72. 

    상세보기 crossref

  11. MATSUI, Mitsuru. Linear cryptanalysis method for DES cipher. In: Workshop on the Theory and Application of Cryptographic Techniques. Springer, Berlin, Heidelberg, 1993. p. 386-397. 

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