[发明专利]一种基于S盒的分割方法

说明书

本发明公开了一种基于S盒的分割方法，包括如下内容：对于DES算法：用DESL的S盒替换原算法中的S₄或用原算法中的S₄替换原算法中的所有S盒；对于CAST‑128算法：去掉原算法“循环密钥”操作，将“模加密钥”以及“模减密钥”均改为“异或密钥”的操作。与现有技术相比，本发明的积极效果是：对于DES算法，采用本发明的方式替换后，其抵抗差分分析的能力明显提升。对于CAST‑128算法，通过修改S盒及其使用顺序，使得新的轮函数能够抵抗概率为2^‑7的高概率差分特征的出现，因此，修改后的算法可以保持其原有的抵抗差分分析的能力，同时能够抵抗侧信道攻击。

技术领域

本发明涉及一种基于S盒的分割方法。

背景技术

差分分析最初由Biham和Shamir在1990年提出，其现在已经被广泛用于对称密码算法的分析，因此可以通过研究密码算法抵抗差分分析的能力来评估其安全性。目前的研究结果表明，S盒的选择会影响差分路线的概率和传播轮数，进而影响其抵抗差分分析的能力。由于传统的DES算法使用的S盒的设计细节暂时未公开，因此对其S盒进行替换将有提升其抵抗差分分析的能力的可能性。

侧信道攻击是攻击者通过观察算法的运行时间、功耗和电磁辐射等手段来获取密钥的手段，而传统的CAST-128算法无法抵抗侧信道攻击。一般的抵抗侧信道攻击的方法主要是通过在算法中增加噪声(如通过在算法运行中加入随机时延)，使得攻击者难以识别内部密钥信息，但这种抵制方法难以给出可证明安全的结果；目前最有效的抗侧信道攻击的设计方法是采用掩码机制，该机制是可证明安全的，但掩码机制会使算法的执行效率大大降低，使其在小规模嵌入式设备上运行不切实际。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于S盒的分割方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于S盒的分割方法，对于CAST-128算法，采用如下步骤：

步骤一、去掉原算法“循环密钥”操作，将“模加密钥”以及“模减密钥”均改为“异或密钥”的操作；

步骤二、修改S₁，使其输入a和b对应的输出值相同，记为S′₁；修改S₂，使其输入c和d对应的输出值相同，记为S′₂；修改S₃，使其输入e和f对应的输出值相同，记为S′₃；修改S₄，使其输入g和h对应的输出值相同，记为S′₄；

步骤三、将轮函数f₁的S盒定为(S′₁，S′₂，S′₃，S′₄)，轮函数f₂的S盒定为(S′₂，S′₃，S′₄，S′₁)，轮函数f₃的S盒定为(S′₃，S′₄，S′₁，S′₂)，这样每三轮循环一次，组成新算法。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

对于DES算法，采用本发明的方式替换后，其抵抗差分分析的能力明显提升，而原算法的S盒抵抗差分分析的能力很弱。

对于CAST-128算法，通过修改S盒及其使用顺序，使得新的轮函数能够抵抗概率为2^-7的高概率差分特征的出现，因此新算法保持原有抵抗差分分析的能力，同时能够抵抗侧信道攻击。这是因为在修改了S盒之后，新算法的S盒变为非双射S盒，而非双射S盒能够抵抗侧信道攻击。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：