【摘 要】
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随着量子计算和量子通信技术的飞速发展,量子技术被应用到密码算法的安全性分析中,经典密码算法的安全性受到了极大的挑战。在2010年和2012年,两位日本学者Kuwakado和Morii利用Simon量子算法证明了Even-Mansour结构和3轮Feistel结构在量子条件下是不安全的。本文主要研究Simon量子算法对Feistel结构的SIMON密码的攻击,以及对广义Feistel结构的SM4密码
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随着量子计算和量子通信技术的飞速发展,量子技术被应用到密码算法的安全性分析中,经典密码算法的安全性受到了极大的挑战。在2010年和2012年,两位日本学者Kuwakado和Morii利用Simon量子算法证明了Even-Mansour结构和3轮Feistel结构在量子条件下是不安全的。本文主要研究Simon量子算法对Feistel结构的SIMON密码的攻击,以及对广义Feistel结构的SM4密码和类MARS结构的攻击,主要成果如下:（1）使用Simon量子算法对SIMON密码构造周期函数和3轮的区分器,根据Kaplan等人在CRYPT 2016上使用概率方法拓展Simon量子算法的适用范围,再结合SIMON密码的轮函数特点,本文构造了一个周期函数,找到了该周期函数满足Simon问题的一个上界,并给出相应的算法,计算出SIMON32/64、SIMON48/72（96）和SIMON64/96（128）对应的上界值。最后在3轮区分器的基础上进行6轮的密钥恢复攻击。（2）SM4密码使用广义Feistel结构,本文根据SM4密码的结构特点,对SM4密码构造周期函数和5轮的区分器,找到该周期函数满足Simon问题的一个上界。在5轮区分器的基础上进行6轮的密钥恢复攻击。同样地,类MARS结构使用的也是广义Feistel结构,本文对类MARS结构构造3轮的区分器,并在此基础上进行4轮的密钥恢复攻击。本文的研究不仅对现有分组密码的量子安全性分析提供了方法,也为以后设计新的Feistel型分组密码提供了参考,通过增加迭代轮数、选择合适的轮函数来增加分组密码抵抗Simon量子算法攻击的能力。
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