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分组密码、序列密码和杂凑函数是现代密码学的重要分支，在信息安全领域发挥着重要的作用。这些密码算法中很多都采用了同一类型的部件——ARX结构。ARX结构是指由模加（modular addition）、循环移位（rotation）、逐位异或（bitwisexor）三种运算构成的一种结构，因结构简单易于实现而受到关注，但其安全性能还需要进一步认识和分析。为了更好地理解ARX结构的安全性，本文从以下三个方面进行了较为深入的探讨：一、分析了ARX结构的差分概率计算问题。本文利用S函数的概念，对ARX结构的运算过程使用了具体到比特级的描述方式，得到了计算其异或差分概率的公式。完善了精确计算ARX结构形式的模加差分概率的方法，使得能够完成所有形式的ARX结构模加差分概率的计算，并将此方法与一般性的计算方法做出对比，说明这种方法更为有效。这为进一步研究对采用ARX结构的算法进行差分攻击提供了条件。二、对ARX结构的循环攻击问题进行了深入分析，进一步探讨了对采用ARX结构的Threefish进行循环攻击中的难点问题。本文对已有的Threefish-256的循环攻击做出了改进以更有效地实现循环攻击，并通过对循环攻击中遇到问题的总结，为提高采用ARX结构的算法的安全性给出了一定建议。三、研究了如何更为准确地计算ARX结构分支数以衡量其扩散能力的问题。本文提出了一种更加准确计算ARX结构分支数的方法，即将其变换为SP结构的形式进行计算。同时利用AES算法宽轨迹策略的相关知识，提出了一种求Threefish算法多轮轮函数分支数上界的方法，并用实例说明了本文提出的变换结构形式的方法较之一般方法对分支数的考察更为准确。