检索结果-内蒙古大学图书馆

密码学报(中英文) 2025年第1期12卷 163-179页

作者：郭运雨向泽军林达曾祥勇张莎莎湖北大学网络空间安全学院武汉430062 密码技术全国重点实验室北京100878 国防科技大学理学院长沙410073 湖北大学数学与统计学学院应用数学湖北省重点实验室武汉430062

本文主要研究sm4算法的低Toffoli深度以及低T深度的量子电路构造.对于sm4算法的S盒,本文以对其基于塔域分解技术得到的经典实现的重新划分为基础,通过添加量子辅助比特使每部分的Toffoli深度以及T深度达到理论上的最小值.在经典实现的... 详细信息

本文主要研究sm4算法的低Toffoli深度以及低T深度的量子电路构造.对于sm4算法的S盒,本文以对其基于塔域分解技术得到的经典实现的重新划分为基础,通过添加量子辅助比特使每部分的Toffoli深度以及T深度达到理论上的最小值.在经典实现的重新划分中,第二部分可视为4比特S盒,本文在基于NCT门集设计其量子电路时,提出了一种Toffoli深度为2的实现方案,该方案仅消耗8个量子辅助比特.针对重新划分中的第二部分基于Clifford+T门集的实现,本文使用基于SAT的搜索算法得到该部分与门深度为2的实现,并基于此设计了其T深度为2的量子电路.上述方法能在仅添加有限量子比特的条件下,有效地降低S盒整体电路的Toffoli深度以及T深度.基于上述方法,本文分别设计了sm4算法S盒Toffoli深度为8以及T深度为4的量子电路.将上述S盒电路应用于sm4算法整体设计中,本文最终分别设计了sm4算法的Toffoli深度为264、T深度为132的量子电路.

关键词： sm4算法塔域分解 S盒量子实现

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基于sm4算法的区块链数据共享系统设计及算法改进

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信息记录材料 2025年第3期26卷 177-180,228页

作者：赵鹏郭赟泽李军卢波太原师范学院计算机科学与技术学院山西晋中030619

随着区块链技术的兴起,以往的数据共享系统中存在中心化的问题可以通过区块链的去中心化技术解决,但现在基于区块链的数据共享技术往往存在着加密成本过大,算法复杂度过高,安全性难以得到保证等问题。加密效率低,数据共享时间大,耗费的... 详细信息

随着区块链技术的兴起,以往的数据共享系统中存在中心化的问题可以通过区块链的去中心化技术解决,但现在基于区块链的数据共享技术往往存在着加密成本过大,算法复杂度过高,安全性难以得到保证等问题。加密效率低,数据共享时间大,耗费的时间更多。为此提出基于改进后的sm4算法的区块链数据共享系统设计,以解决现存区块链系统中加密较大文件时速度较慢、复杂度高等问题,并对sm4算法进行密钥管理算法的设计,在共享密钥中涉及了随机隐藏密钥位的设计,使共享密钥每次使用的位数不同,从提高密钥安全的角度进一步提高系统的安全性,使该系统在传输较大文件的情况中具备较好的实际应用价值。

关键词：区块链数据共享 sm4算法 Diffie-Hellman 密钥安全

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sm4算法S盒的高效量子电路实现

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 118-126页

作者：刘嘉宏谭晓青李明包戴鹏伟暨南大学信息科学技术学院广州510632

近年来,对称密码的量子实现受到了广泛关注.sm4分组密码算法是我国首个商用密码标准,在2021年成为ISO/IEC国际标准.S盒作为sm4算法中最复杂的组件,其量子电路实现对整个sm4算法的量子电路有重大影响.本文依据sm4算法S盒的代数结构,使用... 详细信息

近年来,对称密码的量子实现受到了广泛关注.sm4分组密码算法是我国首个商用密码标准,在2021年成为ISO/IEC国际标准.S盒作为sm4算法中最复杂的组件,其量子电路实现对整个sm4算法的量子电路有重大影响.本文依据sm4算法S盒的代数结构,使用塔域分解技术实现其量子电路.本文提出的sm4算法S盒的量子电路,基于NCT门集分析,需要的量子资源为20个量子比特、52个Toffoli门、196个CNOT门、13个X门,Toffoli深度为36;基于Clifford+T门集分析,需要量子资源为20个量子比特、334个T门、548个CNOT门、129个1qCliff门,T深度为108.与已有文献相比,本文提出的量子电路需要的量子资源更少.

关键词： sm4算法 S盒量子电路塔域分解

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sm4算法快速软件实现

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密码学报 2020年第6期7卷 799-811页

作者：张笑从郭华张习勇王闯刘建伟北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室北京100191 密码科学技术国家重点实验室北京100878 北京航空航天大学空天网络安全工业与信息化部重点实验室北京100191 北京卫星信息工程研究所北京100086

sm4是对称分组密码国家标准.加解密计算效率是衡量算法实现性能的重要指标,而目前关于sm4软件实现方法方面的研究不多.利用比特切片技术,结合支持单指令多数据(SIMD)的AVX2指令集,本文提出了一种sm4算法的快速软件优化实现方法,使用256... 详细信息

sm4是对称分组密码国家标准.加解密计算效率是衡量算法实现性能的重要指标,而目前关于sm4软件实现方法方面的研究不多.利用比特切片技术,结合支持单指令多数据(SIMD)的AVX2指令集,本文提出了一种sm4算法的快速软件优化实现方法,使用256位的YMM寄存器实现了sm4算法的256分组数据并行加解密.首先基于已有的选择函数构造了新的选择函数,之后改进了搜索算法,基于新的选择函数和改进的搜索算法化简了S盒的逻辑表达式,将实现逻辑表达式所需的逻辑门电路数量由3000(最简与或式)降至497.在Intel Core i7-7700HQ(Kabylake)@2.80 GHz处理器上,实现速度达到了2580 Mbps,同公开文献中的最好结果1795 Mbps(Intel Core i7-5500U(Broadwell-U)@2.40 GHz)相比,实现效率提高了43%.基于比特切片技术的软件实现优化方法无需内存或高速缓存查表,因此该方法可抵抗缓存-计时侧信道攻击,从而安全性得到了提升.本文提出的优化方法具有可扩展性,不仅适用于在X86平台上借助拓展指令集AVX2实现,还可利用RISC指令集在资源受限,安全性要求高的ARM等嵌入式平台上实现.此外,新的选择函数和搜索算法具有通用性,可用于其它一般逻辑函数的化简.

关键词： sm4算法软件优化实现比特切片 SIMD技术

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sm4算法的一种新型白盒实现

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密码学报 2020年第3期7卷 358-374页

作者：姚思陈杰西安电子科技大学IS N国家重点实验室西安710071 西安电子科技大学西电密码研究中心西安710071

在白盒攻击环境中,攻击者能够访问密码算法的实现过程,观测密码算法的动态执行,掌握算法的内部细节,并任意修改.Chow等人提出白盒密码的概念,以应对白盒攻击环境,并给出白盒AES实现和白盒DES实现.本文提出一种sm4算法的新型白盒实现方案... 详细信息

在白盒攻击环境中,攻击者能够访问密码算法的实现过程,观测密码算法的动态执行,掌握算法的内部细节,并任意修改.Chow等人提出白盒密码的概念,以应对白盒攻击环境,并给出白盒AES实现和白盒DES实现.本文提出一种sm4算法的新型白盒实现方案,对密码算法的内部状态进行扩充并在密码算法运行的过程中加入随机数对密钥进行混淆,使每一轮通过查找表加密后有一半信息是有用的,一半信息是混淆的.整个加密过程使用查找表与仿射变换进行表示,该方案需占用内存空间276.625 KB,查找表对应的白盒多样性与白盒含混度的值分别为2^646与2^86.该方案针对林婷婷等人的分析方法的复杂度为O(2^51),针对潘文伦等人的分析方法的密钥空间为61200·2^32,针对仿射等价算法的时间复杂度为O(2^97),可以有效抵抗代码提取攻击以及BGE攻击.

关键词： sm4算法白盒攻击环境白盒实现查找表混淆密钥

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基于MILP寻找sm4算法的差分特征

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计算机研究与发展 2022年第10期59卷 2299-2308页

作者：潘印雪王高丽倪建强上海市高可信计算重点实验室(华东师范大学) 上海200062 密码科学技术国家重点实验室北京100878

基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming, MILP)的自动化搜索方法被广泛用于搜索密码算法的差分特征,已形成一套完整的框架.该框架采用的基本原理是用线性不等式来刻画密码算法的各个操作,该框架适用于搜索采用4-bit S... 详细信息

基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming, MILP)的自动化搜索方法被广泛用于搜索密码算法的差分特征,已形成一套完整的框架.该框架采用的基本原理是用线性不等式来刻画密码算法的各个操作,该框架适用于搜索采用4-bit S盒的密码算法的差分特征.对于采用8-bit S盒的密码算法,基于该框架的搜索模型计算量很大,以致无法高效地找到差分特征.sm4算法于2006年由中国政府发布,于2012年成为国家密码行业标准,于2016年成为国家标准的迭代分组密码算法,其分组状态为128 b,每轮包含4个8-bit的S盒.为了高效地搜索sm4算法的差分特征,研究了对8-bit S盒进行MILP建模的问题,对于采用8-bit S盒的密码算法,改进了搜索高概率差分特征的方法.对于19轮sm4算法,不仅找到了概率为2的差分特征,而且找到了概率为2的差分特征,这是目前基于MILP建模找到的sm4算法轮数最多、概率最高的差分特征.

关键词：混合整数线性规划 sm4算法差分分析差分特征 8-bit的S盒

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基于FPGA的sm4算法高效实现方案

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通信学报 2024年第5期45卷 140-150页

作者：张宏科袁浩楠丁文秀闫峥李斌梁栋西安电子科技大学网络与信息安全学院陕西西安710126 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050299 西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学杭州研究院浙江杭州311200

针对sm4算法的FPGA实现方案存在数据处理速度不够高和逻辑资源占用过高的问题,提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高性能、低资源消耗的sm4算法实现方案。所提方案采用循环密钥扩展与32级流水线加解密相结合的架构,循环密钥扩展的方式... 详细信息

针对sm4算法的FPGA实现方案存在数据处理速度不够高和逻辑资源占用过高的问题,提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高性能、低资源消耗的sm4算法实现方案。所提方案采用循环密钥扩展与32级流水线加解密相结合的架构,循环密钥扩展的方式降低了逻辑资源消耗,32级流水线加解密的方式提高了数据吞吐率。同时,所提方案采用代数式S盒并通过合并线性运算以及在不可约多项式的合并矩阵中筛选最优矩阵运算的方式进一步减少S盒变换的运算量,从而达到降低逻辑资源占用与提高工程数据吞吐率的目的。测试结果显示,该方案比现有最佳方案在数据吞吐率上提升了43%,且资源占用率降低了10%。

关键词： sm4算法 FPGA实现流水线架构代数式S盒

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基于sm4算法的白盒密码视频数据共享系统

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北京航空航天大学学报 2020年第9期46卷 1660-1669页

作者：吴震白健李大双李斌曾兵张正强中国电子科技网络信息安全有限公司成都610041 成都三零凯天通信实业有限公司成都610041 中国电子科技第三十研究所成都610041

基于sm4算法的白盒密码视频数据共享系统是一种保障监控视频数据跨级跨域共享安全的系统,提出了一种基于国密sm4算法的白盒密码实现方式,并分析了算法的安全性,解决了sm4算法在非信任硬件环境中的安全运行问题。研制了基于后台权限控制... 详细信息

基于sm4算法的白盒密码视频数据共享系统是一种保障监控视频数据跨级跨域共享安全的系统,提出了一种基于国密sm4算法的白盒密码实现方式,并分析了算法的安全性,解决了sm4算法在非信任硬件环境中的安全运行问题。研制了基于后台权限控制机制的视频数据安全共享软件系统,包括共享数据上传/下载、共享审核、数据白盒加密处理、访问控制、基于白盒密码算法的共享视频解密播放器,实现了视频数据共享全过程的安全管控。搭建了实验环境,对所提系统进行了功能性能实验。实验结果表明,所提系统功能性能满足设计要求。

关键词：白盒密码 sm4算法加密视频数据安全共享

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改进的sm4算法的选择明文DPA攻击

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清华大学学报（自然科学版） 2017年第11期57卷 1134-1138页

作者：陈佳哲李贺鑫王蓓蓓中国信息安全测评中心北京100085

侧信道攻击,特别是差分功耗分析(differential power analysis,DPA)是对芯片中运行的分组密码算法进行安全性分析的主要手段之一。该文主要研究针对硬件实现的sm4算法的DPA攻击。合理地对明文进行选择,可以使sm4线性变换层有变化的输入... 详细信息

侧信道攻击,特别是差分功耗分析(differential power analysis,DPA)是对芯片中运行的分组密码算法进行安全性分析的主要手段之一。该文主要研究针对硬件实现的sm4算法的DPA攻击。合理地对明文进行选择,可以使sm4线性变换层有变化的输入比特尽可能少地影响输出比特,从而对硬件实现的sm4算法进行有效的侧信道攻击。通过分析线性变换层的比特关系,该文发现了选择明文模型下8个比特依赖关系。在此基础上,将这些比特依赖关系结合已有的比特关系,建立分析模型、更充分地利用轮输出的比特信息,对现有的sm4选择明文DPA攻击进行了改进。实验结果表明:该方法能有效提高sm4算法选择明文DPA攻击的成功率。

关键词：分组密码算法侧信道分析 sm4算法选择明文差分功耗分析(DPA)

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多引擎并行CBC模式的sm4算法的芯片级实现

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计算机研究与发展 2018年第6期55卷 1247-1253页

作者：樊凌雁周盟骆建军刘海銮杭州电子科技大学微电子研究中心杭州310018 杭州华澜微电子股份有限公司杭州311215

固态硬盘凭借速度快、体积小、重量轻、抗震性强、功耗低等优势,成为新一代电脑硬盘存储产品代表.硬盘信息安全不仅关系到个人隐私、企业密码,更是关系到国家安全.针对固态硬盘的信息安全问题,采用全硬件加密的方式实现国家商用密码管... 详细信息

固态硬盘凭借速度快、体积小、重量轻、抗震性强、功耗低等优势,成为新一代电脑硬盘存储产品代表.硬盘信息安全不仅关系到个人隐私、企业密码,更是关系到国家安全.针对固态硬盘的信息安全问题,采用全硬件加密的方式实现国家商用密码管理局颁布的sm4算法,在固态硬盘中实现数据的加密存储,提升了存储数据安全.为了保证电脑硬盘速度不受到加/解密算法的影响,必须解决高速数据流和sm4算法模块的同步加/解密的速度匹配问题.提出了一种多引擎同步工作的方式实现CBC(cipher block chaining)模式的sm4算法,解决了sm4算法在CBC加密模式下存在反馈路径,流水线技术和轮函数合并技术难以在65nm工艺下提高吞吐率的问题.通过FPGA验证,并在国内某半导体生产线65nm工艺上流片实现,结果表明:在250MHz时钟频率下,4个引擎并行的连续读速度为528.8MBps,连续写速度为443.5MBps,满足电脑硬盘SATAⅢ型接口的速率要求.

关键词：固态硬盘 sm4算法 CBC模式多引擎 SATAⅢ接口

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