基于非线性部件的广义自缩生成器的新型设计与分析

具有优良密码学特性的传统广义自缩生成器，由于线性部件所导致的安全弱性在新型攻击下逐渐暴露，同时内置缓存装置致其运行速度不稳定，进而极大限制了其实际应用。本项目拟基于近十余年来流密码标准化进程中涌现的新型非线性部件，设计新型广义自缩生成器。研究工作按如下思路展开：利用传统方法继续深入讨论广义自缩减结构的伪随机性以及在新型攻击下的安全性，探讨缓存装置的优化，设计新的广义自缩结构；分析各新型非线性部件的并行与可重构性的实现与融合方式，及其安全性优势和劣势，并以之为基本部件，以新的广义自缩结构为框架，设计具有自主知识产权的快速、高效、易于软硬件实现的新型广义自缩生成器；实现设计方案的软件仿真与硬件综合；研究新设计方案的算法、初始函数、及其它性能的改动方法，提供在不同安全强度下参数的选取方式；为构建安全的序列密码提供理论与方法支持。我们的研究既具有学术和技术上的前瞻性，同时也更注重实际应用的有效性。

线性部件所导致的流密码生成器的安全弱性在新型攻击（如代数攻击，相关攻击等）下逐渐暴露，进而极大限制了其实际应用。本项目对流密码标准化进程中涌现的新型非线性部件进行了实验设计和理论分析，并以此为部件设计了新型流密码生成器。在对现有的非线性部件的测试方法及攻击方法的研究过程中，从理论上分析了理想随机数生成器同时通过NIST SP800-22的15种测试的概率，并以仿真测试结果证实了结论的正确性；对Sandip Karmakar与Dipanwita Roy Chowdhury 于2013年提出的一个对MICKEY-128 2.0的差分错误攻击方法进行了改进；提出了一个计算多重周期序列二次复杂度的算法。在对非线性部件设计研究中，设计了一个新的基于混沌的随机数生成器，所得到的随机数具有良好的加密性质，通过了所有的NIST测试；利用细胞自动机构造了一类可用于语音加密的基于A5结构框架的可扩展钟控生成器；将真随机数生成器与哈希函数相结合，提出了一种适用于EPC C1G2标签的伪随机数发生器；利用FCSR，设计了一个新的结构，称为LFCSR，分析表明LFCSR的状态转移函数依然是二次的，因而可以有效的抵抗代数攻击和相关攻击，尤其重要的是我们证明了LFCSR的进位单元的输出序列的分布是独立的无偏的，因而可以有效的抵抗M. Hell与T. Johansson的针对基于FCSR部件的流密码的实时密码分析；对一类组合LFSR与FCSR的自同步流密码的安全性进行了分析，并利用LFCSR，对其做了进一步改进。