后量子时期对称密码算法的安全特性分析

The impacts which quantum computers will have more and more on cryptanalysis. However, the influences of quantum computation on symmetric cryptography are not clear. The security of symmetric primitive is usually proved by its ability to resist certain attacks, which largely depends on the development of cryptanalysis. Therefore, it is necessary to study quantum cryptanalysis. This project aims to study the implementation of quantized biclique attack and quantized linear attack. Biclique attack is a variant of meet-in-the-middle attack. In order to achieve its quantization, it is necessary to quantize meet-in-the-middle attack. Secondly, biclique attack also needs to construct biclique structures. There are two ways to construct classical biclique structures. One is to use independent related-key differentials, the other is to use interleaving related-key differential trails. We need to consider the construction of appropriate quantum circuits to search for the related-key differential trails. Linear analysis is an important classical cryptanalysis technology. The current quantization process only realizes the attack process, and the process of searching for linear trails which is the most important part of linear analysis has not yet been disclosed. The project focuses on the quantization process of searching for linear trails. A reasonable quantum circuit is established, and the complexity of the whole search process is evaluated. The security analysis results of some cryptographic algorithms are given finally.

量子计算机对密码分析的影响越来越大，但对对称密码的影响还不是很明晰，对称密码的安全性通常通过算法能抵抗某些特定的攻击来证明，这在很大程度上依赖于密码分析的发展，故而有必要研究量子密码分析方法。本项目旨在研究量子化biclique攻击以及量子化线性攻击的实现。Biclique攻击是中间相遇攻击的变种，要实现其量子化需要实现中间相遇攻击的量子化，其次biclique攻击还需要构建biclique结构，经典biclique结构构建有两种方式，一种利用独立的相关密钥差分，一种利用交错的相关密钥差分，需要构建合适的量子电路来实现相关密钥差分搜索。线性分析是一种重要的经典密码分析技术，现有的量子化过程仅是实现了其攻击过程，对线性攻击最重要的线性路线的搜索还没有公开的结果，本项目重点关注线性路线的搜索的量子化实现过程，建立合理的量子电路，并评估整个搜索过程的复杂度，并给出一些密码算法的安全性分析结果。

依托本项目在网络安全相关领域开展创新性研究工作，包括：在不损害安全性的前提下，对MASCOT进行微调，对已经存在的预处理数据和部分中间计算结果进行妥善处理，以适合新的参与方参与。设计基于可证明安全身份的无线传感器网络连续泄漏恢复在线/离线加密方案，该方案适用于确保无线传感器网络中的安全通信。即使由于侧信道攻击或故障注入攻击而连续泄露密钥的部分信息，所提出的方案也可以保证安全性。与现有的基于身份的在线/离线加密方案相比，本方案可以满足具有强大安全性的无线传感器网络。在允许标记算法和提取算法之间的交互前提下，设计一种基于属性的加密水印方案，该方案可以抵抗完全串通攻击、秘密标记和公众提取。并且对abe水印方案的安全性证明更简洁。基于一种具有期望安全性能的变型半透明约束重复频率，在LWE 假设和 SIS 问题下，构造了一个保持功能、不可移除和不可伪造的分层水印方案，该方案满足分层组织的权威机构对分层水印的实际需求，同时给出了PRF 分层水印的形式化定义、具体构造和安全性分析，证明在一定条件下分层水印方案是正确的，不可移除的和δ-不可伪造的。基于特定的PCIe适配器和PCIe交换机等基本元素，提出了一种异构服务节点之间的PCIe P2P数据传输机制。为实现点对点数据传输机制，基于快速远程内存存取网，设计了便携式软件堆栈中的相关功能和接口。它不给多个服务主机之间的数据传输过程引入额外的处理开销，并简化了相关P2P数据传输机制的功能调用，该数据传输机制能够实现低延迟、高吞吐量的分布式计算解决方案。设计了一种基于状态实时同步的容错技术，尽量减少主待机之间不必要的内存数据更新操作，减少计算机状态同步的开销，提出一种细粒度的故障检测方法，大大降低了高可用性机制所造成的开销，并在一定程度上降低了容错机制对系统计算性能的影响，它能够快速在主动和待机之间切换，有助于更好地保证任务应用在关键系统中的不间断和连续运行能力。