• ETRI Journal
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• 제35권1호
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• pp.131-141
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• 2013

Integral cryptanalysis, which is based on the existence of (higher-order) integral distinguishers, is a powerful cryptographic method that can be used to evaluate the security of modern block ciphers. In this paper, we focus on substitution-permutation network (SPN) ciphers and propose a criterion to characterize how an r-round integral distinguisher can be extended to an (r+1)-round higher-order integral distinguisher. This criterion, which builds a link between integrals and higher-order integrals of SPN ciphers, is in fact based on the theory of direct decomposition of a linear space defined by the linear mapping of the cipher. It can be directly utilized to unify the procedure for finding 4-round higher-order integral distinguishers of AES and ARIA and can be further extended to analyze higher-order integral distinguishers of various block cipher structures. We hope that the criterion presented in this paper will benefit the cryptanalysts and may thus lead to better cryptanalytic results.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제14권11호
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• pp.4502-4521
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• 2020

At EUROCRYPT 2015, Todo proposed a new technique named division property, and it is a powerful technique to find integral distinguishers. The original division property is also named word-based division property. Later, Todo and Morii once again proposed a new technique named the bit-based division property at FSE 2016 and find more rounds integral distinguisher for SIMON-32. There are two basic approaches currently being adopted in researches under the bit-based division property. One is conventional bit-based division property (CBDP), the other is bit-based division property using three-subset (BDPT). Particularly, BDPT is more powerful than CBDP. In this paper, we use Boolean Satisfiability Problem (SAT)-aided cryptanalysis to search integral distinguishers. We conduct experiments on SIMON-32/-48/-64/-96, SIMON (102)-32/-48/-64, SIMECK-32/-48/-64, LBlock, GIFT and Khudra to prove the efficiency of our method. For SIMON (102)-32/-48/-64, we can determine some bits are odd, while these bits can only be determined as constant in the previous result. For GIFT, more balanced (zero-sum) bits can be found. For LBlock, we can find some other new integral distinguishers. For Khudra, we obtain two 9-round integral distinguishers. For other ciphers, we can find the same integral distinguishers as before.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 추계학술발표대회
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• pp.175-178
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• 2023

차분 분석은 암호 분석기법 중 하나이며, 차분 공격을 위해 랜덤 데이터들로부터 차분 특성 (입/출력차분)을 만족하는 데이터를 구별해 내는 것을 구별자 공격이라 한다. Neural distinguisher는 구별자에 딥러닝을 적용한 것이다. 본 논문에서는 NIST 표준 형태보존암호인 FF1, FF3-1을 위한 단일 차분을 사용한 최초의 신경 구별자를 제안하였다. FF1은 차분으로 0F를 사용할 때, 숫자 및 소문자 도메인에서 차분 데이터 구별에 성공하였다 (정확도는 각각 0.85 및 0.52). FF3-1에서는 08을 사용할 때, 숫자 및 소문자 도메인에서 차분 데이터 구별에 성공하였다 (정확도는 각각 0.98 및 0.55).

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제12권9호
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• pp.4548-4559
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• 2018

Conditional differential attack against NFSR-based cryptosystems proposed by Knellwolf et al. in Asiacrypt 2010 has been widely used for analyzing round-reduced Grain v1. In this paper, we present improved conditional differential attacks on Grain v1 based on a factorization simplification method, which makes it possible to obtain the expressions of internal states in more rounds and analyze the expressions more precisely. Following a condition-imposing strategy that saves more IV bits, Sarkar's distinguishing attack on Grain v1 of 106 rounds is improved to a key recovery attack. Moreover, we show new distinguishing attack and key recovery attack on Grain v1 of 107 rounds with lower complexity O($2^{34}$) and appreciable theoretical success probability 93.7%. Most importantly, our attacks can practically recover key expressions with higher success probability than theoretical results.

• 정보보호학회논문지
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• 제31권5호
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• pp.875-888
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• 2021

본 논문에서는 경량 블록 암호 PIPO에 대한 인테그랄 구별자(integral distinguisher)을 탐색한 결과를 통해 8-라운드 PIPO-64/128에 대한 키 복구 공격을 수행한다. ICISC 2020에서 제안된 경량 블록 암호 PIPO는 고차 마스킹 구현을 고려한 설계를 통해 부채널 공격에 대한 저항성을 갖는 효율적인 구현이 가능하다. 동시에 차분 분석, 선형 분석 등의 다양한 분석법을 적용하여 PIPO의 안전성을 보였다. 그러나 인테그랄 공격에 대해, 5-라운드 이상의 인테그랄 구별자가 존재하지 않을 것이라고 제안되었을 뿐 인테그랄 공격에 대한 안전성 분석은 현재까지 수행된 바 없다. 본 논문에서는 MILP 기반 Division Property를 통해 PIPO에 대한 인테그랄 구별자를 탐색하는 방법을 제시하고, 기존의 결과와 달리 6-라운드 인테그랄 구별자가 존재함을 보인다. 뿐만 아니라, PIPO의 라운드 함수 구조를 활용하여 입출력에 대한 선형 변환을 고려하는 인테그랄 구별자 탐색 방법을 통해 총 136개의 6-라운드 인테그랄 구별자를 제시한다. 마지막으로, 획득한 6-라운드 인테그랄 구별자 중 4개를 이용하여 2^124.5849의 시간 복잡도와 2⁹³의 메모리 복잡도를 가지는 8-라운드 PIPO-64/128 키 복구 공격을 제안한다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권5호
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• pp.2660-2679
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• 2017

Crypton is a SP-network block cipher that attracts much attention because of its excellent performance on hardware. Based on Crypton, mCrypton is designed as a lightweight block cipher suitable for Internet of Things (IoT) and Radio Frequency Identification (RFID). The security of Crypton and mCrypton under meet-in-the-middle attack is analyzed in this paper. By analyzing the differential properties of cell permutation, several differential characteristics are introduced to construct generalized ${\delta}-sets$. With the usage of a generalized ${\delta}-set$ and differential enumeration technique, a 6-round meet-in-the-middle distinguisher is proposed to give the first meet-in-the-middle attack on 9-round Crypton-192 and some improvements on the cryptanalysis of 10-round Crypton-256 are given. Combined with the properties of nibble permutation and substitution, an improved meet-in-the-middle attack on 8-round mCrypton is proposed and the first complete attack on 9-round mCrypton-96 is proposed.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 춘계학술발표대회
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• pp.151-153
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• 2023

구별자 공격은 암호 알고리즘이 특정 확률로 특정 차분 특성을 만족한다는 사실을 활용하여 랜덤 데이터들로부터 암호 데이터를 구별해내는 작업이며, 데이터에 대한 확률적인 예측을 수행하는 딥러닝 기술은 이에 대한 좋은 솔루션이 될 수 있다. 최근 딥러닝 기술이 발달함에 따라 실제로 신경망 구별자에 대한 많은 연구들이 진행되고 있지만, 형태 보존 암호인 FF3에 대한 딥러닝 기반의 구별자 공격에 대한 연구는 아직 수행되지 않았다. 본 논문에서는 형태 보존암호인 FF3에 대한 딥러닝 기반의 신경망 구별자를 최초로 제안하였다. 실험 결과, 0x08 (입력 차분)에 대해서는 숫자 도메인에서 8 라운드까지0.98 이상의 정확도를 달성하였으며, 소문자 도메인에서는 2라운드까지 구별이 가능하였다. 향후에는 또 다른 형태 보존 암호에 대한 신경망 구별자와 더 큰 도메인 및 높은 라운드에서도 동작 가능한 FF3 신경망 구별자를 구현할 예정이다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제12권5호
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• pp.644-652
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• 2009

유비쿼터스 센서 네트워크(USN), 휴대 인터넷(WiBro), 무선식별 시스템(RFID) 등의 새로운 통신 환경이 현실화 되고 있다. 이에, 이러한 제약된 자원을 사용하는 통신 환경에서 보안과 프라이버시 보호를 보장하기 위해 mCrypton, HIGHT, SEA, PRESENT와 같은 경량 블록 암호들이 제안되었다. mCrypton은 Crypton의 경량화 버전으로 64-비트, 96-비트, 128-비트 키를 지원하는 64-비트 블록 암호이다. 본 논문에서는 mCrypton에 대한 첫 번째 분석 결과로서, 128-비트 키를 사용하는 8-라운드 mCrypton에 대한 연관키 렉탱글 공격을 제안한다. 이를 위해 7-라운드 연관키 렉탱글 구별자를 구성하기 위해 사용하는 두 개의 연관키 부정 차분 특성을 설명하고 이를 기반으로 8-라운드 mCypton에 대한 연관키 렉탱글 공격을 제안한다. 본 공격은 $2^{45.5}$의 데이터와 $2^{45.5}$의 시간 복잡도를 필요로 한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제30권3호
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• pp.337-347
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• 2020

RYPTO 2019에 발표된 Gohr의 연구결과는 딥러닝 기술이 암호분석에 활용될 수 있음을 보여주었다. 본 논문에서는 특정 구조를 가진 S-box를 딥러닝 기술이 식별할 수 있는지 실험한 결과를 제시한다. 이를 위해, 2가지 실험을 수행하였다. 첫 번째로는, 경량암호 설계에 주로 사용하는 Feistel 및 MISTY, SPN, multiplicative inverse 구조를 가진 S-box의 DDT 및 LAT로 학습 데이터를 구성하고 딥러닝 알고리즘으로 구조를 식별하는 실험을 수행하여 구조는 물론 라운드까지 식별할 수 있었다. 두 번째로는 Feistel 및 MISTY 구조가 특정 라운드까지 의사난수성을 보이는지에 대한 실험을 통해 이론적으로 제시된 라운드 수 보다 많은 라운드 수에서 random한 함수와 구분할 수 있음을 확인하였다. 일반적으로, 군사용 등 고도의 기밀성 유지를 위해 사용되는 암호들은 공격이나 해독을 근본적으로 차단하기 위해 설계정보를 공개하지 않는 것이 원칙이다. 본 논문에서 제시된 방법은 딥러닝 기술이 이처럼 공개되지 않은 설계정보를 분석하는 하나의 도구로 사용 가능하다는 것을 보여준다.