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對NBC-128的安全性分析

2021年電子技術應用第4期

楊江帥1，陳懷鳳1，鮑金鳳2，康瀟文3

1.中國電子信息產業集團有限公司第六研究所，北京100083； 2.北京聯合大學旅游學院，北京110101；3.61428部隊，北京100097

摘要： NBC算法是由徐洪等人設計的基于廣義Feistel結構的分組密碼算法，支持128/128、128/256和256/256 3種分組和密鑰尺寸，其非線性部分采用16 bit S盒。對分組長度為128 bit的兩個NBC版本算法進行了改進的安全性分析。針對不可能差分攻擊，修正了原有分析過程，可以分析17輪NBC-128/256、15輪NBC-128/128；對于多維零相關攻擊，擴展了攻擊輪數，可以分析19輪NBC-128/256、16輪NBC-128/128，針對NBC-128/256的結果在輪數上是已知最長的；對于積分攻擊，給出了新的12輪積分路線，需要的數據量低于原有結果。

關鍵詞： NBC-128算法不可能差分分析零相關線性分析積分分析

中圖分類號： TN918；TP309.7
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201005
中文引用格式： 楊江帥，陳懷鳳，鮑金鳳，等. 對NBC-128的安全性分析[J].電子技術應用，2021，47(4)：91-96.
英文引用格式： Yang Jiangshuai，Chen Huaifeng，Bao Jinfeng，et al. Cryptanalysis of NBC-128[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：91-96.

Cryptanalysis of NBC-128

Yang Jiangshuai1，Chen Huaifeng1，Bao Jinfeng2，Kang Xiaowen3

1.The 6th Research Institute of China Electronics Corporation，Beijing 100083，China； 2.The Institute of Tourism，Beijing Union University，Beijing 110101，China；3.61428 Military，Beijing 100097，China

Abstract： NBC is a family of block ciphers using Generalized Feistel structure, designed by Xu Hong et al. There are three block and key sizes,i.e.,128/128, 128/256 and 256/256. A 16-bit Sbox is involved in the cipher as the non-linear component. This paper makes improved cryptanalysis on the two NBC versions with block size 128.Using impossible differential cryptanalysis, the corrected results are given which cover 17-round NBC-128/256 and 15-round NBC-128/128. The attack rounds of multi-dimensional zero-correlation linear cryptanalysis are expanded, which covers 19-round NBC-128/256 and 16-round NBC-128/128. The 19-round attack is the longest as far as we know. Also, new 12-round integral distinguishers are proposed, which require less data compared to the existing integral attacks.

Key words : NBC-128；impossible differential cryptanalysis；zero-correlation linear cryptanalysis；integral cryptanalysis

0 引言

為推動我國密碼算法的設計及實現技術發展，培養密碼學人才，中國密碼學會于2018年啟動了全國密碼算法設計競賽，共22個分組密碼算法進入第一輪評估，有10個算法進入第二輪評估^[1]。其中ublouk^[2]、FESH^[3]、TANGRAM^[4]和SPRING^[5]算法采用SPN結構，ANT^[6]、SMBA^[7]和Raindrop^[8]算法采用Feistel結構，NBC^[9-10]和FBC^[11]算法采用廣義Feistel結構。最終，uBlock和Ballet獲得一等獎，FESH、ANT和TANGRAM獲得二等獎，Raindrop、NBC、FBC、SMBA和SPRING獲得三等獎。

本文將針對NBC算法進行安全性分析，NBC算法由徐洪等人設計并提出，支持128/128 bit、128/256 bit、256/256 bit 3種分組和密鑰尺寸。該算法的非線性F函數部分采用16 bit S盒，由16級非線性反饋移位寄存器迭代而成，具有較低的硬件實現成本。差分分析^[12]、線性分析^[13]、不可能差分分析^[14]、零相關線性分析^[15-17]和積分分析^[18]等是分析分組密碼算法安全性的主要方法，算法設計者針對NBC算法的各個版本給出了初步分析結果。

針對NBC-128算法的兩個版本，設計者的研究表明^[9-10]：NBC-128算法不存在9輪有效的線性特征和差分特征。對于不可能差分攻擊和零相關線性攻擊，設計者在第二輪的提交文檔[9]中給出了10輪的區分器及詳細的攻擊過程，后來在新版本中^[10]將兩類路線各擴展一輪，并相應地將可攻擊輪數擴展了一輪。利用不可能差分分析方法，設計者攻擊19輪NBC-128/256、17輪NBC-128/128，利用零相關線性分析方法，可以攻擊16輪NBC-128/256、15輪NBC-128/128。對于積分分析方法，設計者給出了12輪的積分路線，數據復雜度為2¹²⁷，可以攻擊18輪NBC-128/256、16輪NBC-128/128。

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作者信息:

楊江帥1，陳懷鳳1，鮑金鳳2，康瀟文3

(1.中國電子信息產業集團有限公司第六研究所，北京100083；

2.北京聯合大學旅游學院，北京110101；3.61428部隊，北京100097)

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