《电子技术应用》
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对NBC-128的安全性分析
2021年电子技术应用第4期
杨江帅1，陈怀凤1，鲍金凤2，康潇文3
1.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，北京100083； 2.北京联合大学旅游学院，北京110101；3.61428部队，北京100097
摘要： NBC算法是由徐洪等人设计的基于广义Feistel结构的分组密码算法，支持128/128、128/256和256/256 3种分组和密钥尺寸，其非线性部分采用16 bit S盒。对分组长度为128 bit的两个NBC版本算法进行了改进的安全性分析。针对不可能差分攻击，修正了原有分析过程，可以分析17轮NBC-128/256、15轮NBC-128/128；对于多维零相关攻击，扩展了攻击轮数，可以分析19轮NBC-128/256、16轮NBC-128/128，针对NBC-128/256的结果在轮数上是已知最长的；对于积分攻击，给出了新的12轮积分路线，需要的数据量低于原有结果。
中图分类号： TN918；TP309.7
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201005
中文引用格式： 杨江帅，陈怀凤，鲍金凤，等. 对NBC-128的安全性分析[J].电子技术应用，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

    为推动我国密码算法的设计及实现技术发展，培养密码学人才，中国密码学会于2018年启动了全国密码算法设计竞赛，共22个分组密码算法进入第一轮评估，有10个算法进入第二轮评估[1]。其中ublouk[2]、FESH[3]、TANGRAM[4]和SPRING[5]算法采用SPN结构，ANT[6]、SMBA[7]和Raindrop[8]算法采用Feistel结构，NBC[9-10]和FBC[11]算法采用广义Feistel结构。最终，uBlock和Ballet获得一等奖，FESH、ANT和TANGRAM获得二等奖，Raindrop、NBC、FBC、SMBA和SPRING获得三等奖。

    本文将针对NBC算法进行安全性分析，NBC算法由徐洪等人设计并提出，支持128/128 bit、128/256 bit、256/256 bit 3种分组和密钥尺寸。该算法的非线性F函数部分采用16 bit S盒，由16级非线性反馈移位寄存器迭代而成，具有较低的硬件实现成本。差分分析[12]、线性分析[13]、不可能差分分析[14]、零相关线性分析[15-17]和积分分析[18]等是分析分组密码算法安全性的主要方法，算法设计者针对NBC算法的各个版本给出了初步分析结果。

    针对NBC-128算法的两个版本，设计者的研究表明[9-10]：NBC-128算法不存在9轮有效的线性特征和差分特征。对于不可能差分攻击和零相关线性攻击，设计者在第二轮的提交文档[9]中给出了10轮的区分器及详细的攻击过程，后来在新版本中[10]将两类路线各扩展一轮，并相应地将可攻击轮数扩展了一轮。利用不可能差分分析方法，设计者攻击19轮NBC-128/256、17轮NBC-128/128，利用零相关线性分析方法，可以攻击16轮NBC-128/256、15轮NBC-128/128。对于积分分析方法，设计者给出了12轮的积分路线，数据复杂度为2127，可以攻击18轮NBC-128/256、16轮NBC-128/128。




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作者信息:

杨江帅1，陈怀凤1，鲍金凤2，康潇文3

(1.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，北京100083；

2.北京联合大学旅游学院，北京110101；3.61428部队，北京100097)

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