白盒密码技术：AES设计与安全性分析

"该资源是一篇关于白盒密码设计方法和安全性分析的硕士学位论文，由上海交通大学电子信息与电气工程学院的王冰撰写，导师为来学嘉教授。论文探讨了在白盒攻击环境下如何保护密码算法，特别是密钥的安全，以及现有白盒密码设计的局限性，并提出了改进的白盒AES实现方案。" 在白盒密码领域，由于软件保护的需要，尤其是在移动电源、蓝牙耳机等设备中，密码算法的实现必须能够在不受特殊保护的环境中安全运行。传统的加密算法在执行时，密钥可能会暴露在内存分析中，而白盒密码则旨在隐藏这些关键信息，使其在软件执行过程中难以被攻击者获取。 论文首先介绍了白盒攻击的背景，强调了在没有特殊保护措施的情况下，密钥容易被攻击者通过白盒攻击获取。Chow的查找表方法是将密钥信息分散在查找表中，以此减少攻击者获取密钥的可能性。然而，这种方法的缺点在于查找表可能成为攻击的目标，因为攻击者可以通过分析查找表结构来推测密钥。 另一方面，Bringer的白盒密码设计思路是引入混淆项，以模糊算法的代数结构，使攻击者难以理解算法内部工作原理。尽管如此，这种设计也被证明存在可被破解的弱点。 论文深入分析了这两种方法的优缺点，提出了一种改进的白盒AES实现。该实现结合了Chow的查找表和Bringer的混淆项思想，不仅增加了查找表的复杂性，还在MixColumns操作上进行了优化。具体做法是将原本一次性处理32位的MixColumns操作拆分为四个独立的8位操作，这样既能保持操作的完整性和功能，又能避免生成过大的查找表，从而提高了运行效率。 此外，论文还对MixColumns操作进行了分块处理，将其拆分为四个8比特乘以32比特的块，每个块独立处理后再相加，这种设计既保留了非线性特性，又降低了攻击者分析的难度。通过这样的改进，白盒AES的抗攻击能力得到了增强，同时兼顾了运行效率。 总结来说，这篇论文对白盒密码的设计策略进行了深入研究，并提出了一种结合现有方法的优化方案，为白盒密码的安全性和效率提供了新的思考。