白盒密码技术：自等价编码与安全实现策略概述

"本文档讨论了自等价编码与白盒实现方案在密码学中的应用，特别是针对白盒攻击环境的安全策略。文档涵盖了自2003年以来的各种白盒密码实现技术，包括对AES、SM4、CLEFIA的改进，以及对SPN结构密码的自等价编码实现。此外，还提到了针对这些实现的攻击方法，以及新的白盒安全分组密码设计。” 在密码学中，白盒攻击环境是指攻击者不仅能够获取密码算法的输入和输出，还能访问算法的内部细节，甚至可能控制执行环境。这种情况下，传统的黑盒安全策略不再有效。为了应对这种威胁，CHOW等人引入了白盒密码的概念，即以软件形式实现的密码算法，旨在在不安全的白盒环境中保护密钥信息不被泄露。 白盒密码实现主要分为两类：一是基于现有分组密码的白盒实现，如AES、SM4和CLEFIA。CHOW等人首次使用查找表、输入输出编码和双射技术实现白盒AES，之后的研究者对此进行了多次改进，例如添加扰乱项、结合仿射函数和查找表技术等。二是设计全新的白盒环境下的分组密码算法，这些算法通常基于特定的安全结构或目标，以提供更高的白盒安全性。 自等价编码是白盒实现的一种新型设计方法，首次由MCMILLION等人在2016年提出，应用于白盒AES中。这种方法通过编码技术增强密码的内在等价性，使攻击者更难以从白盒环境中提取关键信息。RANEA等在2020年进一步发展了这一思想，提出了一种通用的自等价实现方案，适用于SPN结构的密码，并提出了相应的攻击分析。 然而，白盒实现并非无懈可击。针对这些实现，研究者已经提出了多种攻击方法，包括BGE攻击、MGH攻击、MULDER等人的攻击、潘文伦的差分攻击以及侧信道攻击。这些攻击策略表明，尽管白盒密码提供了额外的安全层，但仍然需要持续研究和改进以抵御新出现的攻击手段。 白盒密码是密码学领域的重要研究方向，它结合了软件工程和密码学的原理，旨在保护密码算法在不安全环境下的安全性。随着技术的进步和攻击手段的演变，白盒密码的实现和安全评估将持续是学术界和工业界关注的焦点。