4 bit S盒低次代数关系研究：算法与安全性分析

"4 bit S盒输入及输出低次代数关系分析" 本文主要探讨了4 bit S盒在轻量级密码算法中的应用及其代数关系分析。4 bit S盒是密码学中一种重要的非线性组件，常用于提高密码算法的安全性。随着轻量级密码算法的发展，对4 bit S盒的深入理解和分析变得至关重要。研究者提出了一种通用的算法，用于解决n bit S盒的非线性回路代数关系问题，特别地，他们专注于4 bit S盒的情况。 针对4 bit S盒，研究者设计了一个高效的算法来寻找其输入和输出之间的非线性代数关系。这种关系对于理解S盒的性质和评估其安全性有着决定性的影响。通过对16种国际公认的最佳4 bit S盒以及多个著名轻量级密码算法中的S盒进行测试，他们发现其中只有3类S盒没有二次回路代数关系。这一发现揭示了4 bit S盒中低次代数关系的存在并不是普遍现象，且不同S盒之间的二次回路代数关系可能存在差异。 在进一步的分析中，研究者还检查了这些轻量级密码算法中S盒的等价类。他们发现即使属于同一等价类的S盒，也可能拥有不同的二次回路代数关系。例如，MANTIS、PRIDE和Marvin等算法的S盒就存在多个这样的关系。这表明这些含有低次代数关系的S盒可能存在着潜在的安全风险，因为攻击者可能利用这些关系来破解密码算法。 关键词：4 bit S盒、轻量级密码算法、代数关系、非线性方程 文章的发表受到多项基金项目的支持，包括国家自然科学基金、广西研究生教育创新计划资助项目以及桂林电子科技大学的研究生优秀学位论文培育项目。作者团队由程月单、韦永壮和叶涛组成，他们在分组密码分析和设计领域有着深入的研究。 这项工作的重要性在于，它提供了4 bit S盒代数关系的新洞察，对于优化轻量级密码算法的安全性和设计更加抗攻击的S盒具有指导意义。通过识别并分析这些低次代数关系，可以为密码学领域的研究人员提供有价值的参考，以提升密码算法的复杂性和安全性。