Quantum Cryptanalysis on Contracting Feistel Structures and Observation on Related-Key Settings

分组密码 计算机科学 密码分析 钥匙(锁) 幻灯片攻击 明文 离散数学 量子 数学 密码学 算法 线性密码分析 计算机安全 加密 物理 量子力学
作者
Carlos Cid,Akinori Hosoyamada,Yunwen Liu,Siang Meng Sim
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science 卷期号:: 373-394 被引量:14
标识
DOI:10.1007/978-3-030-65277-7_17
摘要

In this paper we show several quantum chosen-plaintext attacks (qCPAs) on contracting Feistel structures. In the classical setting, a d-branch r-round contracting Feistel structure can be shown to be PRP-secure when d is even and $$r \ge 2d-1$$ , meaning it is secure against polynomial-time chosen-plaintext attacks. We propose a polynomial-time qCPA distinguisher on the d-branch $$(2d-1)$$ -round contracting Feistel structure, which solves an open problem by Dong et al. In addition, we show a polynomial-time qCPA that recovers the keys of the d-branch r-round contracting Feistel structure when each round function $$F^{(i)}_{k_i}$$ has the form $$F^{(i)}_{k_i}(x) = F_i(x \oplus k_i)$$ for a public random function $$F_i$$ . This is applicable to the Chinese block cipher standard SM4, which is a special case where $$d=4$$ . Finally, in addition to quantum attacks under single-key setting, we also show related-key quantum attacks on balanced Feistel structures in the model that adversaries can only control part of the key difference in quantum superposition. Our related-key attacks on balanced Feistel structures can easily be extended to ones on contracting Feistel structures.
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