9、回旋镖攻击模型的并行有效性分析

回旋镖攻击模型的并行有效性分析

在密码分析领域，差分密码分析是一种强大的攻击方法，但寻找长且高概率的差分特征在实际中颇具挑战。回旋镖攻击及其扩展矩形攻击为解决这一问题提供了新思路。本文将深入探讨这两种攻击模型在轻量级分组密码KATAN32上的有效性和准确性，并利用现代多核CPU和GPU的计算能力加速验证过程。

1. 引言

差分密码分析是一种选择明文攻击，通过大量具有相同特定差异的明文对及其对应的密文对，利用分组密码的长且高概率差分特征来寻找加密密钥。然而，在实际中，找到能覆盖几乎整个分组密码的长且高概率差分特征非常困难。

为克服这一问题，Wagner提出了回旋镖攻击，其主要思想是将两个高概率的短差分特征连接起来，生成一个“四重奏”结构的长区分器。此后，Kelsey等人改进了回旋镖攻击，提出了放大回旋镖攻击，Biham等人进一步改进并命名为矩形攻击。矩形攻击可以聚合多个不同的差分路径，大大降低了攻击的复杂度，提高了区分器的概率。

目前，回旋镖攻击区分器的概率是根据回旋镖攻击模型计算的理论概率，尚无实验证明其准确性。现代异构计算系统配备的CPU和GPU为解决这一计算密集型问题提供了强大平台。本文将验证回旋镖攻击模型和矩形攻击模型的有效性和准确性，展示如何根据分支限界算法搜索差分特征，以及如何使用并行算法在异构架构上加速验证过程。

本文的主要发现和贡献如下：
1. 对于KATAN32密码，可能存在一些理论上对回旋镖或矩形攻击模型无效，但实际上正确的四重奏区分器。
2. 理论上有效的区分器可能由于四重奏结构区分器中的两个独立差分路径相互排斥或不兼容而无法应用。
3. 对于KATAN32密码，回旋镖攻击和矩形攻击的实际概