8、快速相关攻击：方法与对策

快速相关攻击：方法与对策

1. 引言

近年来，人们在深入理解流密码的设计和安全性方面投入了大量精力。流密码旨在在受限硬件环境中高效运行，或者在软件中实现高处理效率。同步流密码通过有限状态机生成伪随机序列（即密钥流），其初始状态由秘密密钥和公开变量（初始化向量）共同决定。在加法流密码中，密文是通过将密钥流与明文逐位相加得到的。

我们主要关注使用线性反馈移位寄存器（LFSRs）等简单设备设计的流密码，这类设计是相关攻击的主要目标。LFSRs易于实现且在硬件中运行高效，但它们的输出具有可预测性，不能直接用于加密应用。为了破坏其输出的可预测性，常见的方法是将LFSRs的输出作为精心设计的非线性函数的输入，以产生密钥流。不过，在选择这些函数时需要谨慎，因为后续介绍的攻击会揭示其重要性。另一种破坏LFSRs线性特性的方法是使用不规则时钟，即一个LFSR的输出为其他一个或多个LFSR提供时钟信号。虽然这些都是经典概念，但它们仍然是现代设计的有价值模型，例如eSTREAM项目中面向硬件的最终候选方案就体现了这一点。

针对流密码可以应用多种不同的密码分析方法。其中一些方法仅适用于特定的密码，而其他许多方法则更为通用，包括相关攻击、线性攻击、代数攻击、时间/内存/数据权衡攻击和重新同步攻击等。我们主要讨论（快速）相关攻击，并对线性攻击进行简要评论。除了流密码，类似于快速相关攻击的方法在其他领域也具有重要意义，例如卫星通信、陷门流密码的构建、数字水印或带噪声学习奇偶问题等。相关攻击的出现促使人们采取各种对策，例如选择具有一定相关免疫性的布尔函数。

2. 相关攻击

相关攻击的主要目标是过滤生成器和组合生成器。在经典的过滤生成器中，运行设备是单个二进制LFSR。