再次审视密钥替换Feistel密码以达成较短密钥及多用户安全保障

简介：
本文重新评估了Feistel密码结构中的密钥替代机制，旨在探索实现更简练且安全系数更高的加密方式，特别针对多元用户的环境优化。通过分析，提出了一种能够有效减少密钥长度同时确保系统在多用户环境中仍具高度安全保障的创新策略。 密钥替换Feistel（KAF）密码也称为Feistel-2模型，指的是具有形式为Fi（ki⊕xi）的圆形函数的Feistel网络，其中ki是秘密圆键，而Fi是公共随机函数。此模型大致捕捉了许多著名Feistel密码结构的特点，最突出的例子就是DES。KAF现有的可证明的安全性结果假定独立的圆密钥和不同的轮功能（ASIACRYPT 2004 和 FSE 2014）。本段落中我们研究了如何在更简单、更具现实性的假设下实现安全性：从短主键派生出圆形密钥，并希望使用相同的圆形函数。对于生日型的安全性，我们考虑四轮KAF并探讨推导四个圆密钥的最小条件，证明当这些充分推导出来的密钥和相同的功能被应用时，四轮KAF能确保最多2n/2个查询下的安全性。 为了实现超越生日安全性的目标，我们将重点放在六轮KAF上。我们展示了，在相邻圈键独立且使用不同的圆函数的情况下，六轮的KAF能够承受至多约2^(2n/3)次查询的安全性水平。据我们所知，这是首次在没有完全独立密钥假设下获得超越生日安全性结果的研究成果。 我们的发现也适用于多用户环境，并构成了Feistel密码首个非平凡性的多用证明安全结论。最终，我们将展示这些研究对设计密钥时间表和实例化键海绵构造的应用价值。