Meet-in-the-middle attacks on AES

• Auteur / Autrice : Patrick Derbez
• Direction : Pierre-Alain Fouque
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris, Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique

Mots clés libres

Cryptanalyse

Chiffrement symétrique

Aes

Recherche automatique d'attaques

Rencontres par le milieu

Cryptanalysis

Aes

Automatic attacks finder

Man in the middle

Résumé

Cette thèse est dédiée à la cryptanalyse de l'AES (Advanced Encryption Standard) qui est l'un des systèmes de chiffrement par bloc les plus répandu dans le monde. Nous y présentons une nouvelle technique pour résoudre un type particulier d'équations spécialement conçu pour attaquer l'AES. Cette technique est basée sur l'algèbre linéaire ainsi que sur la technique de la " Rencontre par le Milieu " et offre pour un système donné, plusieurs algorithmes de résolution de complexités différentes mais prédictibles. Ainsi nous avons conçu un programme pour trouver l'algorithme le plus rapide. Dans un premier temps nous l'avons appliqué directement aux systèmes d'équations décrivant un nombre réduit de tours d'AES et avons trouvé de nouvelles attaques lorsque la quantité de couples clair/chiffré est très limitée, améliorant celles trouvées manuellement par d'autres chercheurs. La technique étant générale nous avons pu utiliser le programme pour étudier d'autres modèles comme celui des attaques par fautes et celui des attaques à clé choisie ainsi que d'autres primitives cryptographiques comme la fonction d'authentification Pelican-MAC et le système de chiffrement par flot LEX. Enfin nous présentons une généralisation des attaques de Demirci et Selçuk publiées à la conférence FSE2008 ainsi qu'un algorithme qui nous a permis de trouver les meilleures attaques de cette classe, avec certaines parmi les meilleures connues à ce jour. Cet algorithme repose sur l'utilisation du précédent programme afin de déterminer le nombre de valeurs prises par des sous-ensembles d'octets de clé ou des états internes ainsi que la complexité de les énumérer.

This thesis is dedicated to the cryptanalysis of the AES (Advanced Encryption Standard) which is one of the most widely deployed block ciphers. We present a new technique to solve a particular kind of equations designed to attack the AES. This technique relies on both the linear algebra and the "Meet-in-the-Middle" technique and, for any system of equations, leads to many solvers with different but predictable complexity. Thus we built a program in order to find the fastest solver. Initially we applied it directly to the systems of equations describing round-reduced versions of the AES and found new attacks when the data available to the adversary is very limited, improving the previous ones manually found by others researchers. As the technique is generic, we were able to use this program to study different models as faults or chosen-key attacks and different cryptographic primitives as both the message authentication code Pelican-MAC and the stream cipher LEX. Finally, we show a generalization of the attacks of Demirci and Selçuk published at the FSE2008 conference, together with an algorithm that allowed us to find the best attacks of this class, with some of them belonging to the best known ones. This algorithm relies on the previous program in order to determine the number of values assumed by a subset of key and state bytes as well as the complexity of enumerating them.