Security Analysis of Key-Alternating Feistel Ciphers
Rodolphe Lampe and Yannick Seurin
University of Versailles and ANSSI
4th March 2014 - FSE 2014
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 1 / 16
Security Analysis of Key-Alternating Feistel Ciphers Rodolphe Lampe - - PowerPoint PPT Presentation
Security Analysis of Key-Alternating Feistel Ciphers Rodolphe Lampe and Yannick Seurin University of Versailles and ANSSI 4th March 2014 - FSE 2014 Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 1 / 16
University of Versailles and ANSSI
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Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 9 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 9 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 10 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 10 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 10 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 10 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 10 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 10 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 11 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 11 / 16
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Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 12 / 16
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Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 12 / 16
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Uniformly Random Uniformly Random both free ? impose equality
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 12 / 16
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r−2
kr−2 uℓ+1
r−2
F ′
r−1
kr−1 uℓ+1
r−1
uℓ+1
−1
uℓ+1 uℓ+1
r−1
uℓ+1
r
Real World F0 k0 F1 k1 x ℓ+1
1
. . . Fr−2 kr−2 x ℓ+1
r−2
Fr−1 kr−1 x ℓ+1
r−1
x ℓ+1
−1
x ℓ+1 x ℓ+1
r−1
x ℓ+1
r
Uniformly Random Uniformly Random both free ? equal
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 12 / 16
Ideal World F ′ k0 F ′
1
k1 uℓ+1
1
. . . F ′
r−2
kr−2 uℓ+1
r−2
F ′
r−1
kr−1 uℓ+1
r−1
uℓ+1
−1
uℓ+1 uℓ+1
r−1
uℓ+1
r
Real World F0 k0 F1 k1 x ℓ+1
1
. . . Fr−2 kr−2 x ℓ+1
r−2
Fr−1 kr−1 x ℓ+1
r−1
x ℓ+1
−1
x ℓ+1 x ℓ+1
r−1
x ℓ+1
r
Uniformly Random Uniformly Random both free ?
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 12 / 16
Ideal World F ′ k0 F ′
1
k1 uℓ+1
1
. . . F ′
r−2
kr−2 uℓ+1
r−2
F ′
r−1
kr−1 uℓ+1
r−1
uℓ+1
−1
uℓ+1 uℓ+1
r−1
uℓ+1
r
Real World F0 k0 F1 k1 x ℓ+1
1
. . . Fr−2 kr−2 x ℓ+1
r−2
Fr−1 kr−1 x ℓ+1
r−1
x ℓ+1
−1
x ℓ+1 x ℓ+1
r−1
x ℓ+1
r
Uniformly Random Uniformly Random both free ? equal
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 12 / 16
Ideal World F ′ k0 F ′
1
k1 uℓ+1
1
. . . F ′
r−2
kr−2 uℓ+1
r−2
F ′
r−1
kr−1 uℓ+1
r−1
uℓ+1
−1
uℓ+1 uℓ+1
r−1
uℓ+1
r
Real World F0 k0 F1 k1 x ℓ+1
1
. . . Fr−2 kr−2 x ℓ+1
r−2
Fr−1 kr−1 x ℓ+1
r−1
x ℓ+1
−1
x ℓ+1 x ℓ+1
r−1
x ℓ+1
r
Uniformly Random Uniformly Random both free ? both free ? equal
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 12 / 16
KAF[n,r](qe, qf ) ≤
r
KAF[n,2r′](qe, qf ) ≤ 4
1/2
r ′
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 13 / 16
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 14 / 16
Andrey Bogdanov, Lars R. Knudsen, Gregor Leander, François-Xavier Standaert, John P. Steinberger, and Elmar Tischhauser. Key-Alternating Ciphers in a Provable Setting: Encryption Using a Small Number of Public Permutations - (Extended Abstract). In David Pointcheval and Thomas Johansson, editors, Advances in Cryptology - EUROCRYPT 2012, volume 7237 of Lecture Notes in Computer Science, pages 45–62. Springer, 2012. Shan Chen and John P. Steinberger. Tight security bounds for key-alternating ciphers. IACR Cryptology ePrint Archive, 2013:222, 2013. Shimon Even and Yishay Mansour. A Construction of a Cipher from a Single Pseudorandom Permutation. Journal of Cryptology, 10(3):151–162, 1997.
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 15 / 16
Craig Gentry and Zulfikar Ramzan. Eliminating Random Permutation Oracles in the Even-Mansour Cipher. In Pil Joong Lee, editor, Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2004, volume 3329 of Lecture Notes in Computer Science, pages 32–47. Springer, 2004. Rodolphe Lampe, Jacques Patarin, and Yannick Seurin. An Asymptotically Tight Security Analysis of the Iterated Even-Mansour Cipher. In Xiaoyun Wang and Kazue Sako, editors, Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2012, volume 7658 of Lecture Notes in Computer Science, pages 278–295. Springer, 2012. John Steinberger. Improved Security Bounds for Key-Alternating Ciphers via Hellinger Distance. IACR Cryptology ePrint Archive, Report 2012/481, 2012. Available at http://eprint.iacr.org/2012/481.
Lampe & Seurin (Versailles & ANSSI) Key-Alternating Feistel Ciphers FSE 2014 16 / 16