S盒密码学指标自动评估系统设计与实现

doi:10.3969/j.issn.1671-1122.2025.07.009

信息网络安全 ›› 2025, Vol. 25 ›› Issue (7): 1103-1110.doi: 10.3969/j.issn.1671-1122.2025.07.009

S盒密码学指标自动评估系统设计与实现

冷永清¹, 敖天勇², 邱昕¹(), 崔兴利¹, 李邵石¹

1.中国科学院微电子研究所，北京 100029
2.河南大学人工智能学院，郑州 450046

收稿日期:2025-04-16 出版日期:2025-07-10 发布日期:2025-08-07
通讯作者: 邱昕 E-mail:qiuxin@ime.ac.cn
作者简介:冷永清（1981—），男，河南，研究员，博士，主要研究方向为通感一体化芯片设计|敖天勇（1981—），男，河南，教授，博士，主要研究方向为类脑计算、多智能体协同、信息安全|邱昕（1980—），男，河南，研究员，博士，主要研究方向为通感一体化芯片与系统|崔兴利（1990—），女，河北，助理研究员，博士，主要研究方向为高效宽带电源调制器设计|李邵石（2001—），男，河北，硕士研究生，主要研究方向为射频抗干扰芯片设计
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFB4401405)

Design and Implementation of Automatic Assessment System for Cryptographic Criteria of S-Box

LENG Yongqing¹, AO Tianyong², QIU Xin¹(), CUI Xingli¹, LI Shaoshi¹

1. Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
2. School of Artificial Intelligent, Henan University, Zhengzhou 450046, China

Received:2025-04-16 Online:2025-07-10 Published:2025-08-07
Contact: QIU Xin E-mail:qiuxin@ime.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

针对分组密码核心部件S盒的密码学指标计算繁琐、低效且缺乏便捷的评估软件问题，文章提出一种S盒多项密码学指标的计算方法及快速求解算法和一种S盒分量布尔函数的代数正规型形式快速求解算法。基于这些计算方法，利用MFC/C++编程技术，文章设计并实现了一套S盒密码学指标快速评估软件。该软件能够自动计算S盒的非线性度、线性逼近优势、差分均匀性、代数次数、代数项数分布、雪崩特性、扩散特性、不动点个数等多项密码学指标，具有操作简便、评估全面等优点，能够有效减少评估S盒的工作量。

关键词: 信息安全, 分组密码, S盒, 密码学指标, 评估系统

Abstract:

To address the lack of convenient assessment tools for computing cryptographic criteria of S-boxes that are key components of block ciphers, many calculation methods of cryptographic criteria of S-box and fast calculation algorithms were given in this paper, and a fast algorithm for obtaining the algebraic normal form of an S-box component Boolean function was proposed. Based on these methods, an assessment software for computing rapidly cryptographic criteria of S-box was designed with MFC/C++ programming. The software can automatically calculate many cryptographic criteria of S-box such as the nonlinearity, linear approximation advantage, differential uniformity, algebraic degree, algebraic term distribution, avalanche characteristics, diffusion characteristics, number of fixed points. The software has the advantages of simple operation, comprehensive assessment. The software can effectively reduce researchers’ workload for assessing S-boxes.

Key words: information security, block cipher, S-box, cryptographic criterion, assessment system

中图分类号:

TP309

冷永清, 敖天勇, 邱昕, 崔兴利, 李邵石. S盒密码学指标自动评估系统设计与实现[J]. 信息网络安全, 2025, 25(7): 1103-1110.

LENG Yongqing, AO Tianyong, QIU Xin, CUI Xingli, LI Shaoshi. Design and Implementation of Automatic Assessment System for Cryptographic Criteria of S-Box[J]. Netinfo Security, 2025, 25(7): 1103-1110.

图/表 4

图1

表1

表2

图2

参考文献 13

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密码学指标	评估结果
非线性度	4
差分均匀性	4/16
线性逼近优势	4/16
各分量函数${{D}_{SAC}}$	4、2、2、2
各分量函数代数次数	2、3、3、3
各分量函数代数项数	4、7、7、7
不动点个数	0
扩散特性	不满足扩散准则

密码学指标	评估结果
非线性度	112
差分均匀性	4/256
线性逼近优势	16/256
各分量函数${{D}_{SAC}}$	6、8、8、8、8、6、6、6
各分量函数代数次数	7、7、7、7、7、7、7、7
各分量函数代数项数	131、132、145、136、131、113、111、110
不动点个数	0
扩散特性	不满足扩散准则

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