Cryptanalysis and Design of Symmetric Primitives

Gorski, Michael

Der Schwerpunkt dieser Dissertation liegt in der Analyse und dem Design von Block- chiffren und Hashfunktionen. Die Arbeit beginnt mit einer Einf├╝hrung in Techniken zur Kryptoanalyse von Blockchiffren. Wir beschreiben diese Methoden und zeigen wie man daraus neue Techniken entwickeln kann, welche zu staerkeren Angriffen fuehren. Im zweiten Teil der Arbeit stellen wir eine Reihe von Angriffen auf eine Vielzahl von Blockchiffren dar. Wir haben dabei Angriffe auf reduzierte Versionen von ARIA und dem AES entwickelt. Darueber hinaus praesentieren wir im dritten Teil Angriffe auf interne Blockchiffren von Hashfunktionen. Wir entwickeln Angriffe, welche die inter- nen Blockchiffren von Tiger und HAS-160 auf volle Rundenanzahl brechen. Die hier vorgestellten Angriffe sind die ersten dieser Art. Ein Angriff auf eine reduzierte Ver- sion von SHACAL-2 welcher fast keinen Speicherbedarf hat, wird ebenfalls vorgestellt. Der vierte Teil der Arbeit befasst sich mit den Design und der Analyse von kryp- tographischen Hashfunktionen. Wir habe einen Slide Angriff, eine Technik welche aus der Analyse von Blockchiffren bekannt ist, im Kontext von Hashfunktionen zur Anwendung gebracht. Dabei praesentieren wir verschiedene Angriffe auf GRINDAHL und RADIOGATUN. Aufbauend auf den Angriffen des zweiten und dritten Teils dieser Arbeit stellen wir eine neue Hashfunktion vor, welche wir TWISTER nennen. TWISTER wurde fuer den SHA-3 Wettbewerb entwickelt und ist bereits zur ersten Runde angenommen.

This thesis focuses on the cryptanalysis and the design of block ciphers and hash func- tions. The thesis starts with an overview of methods for cryptanalysis of block ciphers which are based on differential cryptanalysis. We explain these concepts and also sev- eral combinations of these attacks. We propose new attacks on reduced versions of ARIA and AES. Furthermore, we analyze the strength of the internal block ciphers of hash functions. We propose the first attacks that break the internal block ciphers of Tiger, HAS-160, and a reduced round version of SHACAL-2. The last part of the thesis is concerned with the analysis and the design of cryptographic hash functions. We adopt a block cipher attack called slide attack into the scenario of hash function cryptanalysis. We then use this new method to attack different variants of GRINDAHL and RADIOGATUN. Finally, we propose a new hash function called TWISTER which was designed and pro- posed for the SHA-3 competition. TWISTER was accepted for round one of this com- petition. Our approach follows a new strategy to design a cryptographic hash function. We also describe several attacks on TWISTER and discuss the security issues concern- ing these attack on TWISTER.

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Gorski, Michael: Cryptanalysis and Design of Symmetric Primitives. 2010.

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