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Erschienen in:

2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

Cryptanalysis Results on Spook

Bringing Full-Round Shadow-512 to the Light

verfasst von : Patrick Derbez, Paul Huynh, Virginie Lallemand, María Naya-Plasencia, Léo Perrin, André Schrottenloher

Erschienen in: Advances in Cryptology – CRYPTO 2020

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

Spook [BBB+19] is one of the 32 candidates that has made it to the second round of the NIST Lightweight Cryptography Standardization process, and is particularly interesting since it proposes differential side channel resistance. In this paper, we present practical distinguishers of the full 6-step version of the underlying permutations of Spook, namely Shadow-512 and Shadow-384, solving challenges proposed by the designers on the permutation. We also propose practical forgeries with 4-step Shadow for the S1P mode of operation in the nonce misuse scenario, which is allowed by the CIML2 security game considered by the authors. All the results presented in this paper have been implemented.

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See for instance ASCON [DEMS16], Ketje [BDP+16], or SPARKLE [BBdS+19].

Recall here that the value of the round constant depends on the round index.

[BBB+19]

Bellizia, D., et al.: Spook: sponge-based leakage-resilient authenticated encryption with a masked tweakable block cipher. In: Submission to the NIST Lightweight Cryptography project (2019). https://csrc.nist.gov/CSRC/media/Projects/lightweight-cryptography/documents/round-2/spec-doc-rnd2/Spook-spec-round2.pdf

[BBB+20]

Bellizia, D., et al.: Spook: sponge-based leakage-resistant authenticated encryption with a masked tweakable block cipher. IACR Trans. Symm. Cryptol. Special Issue Des. NIST Lightweight Standardisation Process (2020). https://www.spook.dev/assets/TOSC_Spook.pdf

[BBdS+19]

Beierle, C., et al.: Schwaemm and Esch: lightweight authenticated encryption and hashing using the Sparkle permutation family. In: Submission to the 2nd Round of the NIST Lightweight Process (2019)

[BBI+15]

Banik, S., et al.: Midori: a block cipher for low energy. In: Iwata, T., Cheon, J.H. (eds.) ASIACRYPT 2015, Part II. LNCS, vol. 9453, pp. 411–436. Springer, Heidelberg (2015). https://doi.org/10.1007/978-3-662-48800-3_17CrossRef

[BCG+12]

Borghoff, J., et al.: PRINCE – a low-latency block cipher for pervasive computing applications extended abstract. In: Wang, X., Sako, K. (eds.) ASIACRYPT 2012. LNCS, vol. 7658, pp. 208–225. Springer, Heidelberg (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-34961-4_14CrossRef

[BDP+16]

Bertoni, G., Daemen, J., Peeters, M., Van Assche, G., Van Keer, R.: CAESAR submission: Ketje v2. In: Submission to the CAESAR Competition (2016)

[BJK+16]

Beierle, C., et al.: The SKINNY family of block ciphers and its low-latency variant MANTIS. In: Robshaw, M., Katz, J. (eds.) CRYPTO 2016, Part II. LNCS, vol. 9815, pp. 123–153. Springer, Heidelberg (2016). https://doi.org/10.1007/978-3-662-53008-5_5CrossRef

[BKL+07]

Bogdanov, A., et al.: PRESENT: an ultra-lightweight block cipher. In: Paillier, P., Verbauwhede, I. (eds.) CHES 2007. LNCS, vol. 4727, pp. 450–466. Springer, Heidelberg (2007). https://doi.org/10.1007/978-3-540-74735-2_31CrossRef

[BPPS17]

Berti, F., Pereira, O., Peters, T., Standaert, F.-X.: On leakage-resilient authenticated encryption with decryption leakages. IACR Trans. Symm. Cryptol. 2017(3), 271–293 (2017)

[BS91]

Biham, E., Shamir, A.: Differential cryptanalysis of DES-like cryptosystems. In: Menezes, A.J., Vanstone, S.A. (eds.) CRYPTO 1990. LNCS, vol. 537, pp. 2–21. Springer, Heidelberg (1991). https://doi.org/10.1007/3-540-38424-3_1CrossRef

[DEM+17]

Dobraunig, C., Eichlseder, M., Mangard, S., Mendel, F., Unterluggauer, T.: ISAP - towards side-channel secure authenticated encryption. IACR Trans. Symm. Cryptol. 2017(1), 80–105 (2017)

[DEMS16]

Dobraunig, C., Eichlseder, M., Mendel, F., Schläffer, M.: Ascon v1. 2. In: Submission to the CAESAR Competition (2016)

[GJK+19]

Goudarzi, D., et al.: Submission to the NIST Lightweight Cryptography Project (2019). https://csrc.nist.gov/CSRC/media/Projects/lightweight-cryptography/documents/round-2/spec-doc-rnd2/pyjamask-spec-round2.pdf

[GLSV15]

Grosso, V., Leurent, G., Standaert, F.-X., Varıcı, K.: LS-designs: bitslice encryption for efficient masked software implementations. In: Cid, C., Rechberger, C. (eds.) FSE 2014. LNCS, vol. 8540, pp. 18–37. Springer, Heidelberg (2015). https://doi.org/10.1007/978-3-662-46706-0_2CrossRefMATH

[GP10]

Gilbert, H., Peyrin, T.: Super-Sbox cryptanalysis: improved attacks for AES-like permutations. In: Hong, S., Iwata, T. (eds.) FSE 2010. LNCS, vol. 6147, pp. 365–383. Springer, Heidelberg (2010). https://doi.org/10.1007/978-3-642-13858-4_21CrossRef

[HLK+14]

Hong, D., Lee, J.-K., Kim, D.-C., Kwon, D., Ryu, K.H., Lee, D.-G.: LEA: a 128-bit block cipher for fast encryption on common processors. In: Kim, Y., Lee, H., Perrig, A. (eds.) WISA 2013. LNCS, vol. 8267, pp. 3–27. Springer, Cham (2014). https://doi.org/10.1007/978-3-319-05149-9_1CrossRef

[IPS13]

Iwamoto, M., Peyrin, T., Sasaki, Y.: Limited-birthday distinguishers for hash functions. In: Sako, K., Sarkar, P. (eds.) ASIACRYPT 2013, Part II. LNCS, vol. 8270, pp. 504–523. Springer, Heidelberg (2013). https://doi.org/10.1007/978-3-642-42045-0_26CrossRef

[Knu95]

Knudsen, L.R.: Truncated and higher order differentials. In: Preneel, B. (ed.) FSE 1994. LNCS, vol. 1008, pp. 196–211. Springer, Heidelberg (1995). https://doi.org/10.1007/3-540-60590-8_16CrossRef

Titel: Cryptanalysis Results on Spook
verfasst von: Patrick Derbez
Paul Huynh
Virginie Lallemand
María Naya-Plasencia
Léo Perrin
André Schrottenloher
Verlag: Springer International Publishing
Buch: Advances in Cryptology – CRYPTO 2020
Print ISBN: 978-3-030-56876-4

Electronic ISBN: 978-3-030-56877-1

Copyright-Jahr: 2020
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-56877-1_13

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