A5/1 状态转移图的结构分析
分布式、并行与集群计算
2012-10-25 v1 密码学与安全
数据结构与算法
摘要
我们描述了用于分析 GSM 手机中使用的 A5/1 流密码状态转移函数所诱导图的循环结构的高效算法，并报告了实现结果。该分析利用高性能计算（HPC）集群、通用图形处理器（GPGPU）和外存计算分五个步骤进行。第一步通过聚焦特殊节点，第二步通过移除可被有限代价检测到的叶节点，实现了对这个拥有 个节点的巨大状态转移图的大幅缩减。此步骤不会破坏图的整体结构，并保留每个循环上的至少一个节点。在第三步中，缩减后图的节点通过加权边连接。由于节点数量仍然巨大，我们提出了一种高效的位切片（bitslice）方法，该方法基于 NVIDIA 的 CUDA 框架实现，并在多个 GPU 上并发执行。第四步采用基于 STXXL 库及其并行流水线特性的外存算法，进一步缩减图。结果是一个仅包含循环的图，可在内存中进一步分析以统计循环的数量和大小。这种完整的分析此前需要数月时间，现在仅需几天即可完成，从而首次能够呈现完整图的结构结果。A5/1 图的结构与随机映射的理论结果存在显著偏差。
引用
@article{arxiv.1210.6411,
title = {A structural analysis of the A5/1 state transition graph},
author = {Andreas Beckmann and Jaroslaw Fedorowicz and Jörg Keller and Ulrich Meyer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1210.6411},
year = {2012}
}
备注
In Proceedings GRAPHITE 2012, arXiv:1210.6118