Security evaluation of the symmetric-key block cipher KASUMI

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K21292
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 1001:Information science, computer engineering, and related fields
• Research Institution: Hokkaido University of Science
• Principal Investigator: Sugio Nobuyuki 北海道科学大学, 工学部, 准教授 (40907846)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 積分攻撃 / ＫＡＳＵＭＩ / 暗号解読 / 混合整数線形計画法

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to clarify the security against integral attack on KASUMI used in the mobile communication networks. We analyzed the propagation characteristics of S-boxes by the bit-based division property. We also developed a new method to search integral properties by the conventional bit-based division property using mixed integer linear programming (MILP). We have discovered that 4.5-round integral characteristics by using S7-box’s MILP model combined with the aforementioned method. We showed that 7-round KASUMI is attackable faster than the brute-force search method. Because the recommended number of rounds is 8, we found that KASUMI is secure against integral attack.

Free Research Field

情報科学、情報工学およびその関連分野

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

暗号の安全性が低下すると，通話や通信内容の盗聴や改竄の脅威が現実的となり，日本国民が移動体通信サービスを安全に利用することが困難になる．
本研究成果によって，7段縮小版のＫＡＳＵＭＩが秘密鍵の総当たり攻撃よりも効率的に解読可能であることを示した．ＫＡＳＵＭＩの標準仕様段数は８段である為，ＫＡＳＵＭＩは積分攻撃に対して安全性を有している事が明らかとなり，日本国民が移動体通信サービスを安心して使うことが可能である．また，移動体通信サービスは日本だけでなく，世界中で利用されている為，移動体通信サービスで使用される暗号アルゴリズムの安全性を評価した本研究成果は社会的に大変意義があるものである．