#gröbner-basis

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👥 作者: Oleksandr Kuznetsov

该论文报告了在8维二元向量空间中搜索二次几乎完美非线性(APN)函数的结果。APN函数是密码学中S-box的理想组件,能提供最优的差分均匀性,抵抗差分密码分析。搜索空间是一个40维的线性子空间,由所有与某个阶为5的线性自同构(Beierle, Brinkmann, Leander 2021分类中的第22类)交换的函数组成,该子空间此前被认为不含任何APN函数。作者采用了两阶段方法:首先通过显式行简化阶梯形参数化进行随机采样(每核每小时约600个APN阳性评估),然后利用Magma中的Gröbner基计算在每个中心点所在的24维超平面中枚举所有APN函数(每个超平面约10分钟)。通过对428个超平面(占总65536个超平面的0.65%)的计算,得到了566个二次APN函数,这些函数在正交导数不变量下划分为6个CCZ等价类。其中四个类(共500个函数)未能匹配2025年包含3,775,599个二次APN函数的数据库,也未见于此前的12,921个实例汇编中,因此被确认为全新发现。另外两个类(66个函数)与已知的Gold函数x^3和x^9 CCZ等价,验证了搜索流程的正确性。成员分析表明,三个新类(B、C、D)完全位于原始搜索子空间之外,且仅出现在以Gold函数为中心的超平面切片中,这突显了Gröbner基阶段的必要性。作为对照,在532个以数据库函数为中心的实验和20个以随机函数为中心的实验中,均未发现任何APN邻居,说明该“门控”现象依赖于搜索空间的自等价结构。由于正交导数不变量是二次APN函数的完全CCZ不变量,缺失匹配签名提供了CCZ不等价的严格证明。

💡 推荐理由: 发现了四种新的二次APN函数类,扩充了密码学中S-box设计的数学基础。这些新函数可能用于设计更安全的密码组件,或为现有密码算法的安全性评估提供新参考。安全分析师应关注其对差分分析和S-box设计的影响。

🎯 建议动作: 研究跟进:将新发现的APN函数纳入内部密码学评估工具,验证其对现有算法的潜在影响。

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