摘要：要解决ARX密码算法差分特征的自动化搜索问题，关键是要解决搜索过程中模加差分的快速计算。首先，提出了相关差分分布表的概念，通过查找相关差分分布表，可以有效地计算模加的差分以及差分概率；其次，利用相关差分分布表，将Matsui算法扩展到ARX密码，提出了自动化搜索ARX密码差分特征的算法；最后，利用提出的搜索算法，搜索SPECK算法的差分特征，得到了SPECK32、SPECK48和SPECK64的最优差分特征。
关键词:分组密码；ARX；差分特征；自动化搜索；SPECK
许多分组密码算法采用ARX结构——模加（addition）、循环移位（rotation）、异或（XOR），这些密码算法称为ARX密码算法。这种设计的优点在于算法设计简单、执行效率高，并且非常适于软硬件实现。到目前为止，已经提出了许多ARX密码算法，比较著名的算法有分组密码FEAL、TEA\XTEA、RC5、HIGHT和SPECK；序列密码Salsa20；散列函数MD4\MD5、SHA-1以及SHA-3中的Skein和Blake等。
差分分析是分组密码中最有效的分析方法，对于现代分组密码的设计，抵抗差分分析是一个基本的设计准则。对于基于S盒的分组密码，目前，已经存在多种自动化搜索差分特征的算法，利用这些算法可以评估分组密码抵抗差分分析的安全性。由于基于S盒的分组密码通常使用8 bit或者4 bit的S盒，可以很容易构造S盒的差分分布表。而对于ARX密码算法，由于模加是其唯一的非线性部件，