Research Article

MILP/MIQCP-Based Fully Automatic Method of Searching for Differential-Linear Distinguishers for SIMON-Like Ciphers

Table 12

Thirty-one-round DL distinguisher for SIMON128 with theoretical correlation and experimental correlation , where the theoretical probability of the differential part, the theoretical correlation of the DL part, and the theoretical correlation of the linear part are , and , respectively.

Differential part (optimal differential trail)

00000000000000000000000000000000000000000100010001000000000000000
0000000000000000000000000000000000000010000000100000000000000000

100000000000000000000000000000000000000000100010001000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000001000000000000000000000

DL part

−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
1.0−1.0−1.0−1.01.0−1.0−1.0−1.0
1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.01.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0

11−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.0−1.0−1.0−1.0−0.0−1.01.0−0.0
−0.0−1.0−1.0−0.0−1.0−1.01.0−0.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
1.0−1.0−1.0−1.01.0−1.0−1.0−1.0
1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0

12−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.5−1.0−1.0−1.0−0.5−1.0−0.0−0.25
−0.5−1.0−0.0−0.251.0−0.0−0.0−0.25
1.0−0.0−0.5−1.0−1.0−0.0−0.5−1.0
1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.0−1.0−1.0−1.0−0.0−1.01.0−0.0
−0.0−1.0−1.0−0.0−1.0−1.01.0−0.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0

13−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.75−1.0−1.0−1.0−0.75−1.0−0.25−0.4688
−0.75−1.0−0.25−0.4688−0.0−0.0625−0.1563−0.4688
−0.0−0.06250.4688−0.0−0.0−0.0625−0.4688−0.0
−0.0−0.75−1.0−0.0−0.25−0.75−1.0−0.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.5−1.0−1.0−1.0−0.5−1.0−0.0−0.25
−0.5−1.0−0.0−0.251.0−0.0−0.0−0.25
1.0−0.0−0.5−1.0−1.0−0.0−0.5−1.0
1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0

14−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.875−1.0−1.0−1.0−0.875−1.0−0.4688−0.6426
−0.875−1.0−0.4688−0.6426−0.125−0.1556−0.3184−0.6426
−0.0625−0.1556−0.0−0.0156−0.0208−0.1440−0.0−0.0039
0.0623−0.0−0.0−0.00390.1556−0.0−0.0−0.0469
0.875−0.0,−0.0625−0.4688−0.875−0.0−0.25−1.0
1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0,−1.0−1.0−1.0
−0.75−1.0−1.0−1.0−0.75−1.0−0.25−0.4688
−0.75−1.0−0.25−0.4688−0.0−0.0625−0.1563−0.4688
−0.0−0.06250.4688−0.0−0.0−0.0625−0.4688−0.0
−0.0−0.75−1.0−0.0−0.25−0.75−1.0−0.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0

15−0.9375−1.0−1.0−1.0−0.9375−1.0−0.6426−0.77
−0.9375−1.0−0.6426−0.77−0.2637−0.2727−0.4737−0.77
−0.1868−0.2727−0.0513−0.0445−0.0704−0.2423−0.0064−0.0195
−0.0−0.0039−0.0013−0.0173−0.0−0.000060.0024−0.0
−0.0−0.00006−0.0195−0.0−0.0−0.00070.1342−0.0
−0.0−0.1868−0.6426−0.0−0.03125−0.46881.0−0.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.875−1.0−1.0−1.0−0.875−1.0−0.4688−0.6426
−0.875−1.0−0.4688−0.6426−0.125−0.1556−0.3184−0.6426
−0.0625−0.1556−0.0−0.0156−0.0208−0.1440−0.0−0.0039
0.0623−0.0−0.0−0.00390.1556−0.0−0.0−0.0469
0.875−0.0−0.0625−0.46875−0.875−0.0−0.25−1.0
1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0

16−0.9688−1.0−0.77−0.8573−0.4060−0.4024−0.6114−0.8573
−0.3336−0.4024−0.1227−0.09−0.1412−0.3524−0.0390−0.0530
−0.0143−0.0117−0.0086−0.0424−0.0002−0.0008−0.0−0.0006
−0.00002−0.0007−0.00.00001−0.0−0.0
0.0003−0.0−0.0−0.0054−0.0−0.0−0.0022
0.3336−0.0−0.00098−0.11330.6426−0.0−0.125−1.0
1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.9688−1.0−1.0−1.0−0.9688−1.0−0.77−0.8573
−0.9375−1.0−1.0−1.0−0.9375−1.0−0.6426−0.77
−0.9375−1.0−0.6426−0.77−0.2637−0.2727−0.4737−0.77
−0.1868−0.2727−0.0513−0.0445−0.0704−0.2423−0.0064−0.0195
−0.0−0.0039−0.0013−0.017−0.0−0.000060.0024−0.0
−0.0−0.00006−0.0195−0.0−0.0−0.00070.1342−0.0
−0.0−0.1868−0.6426−0.0−0.0313−0.46881.0−0.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0

17−0.4813−0.5320−0.2116−0.1542−0.2293−0.4671−0.1034−0.1088
−0.0409−0.0255−0.0249−0.0807−0.0035−0.0038−0.0018−0.0023
−0.0004−0.0029−0.0−0.00003
−0.0−0.0−0.0−0.0
−0.0−0.00002−0.0−0.0−0.0126−0.0
−0.0−0.01060.2298−0.0−0.0020−0.2637−1.0−0.0
−0.9844−1.0−1.0−1.0−0.9844−1.0−0.8573−0.9142
−0.9844−1.0−0.8573−0.9142−0.5413−0.5320−0.7248−0.9142
−0.9688−1.0−0.77−0.8573−0.4060−0.4024−0.6114−0.8573
−0.3336−0.4024−0.1227−0.09−0.1412−0.3524−0.0390−0.0530
−0.0143−0.0117−0.0086−0.0424−0.00025−0.0008−0.0−0.0006
−0.00002−0.0007−0.00.00001−0.0−0.0
0.0003−0.0−0.0−0.0054−0.0−0.0−0.0022
0.3336−0.0−0.0010−0.11330.6426−0.0−0.125−1.0
1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0−1.0
−0.9688−1.0−1.0−1.0−0.9688−1.0−0.77−0.8573

18−0.0817−0.0479−0.0522−0.1330−0.0155−0.0121−0.0069−0.0057
−0.0021−0.0083−0.0001−0.00008−0.00006−0.0002−0.00003
−0.0−0.0
−0.0−0.0−0.0−0.0
−0.0−0.0−0.00001−0.0−0.0
−0.0384−0.0−0.01500.4028−0.0−0.0571−0.9496
0.9922−1.0−0.9142−0.9496−0.6607−0.6503−0.8125−0.9496
−0.6151−0.6503−0.3138−0.2366−0.3306−0.5783−0.1957−0.1873
−0.4813−0.5320−0.2116−0.1542−0.2293−0.4671−0.1034−0.1088
−0.0409−0.0255−0.0249−0.0807−0.0035−0.0038−0.0018−0.0023
−0.0004−0.0029−0.0−0.00003
−0.0−0.0−0.0−0.0
−0.0−0.00002−0.0−0.0−0.0126−0.0
−0.0−0.01060.2298−0.0−0.0020−0.2637−1.0−0.0
−0.9844−1.0−1.0−1.0−0.9844−1.0−0.8573−0.9142
−0.9844−1.0−0.8573−0.9142−0.5413−0.5320−0.7248−0.9142

19−0.0066−0.0188−0.0009−0.0005−0.0004−0.0007−0.00005−0.0002
−0.0−0.0−0.0
−0.0−0.0−0.0−0.0
−0.0−0.0−0.0−0.0001−0.0
−0.0−0.00007−0.0450−0.0−0.00004−0.10920.8765−0.0
−0.7267−0.7499−0.4231−0.3339−0.4391−0.6791−0.3073−0.2850
−0.1379−0.0814−0.0922−0.1992−0.0424−0.0301−0.0177−0.0119
−0.0817−0.0479−0.0522−0.1330−0.0155−0.0121−0.0069−0.0057
−0.0021−0.0083−0.0001−0.00008−0.00006−0.0002−0.00003
−0.0
−0.0−0.0−0.0−0.0
−0.0−0.0−0.00001−0.0−0.0
−0.0384−0.0−0.01500.4028−0.0−0.0571−0.9496
0.9922−1.0−0.9142−0.9496−0.6607−0.6503−0.8125−0.9496
−0.6151−0.6503−0.3138−0.2366−0.3306−0.5783−0.1957−0.1873

Linear part

0000000000000000000000000000000000000000000000000000010000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000010001000000000000

200000000000000000000000000000000000000000000000010001000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000

210000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000010000000000000000

220000000000000000000000000000000000000000000000010000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

230000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000010000000000000000

240000000000000000000000000000000000000000000000010000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000

250000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000010001000000000000

260000000000000000000000000000000000000000000000010001000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000010000000000

270000000000000000000000000000000000000000000000000000010000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000010001000100000000

280000000000000000000000000000000000000000000000010001000100000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000100000001000000

290000000000000000000000000000000000000000000000000100000001000000
0000000000000000000000000000000000000000000000010000000100010000

300000000000000000000000000000000000000000000000010000000100010000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100

310000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
0000010000000000000000000000000000000000000000010000000100010001

Note: The experimental correlation of the first 10 rounds is under sample sizes and 100 random keys, and the experimental correlation of the 9 rounds at the DL part is under sample sizes and 100 random keys. According to piling-up lemma, the experimental correlation is .