差分密码分析通常是选择明文攻击,意思是攻击者可以自行选取一部分明文并取得相应密文。不过,一些扩展也能让此方法用在已知明文攻击,甚至是唯密文攻击上。差分分析的基本方法,是运用若干对有着常量差异的明文;差异可以用数种方法定义,最常见的是逻辑异或(XOR)。然后,攻击者计算相应密文的差异,尝试找出差异分布的统计特征。明文差异和密文差异所组成的差异对被称为差分,其统计性质由加密所使用的S盒决定。也就是说,对于S盒子S,攻击者分析差分(ΔX, ΔY),其中ΔY = S(X ⊕ ΔX) ⊕ S(X)(⊕表示异或)。在初等攻击中,攻击者希望某个密文差异出现的频率非常高,这样就能将加密和随机过程区分开来。更复杂的变体攻击能做到比穷举更快地破解出密钥。
最基本的差分密码分析密钥破解形式中,攻击者首先取得大量明文对的密文,并假设差分在至少r − 1轮后有效,r即加密算法的总轮数。攻击者在倒数第二轮与最后一轮之间差异固定的假设下,去推测可能的轮密钥。如果轮密钥比较短,那么只需举可能的轮密钥,直到最后一轮运算结果和差异的密文对一致即可。当一个轮密钥看起来明显比其他密钥常出现时,其会被假设是正确的轮密钥。
针对特定的加密算法,输入差异要经过精心挑选才能使攻击成功。这需要研究算法的内部过程;标准的方法是在加密的不同阶段,跟踪一个高频差异经过的路径,术语上将这点称为差分特征。
自从差分密码分析进入公众视野,其就成了加密设计者的基本考量。新的加密设计通常需要举证其算法可以抗此类攻击。包括AES在内的许多算法都被证明在差分分析攻击下是安全的。