Статья

Название статьи ПСЕВДО-ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОДСТАНОВКИ: ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ СВОЙСТВ
Автор С.В. Поликарпов, А.А. Кожевников
Рубрика РАЗДЕЛ I. ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Месяц, год 08, 2015
Индекс УДК 004.853
DOI
Аннотация Применение в симметричных криптоалгоритмах псевдо-динамических подстановок PD-sbox позволяет совместить сильные стороны фиксированных подстановок (высокая скорость работы и эффективность использования вычислительных ресурсов) и динамических подстановок (нейтрализация статистических методов криптоанализа). Для оптимального применения псевдодинамических подстановок требуется детальное исследование и обоснование их криптографических свойств. Цель исследования – приблизительное определение линейных свойств полноразмерных псевдо-динамических подстановок на основе экстраполяции вычисленных линейных свойств малоразмерных псевдо-динамических подстановок, сформированных случайным образом. Исследованы линейные свойства малоразмерных псевдо-динамических подстановок, формируемых случайным образом. Для этого определены максимальные значения смещения вероятности аппроксимации подстановки линейными функциями max bias(α, β) по каждому заданному наборов параметров PD-sbox. С целью упрощения анализа полученных результатов определены усреднённые значения максимумов смещения avg (max bias(α, β)). Это позволило определить простую закономерность между параметрами PD-sbox и вероятностью получения максимальных значений смещения max bias(α, β) при случайном формировании PD-sbox. Выявленная закономерность позволила приблизительно экстраполировать линейные свойства малоразмерных псевдо-динамических подстановок на линейные свойства полноразмерных псевдодинамических подстановок. Проведённая оценка сложности линейного криптоанализа, выраженного в количестве необходимых пар «открытый текст – шифротекст», показала, что имеется потенциальная возможность по синтезу симметричных блочных криптоалгоритмов на основе псевдо-динамических подстановок PD-sbox с экстремально низкими значениями смещения bias(α, β), для которых можно обосновать нижний порог сложности линейного криптоанализа.

Скачать в PDF

Ключевые слова Линейный криптоанализ; динамические подстановки; псевдо-динамические подстановки PD-sbox
Библиографический список 1. Preneel B., Biryukov A. De C. Canniere et al. Final report of European project number IST-1999-12324, named New European Schemes for Signatures, Integrity, and Encryption. – Berlin Heidelberg NewYork London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest: Springer-Verlag, 2004.
2. Matsui Mitsuru. Linear Cryptoanalysis Method for DES Cipher // Advances in Cryptology – EUROCRYPT ’93, Workshop on the Theory and Application of of Cryptographic Techniques, Lofthus, Norway, May 23-27, 1993, Proceedings. – 1993. – P. 386-397. – URL: http://dx.doi.org/10.1007/3-540-48285-7_33.
3. Biham Eli, Shamir Adi. Differential Cryptanalysis of DES-like Cryptosystems // J. Cryptology. – 1991. – Vol. 4, No. 1. – P. 3-72. – URL: http://dx.doi.org/10.1007/BF00630563.
4. Долгов В.И., Кузнецов А.А., Исаев С.А. Дифференциальные свойства блочных симметричных шифров // Электронное моделирование. – 2011. – Т. 33, № 6. – С. 81-99.
5. Горбенко И.Д., Долгов В.И., Лисицкая И.В., Олейников Р.В. Новая идеология оценки стойкости блочных симметричных шифров к атакам дифференциального и линейного криптоанализа // Прикладная радиоэлектроника. – 2010. – Т. 9, № 3. – С. 312-320.
6. Kazymyrov O., Oliynykov R. Application of vectorial Boolean functions for substitutions generation used in symmetric cryptographic transformation // In Systems of information processing. – 2012. – Vol. 6, No. 104. – P. 97-102.
7. Логачев О.А., Сальников А.А., Ященко В.В. Булевы функции в теории кодирования и криптологии. – М.: Московский центр непрерывного математического образования, 2004. – 470 c.
8. ГОСТ 28147-89. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования. – М.: Изд-во стандартов ИПК, 1996. – 28 c. –
URL: http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=139177.
9. Standards Federal Information Processing. Advanced Encryption Standard (AES). – Publication 197, November 26, 2001.
10. Ivanov Georgi, Nikolov Nikolay, Nikova Svetla. Reversed Genetic Algorithms for Generation of Bijective S-boxes with Good Cryptographic Properties // IACR Cryptology ePrint Archive. – 2014. – Vol. 2014. – P. 801. – URL: http://eprint.iacr.org/2014/801.
11. Beelen Peter, Leander Gregor. A new construction of highly nonlinear S-boxes // Cryptography and Communications. – 2012. – Vol. 4, No. 1. – P. 65-77. – URL: http://dx.doi.org/10.1007/s12095-011-0052-4.
12. Kazymyrov Oleksandr, Kazymyrova Valentyna, Oliynykov Roman. A Method For Generation Of High-Nonlinear S-Boxes Based On Gradient Descent // IACR Cryptology ePrint Archive. – 2013. – Vol. 2013. – P. 578. – URL: http://eprint.iacr.org/2013/578.
13. Tokareva N.N. Generalizations of bent functions. A survey // Diskretn. Anal. Issled. Oper. – 2010. – Vol. 17, No. 1. – P. 34-64.
14. Ahmad Musheer, Khan Parvez Mahmood, Ansari Mohd. Zeeshan. A Simple and Efficient Key-Dependent S-Box Design Using Fisher-Yates Shuffle Technique // Recent Trends in Computer Networks and Distributed Systems Security – Second International Conference, SNDS 2014, Trivandrum, India, March 13-14, 2014, Proceedings. – 2014. – P. 540-550. – URL: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-54525-2_48.
15. Pradeep L.N., Bhattacharjya Aniruddha. Random Key and Key Dependent S-box Generation for AES Cipher to Overcome Known Attacks // Security in Computing and Communications – International Symposium, SSCC 2013, Mysore, India, August 22-24, 2013. Proceedings. – 2013. – P. 63-69. – URL: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-40576-1_7.
16. Hosseinkhani Razi, Haj H., Javadi Seyyed et al. Using Cipher Key to Generate Dynamic S-Box in AES Cipher System. – 2012.
17. Schneier Bruce. Description of a New Variable-Length Key, 64-bit Block Cipher (Blowfish) // Fast Software Encryption, Cambridge Security Workshop. – London, UK, UK: Springer-Verlag, 1994. – P. 191-204. – URL: http://dl.acm.org/citation.cfm?id=647930.740558.
18. Кузнецов А.А., Сергиенко Р.В., Науско А.А. Симметричный криптографический алгоритм ADE (Algorithm of Dynamic Encryption) // Прикладная радиоэлектроника. – 2007. – Т. 6, № 2. – С. 241-249.
19. Bogdanov A., Knudsen L.R., Leander G. et al. PRESENT: An Ultra-Lightweight Block Cipher // Proceedings of the 9th International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. – CHES ’07. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2007. – P. 450-466. – URL: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-74735-2_31.
20. Borghoff Julia, LarsR. Knudsen, Leander Gregor, Sшren S. Thomsen. Cryptanalysis of PRESENT-Like Ciphers with Secret S-Boxes // FSE / Ed. by Antoine Joux. – Vol. 6733 of Lecture Notes in Computer Science. – Springer, 2011. – P. 270-289.
21. Schneier B. Applied Cryptography: Protocols, Algorithms, and Source Code in C, Second Edition. – New York: John Wiley and Sons, 1996.
22. Nadhem J. AlFardan, Daniel J. Bernstein, Kenneth G. Paterson et al.On the Security of RC4 in TLS // Proceedings of the 22th USENIX Security Symposium, Washington, DC, USA, August 14-16, 2013. – 2013. – P. 305-320. – URL: https://www.usenix.org/conference/usenixsecurity13/technical-sessions/paper/alFardan.
23. Lv Jing, Zhang Bin, Lin Dongdai. Distinguishing Attacks on RC4 and A New Improvement of the Cipher // IACR Cryptology ePrint Archive. – 2013. – Vol. 2013. – P. 176. – URL: http://eprint.iacr.org/2013/176.
24. Security Advisory 2868725: Recommendation to disable RC4. Security Research and Defense Blog. – URL: http://blogs.technet.com/b/srd/archive/2013/11/12/security-advisory-2868725-recommendation-to-disable-rc4.aspx.
25. Поликарпов С.В., Румянцев К.Е., Кожевников А.А. Псевдо-динамические таблицы подстановки: основа современных симметричных криптоалгоритмов // Научное обозрение. – 2014. – № 12. – С. 162-166.
26. Поликарпов С.В., Румянцев К.Е., Кожевников А.А. Псевдо-динамические таблицы подстановки: исследование дифференциальных характеристик // Физико-математические методы и
информационные технологии в естествознании, технике и гуманитарных науках: сборник материалов международного научного e-симпозиума. Россия, г. Москва, 27-28 декабря 2014 г. – Киров: МЦНИП, 2015. – С. 77-89. – URL: http://dx.doi.org/10.13140/2.1.2609.8723.
27. Поликарпов С.В., Румянцев К.Е., Кожевников А.А. Исследование линейных характеристик псевдодинамических подстановок // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 5 (166). – С. 111-123.

Comments are closed.