Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

«SAFER» և նմանօրինակ ծածկագրման համակարգերում կիրառվող արդյունավետ ալգորիթմների մշակում և իրականացում

Մանուկյան, Օֆելյա Ալբերտի (2011) «SAFER» և նմանօրինակ ծածկագրման համակարգերում կիրառվող արդյունավետ ալգորիթմների մշակում և իրականացում. PhD thesis, ՀՀ ԳԱԱ Ինֆորմատիկայօի և ավտոմատացման պրոբլեմների ինստիտուտ.

[img] PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (704Kb)

    Abstract

    7 131 էջ, օգտագործված գրականության ցանկն ընդգրկում է 63 անուն:ԱՇԽԱՏԱՆՔԻ ԲՈՎԱՆԴԱԿՈՒԹՅՈՒՆԸ Առաջաբանում հիմնավորվում է թեմայի արդիականությունը, հետազոտության նպատակն ու հիմնական խնդիրները, ձևակերպվում են ուսումնասիրման օբյեկտն ու հիմնադրույթները, հետազոտությունների գիտական նորույթն ու ստացված արդյունքների կիրառական նշանակությունը: Առաջին գլխում հակիրճ ձևակերպվում է ինֆորմացիայի պաշտպանության հիմնա-խնդիրը, տրվում է ծածկագրաբանության հասկացությունը և հիմնադրույթները, նկարագրվում է բլոկային ծածկագրման համակարգերի մոդելը: Մասնավորապես, նկարագրվում է SAFER բլոկային ծածկագրման համակարգերի ընտանիքը SAFER+ և SAFER++ համակարգերի օրինակով և այն դրույթները, որոնց վրա հիմնվելով կառուցվել են այդ համակարգերը: Աշխատանքում նկարագրված նոր բլոկային ծածկագրման համակարգերը կառուցվել են արդեն գոյություն ունեցող SAFER+ և SAFER++ բլոկային ծածկագրման համակարգերի հիման վրա, այսինքն դրանք հանդիսանում են SAFER ընտանիքի համակարգերի նոր տարբերակներ: SAFER+ և SAFER++ բլոկային ծածկագրման համակարգերը առաջարկվել են ՀՀ ԳԱԱ ԻԱՊԻ Տվյալների Կոդավորման բաժնի աշխատակիցներ՝ ՀՀ ԳԱԱ ակադեմիկոս, տեխ.գ.դ. Գուրգեն Խաչատրյանի և ֆ.մ.գ.թ Մելսիկ Կյուրեղյանի կողմից՝ SAFER ծածկագրման համակարգերի ընտանիքի հիմնադիր Ջեյմս Մեսսիի հետ համատեղ աշխատանքի շնորհիվ: SAFER+ համակարգը 1988թ.-ին ներկայացվել է AES (Advanced Encryption Standard) մրցույթին և անցել է նախընտրական փուլը 14 այլ ծածկագրման ալգորիթմների հետ միասին: Հետագայում համակարգի հիման վրա մշակվել են մի քանի հեղինակային իրավունքով պաշտպանված ալգորիթմներ, որոնք ընդունվել են օգտագործման Bluetooth ստանդարտի ինքնության ճանաչման (message authentication codes called E1) և բանալու գեներացման (key derivation called E21 and E22) սխեմաներում: Առավել նոր տարբերակը՝ SAFER++-ը հանդիսանում է SAFER+ համակարգի հետագա զարգացումը, ինչն էլ արտացոլվել է նրա անվանման մեջ: SAFER++-ը մասնակցել է NESSIE (New European Schemes for Signature Integrity and Encryption) ստանդարտների մրցույթին և եզրափակիչ փուլում ճանաչվել է 21-րդ դարի երեք լավագույն ազատ օգտագործման բլոկային ծածկագրման համակարգերից մեկը: SAFER+ և SAFER++ ծածկագրման ալգորիթմներում օգտագործվում է “Armenian Shuffle” 16 բայթ երկարությամբ կոորդինատային տեղափոխությունը, որը փոխարինում է SAFER ընտանիքի ծածկագրման նախորդ համակարգերում օգտագործվող “Hadamard Shuffle” տեղափոխությանը: “Armenian Shuffle” 16-բայթ երկարությամբ կոորդինատային տեղափոխությունը ապահովում է SAFER+ և SAFER++ ծածկագրման համակարգերում ավելի արագ ծածկագրման դիֆուզիա (համակարգերի դիֆուզիան կլինի ապահովված, երբ չնչին փոփոխությունները ռաունդի մուտքում 8 բերեն զգալի փոփոխությունների ռաունդի ելքում): Դա թույլ է տալիս նվազեցնել ռաունդների քանակն ու մեծացնել ծածակագրման արագությունը, միաժամանակ ապահովել նրանց բարձր կայունությունը դիֆերենցիալ վերլուծության նկատմամբ: SAFER+ և SAFER++ բլոկային ծածկագրման համակարգերից յուրաքանչյուրի համար որոշակիորեն ընտրված են “Armenian Shuffle” կոորդինատային տեղափոխություններ, այն է՝ [9, 12, 13, 16, 3, 2, 7, 6, 11, 10, 15, 14, 1, 8, 5, 4] SAFER+ համակարգի համար և [9, 6, 3, 16, 1, 14, 11, 8, 5, 2, 15, 12, 13, 10, 7, 4] SAFER++ համակարգի համար, ըստ որոնց առաջին ելքային բայթը երկու համակարգերի համար էլ հանդիսանում է իններորդ մուտքային բայթը, երկրորդ ելքային բայթը` տասներկուերորդ մուտքային բայթը SAFER+-ում և վեցերորդ մուտքային բայթը: Целью данной работы является построение новых блочных шифров семейства SAFER и доказательство их криптостойкости относительно дифференциального и линейного криптоанализа, а так же проведение ряда исследований по разработке эффективных и быстро-реализуемых итеративных методов построения неприводимых и нормальных полиномов над конечными полями, имеющие решающее значение в разных областях криптографии. Cемейство блочных шифров SAFER пополнилось новыми, не имеющими аналогов вариантами, которые по своей криптостойкости и быстродействию не уступают как криптосистемам SAFER+ и SAFER++, так и всем предшествующим представителям данного семейства. Наличие нескольких вариантов блочных шифров семейства SAFER позволяет пользователю произвольно выбирать одну из версий криптоалгоритма и применять ее для передачи кодированных сообщений между передающей и принимаюшей сторонами по их обоюдному согласию. Возможность такого выбора усиливает криптоустойчивость шифра, при этом сектерность шифра обеспечивается двумя составляющими: первое – наличие секретного ключа и второе - случайный выбор определенной версии криптоалгоритма. Вторым направлением исследований является задача построения неприводимых и нормальных полиномов над конечными полями. В данной работе предложены новые методы построения таких полиномов, один из которых представлен в программной реализации. Рассмотренные нами алгоритмы дают возможность получить неприводимые полиномы с малым весом. Обычно, решение задачи построения неприводимых полиномов не учитывается основными теоремами по той причине, что в большинстве случаев они обращены к самой проблеме неприводимости полиномов, а предоставление методов построения или нахождения таких полиномов остается за пределами их рассмотрения. В ходе работы над диссертацией были разработаны программные пакеты “DiffLinearAnalyser” и “IPG”. “DiffLinearAnalyser”, предназначенные для построения блочных криптоалгоритмов семейства SAFER. “IPG” предназначен для построения неприводимых полиномов. Эти пакеты могут применяться как программное средство для решения как практических, так и экспериментальных задач в разных областях криптографии. Программные средства, обеспечивающие оптимальную реализацию алгебраических операций над элементами конечных полей могут найти широкое применение при решении аналогичных задач, в которых скорость реализации операций, а также эффективное распределение и размещение ресурсов памяти играют определяющую роль. Программный пакет “DiffLinearAnalyser” внедрен в Институте Проблем Информатики и Автоматизации НАН РА, в вычислительной среде ARM Cluster, которая является высокоэффективной, быстродействующей инфраструктурой, поддерживающей параллельные вычисления. The aim of the thesis is to propose new versions of block ciphers of SAFER family and to prove their crypto-resistance against both differential and linear cryptanalysis. Further, research was focused on computationally easy and efficiently implementable iterative techniques to construct irreducible and normal polynomials over finite fields that still remain a subject of interest both from mathematical theory, as well as practical applications such as coding theory and cryptosystems using finite fields. The SAFER family of block ciphers has increased with several new versions of block ciphers that are as strongly secure against crypto-attacks as the more-recent members - SAFER+ and SAFER++, and offer substantial improvment in speed over the previous ciphers in SAFER family. Availability of a great variety of versions of SAFER family block ciphers allows the user to choose randomly one of these versions and employ it for exchanging encrypted messages between communicating parties by the mutual acceptance of all communicating sides. Due to these option the security level of the cryptosystem is considerable enhanced, since now it is based on two components: the private key and the secrecy of cryto-algorithm version. The second area of the research has been the problem of construction of irreducible and normal polynomials over finite fields in explicit form. Different algorithms and techniques of construction of such polynomials are proposed and a software realization of one of these methods is presented. The considered techniques of construction allow constructions of low weight irreducable polynomials (the weight of a polynomial is the number of nonzero coefficients of the polynomial). Usage of low weight irreducible polynomials allows faster implementation of basic operations over finite fields. Generally, the problem of constructing or finding irreducible and normal polynomials over finite fields remains almost open in basic theorems of cryptography, since they mainly address to the problem of irreducibility itself, while the issues of constructing or finding such polynomials fall out of the range of their consideration. The software packages: “DiffLinearAnalyser”, intended for construction of new block ciphers and “IPG”, provided for construction of irreducible polynomials, may currently serve as a complete, practical software tool for conducting an integrated, comprehensive research in many fields of cryptography. The software tools providing effective calculation of finite field operations can be widely used in similar applications, where the implementation power and allocation and distribution of memory resources is drastically important. “DiffLinearAnalyser” software package is installed in Arm Cluster computational environment at the Institute of Information and Automation problems of NAS RA. The main part of the research was carried out within the framework of ISTC A-823 and ISTC A-1453 projects.

    Item Type: Thesis (PhD)
    Additional Information: Разработка и реализация эффективных алгоритмов применимых в “SAFER” и подобных криптосистемах. Design and Implementation of effective algorithms applicable in SAFER type cryptosystems.
    Uncontrolled Keywords: Манукян Офелия Альбертовна, Manukyan Ofelya
    Subjects: Informatics and Computer Systems
    Divisions: UNSPECIFIED
    Depositing User: NLA Circ. Dpt.
    Date Deposited: 01 Oct 2016 11:37
    Last Modified: 01 Oct 2016 11:37
    URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3543

    Actions (login required)

    View Item