ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНОЇ РІВНОМІРНОСТІ НА СТІЙКІСТЬ S-БЛОКІВ ДО РІЗНИХ ТИПІВ КРИПТОАНАЛІЗУ

Анотація

У статті досліджено вплив диференціальної рівномірності на стійкість до різних видів криптоаналізу та складність генерації 4-бітних S-блоків для використання в малоресурсних пристроях. Проведено порівняльний аналіз стійкості згенерованих блоків до диференціального, лінійного криптоаналізу та зламу грубою силою на прикладі запропонованого  експериментального шифру. Актуальність даної теми дослідження зумовлена швидким розповсюдженням малоресурних пристроїв, зокрема пристроїв Інтернету речей (IоТ),  та необхідності забезпечення їх  інформаційної безпеки.  Використання малих та ефективних криптографічних шифрів є критично важливим для таких пристроїв.

В рамках цього дослідження було згенеровано множину 4-бітних S-блоків з різними значеннями диференціальної рівномірності. Для оцінки криптографічної стійкості цих блоків, було розроблено спрощену схему блокового шифру на базі SPN (substitution permutation network). Проведено порівняльний аналіз стійкості згенерованих S-блоків до диференціального, лінійного криптоаналізу та зламу грубою силою шляхом застосування відповідних криптографічних методів для зламу експериментального шифру.

Проведено аналіз отриманих експериментальних даних, результати якого подано у вигляді зведених таблиць. Результати проведеного дослідження чітко демонструють залежність між значеннями дифереціальної рівномірності S-блоків та їх здатністю протистояти диференціальному криптоаналізу. В той самий час показано, що диференціальна рівномірність не впливає на метод зламу грубою силою. Порівняння результатів оцінки стійкості до диференціального та лінійного криптоаналізу наочно ілюструють важливість комплексного підходу до проектування S-блоків з врахуванням усіх криптографічних властивостей, оскільки оптимізація лише однієї криптографічної властивості не гарантує високих показників стійкості до всіх типів криптографічних атак.

Отримані експериментальні результати мають важливе практичне значення для розробки безпечних та ефективних криптографічних шифрів, що можуть бути застосовані в умовах обмежених ресурсів ІоТ-пристроїв, а також у системах, що передбачають динамічну генерацію легких S-блоків для підвищення криптографічної стійкості і унеможливлення проведення деяких криптографічних атак.