Бевз Олександр Миколайович. Методи шифрування на основі високонелінійних бульових функцій та кодів з максимальною відстанню

Краткое описание

Бевз Олександр Миколайович. Методи шифрування на основі високонелінійних бульових функцій та кодів з максимальною відстанню : Дис... канд. наук: 05.13.05 2008

Бевз Олександр Миколайович. Методи шифрування на основі високонелінійних бульових функцій та кодів з максимальною відстанню. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 комп`ютерні системи та компоненти. Вінницький національний технічний університет, Вінниця - 2008.
Дисертація присвячена розробці методів шифрування для захисту інформації в комп`ютерних системах та мережах.
На основі проведеного аналізу існуючих методів шифрування розроблені методи шифрування з використанням високонелінійних бульових функцій та кодів з максимальною відстанню, а також алгоритми та програмні засоби, що відрізняються від існуючих більшою криптографічною стійкістю і швидкістю шифрування.
Проведені експериментальні дослідження підтвердили достовірність отриманих теоретичних результатів.

Основні результати досліджень є такими:
1. Проведено аналіз сучасних методів і засобів формування блочних шифрів. Показано, що на сучасному етапі розвитку захисту інформації найбільшого поширення набули ітеративні методи, що використовують в раунді шифрування комбінацію лінійного та нелінійного перетворення. Продемонстровано, що ефективність шифрування залежить від криптографічної стійкості перетворення та швидкості реалізації в комп`ютерних системах, тому дослідження проводилися в напрямку визначення факторів, які впливають на криптографічну стійкість лінійного та нелінійного перетворення блочних шифрів.
2. Розроблено метод формування лінійного перетворення на основі гніздової SPN-мережі з типом лінійного перетворення низького рівня КМВ-кодом типу (2, 1, 2) та лінійного перетворення високого рівня КМВ-кодом типу (32, 16, 17), який на відміну від існуючих має більшу кількість активних S-боксів та менший час реалізації в комп`ютерних системах, що дозволить підвищити ефективність шифрування.
3. Вперше отримано аналітичний вираз для визначення коефіцієнта ефективності шифрування в комп`ютерних системах, що дає змогу визначати кількісне значення коефіцієнта ефективності шифрування для SPN-мереж різного типу.
Визначено типи лінійних перетворень, які мають найбільші коефіцієнти ефективності шифрування.
4. Розроблено метод формування восьмикоординатної булевої функцію з високими криптографічними показниками, яка на відміну від існуючих одночасно збалансована і максимально нелінійна.
Нелінійність функції дорівнює 112, критерій розповсюдження дорівнює 7, що дає змогу знизити результативність криптоаналізу
5. Розроблено метод формування нелінійного перетворення (S-бокс) на основі восьмикоординатної високонелінійної булевої функцію, яка на відміну від існуючих має високі криптографічні властивості: стійкість запропонованого S-боксу вище за стійкість стандарту шифрування AES відносно лінійного криптаналізу в 1,15 рази, відносно диференційного в 1,12 рази.
6. Розроблено ефективний метод реалізації нелінійного перетворення (S-боксу) в комп`ютерних системах, який на відміну від існуючих використовує операції циклічного зсуву над байтами та логічного додавання, що дає змогу підвищити швидкість перетворення по зрівнянню з прямим обчисленням значення булевої функції.
7. На основі восьмикоординатної високонелінійної булевої функції розроблено модель фільтр-генератора для реалізації поточного шифрування, яка на відміну від існуючих має рівномірнорозподілені вихідні значення і числове значення ймовірності 0,003, що дає змогу знизити результативність кореляційного криптаналізу.
8. На основі запропонованих методів шифрування розроблено програмні засоби, які виконують шифрування блоку даних розміру 128 біт і реалізують для формування одного раунду наступні функції: створюють лінійне перетворення низького порядку, нелінійне перетворення на основі S-боксу, лінійне перетворення високого порядку.
9. Розроблено програмні засоби для тестування різних методів шифрування, які дають можливість визначити швидкість шифрування та необхідну кількість тактів процесору комп`ютерної системи для програмної реалізації запропонованих методів і порівняти їх з існуючими.
10. Визначено обчислювальні характеристики найпоширеніших алгоритмів шифрування та порівняно їх з характеристиками розробленої системи. Так продемонстровано, що програмна реалізація розроблених методів в комп`ютерних системах та мережах шифрування вимагає розмір пам`яті в 1,05 - 1,17 разів менше, а швидкодія в 1,05-1,44 разів вища, ніж у найпоширеніших алгоритмів шифрування.
11. Результати проведених досліджень впроваджено в AKБ „Аваль”, ІВП „ІННОВІНН” при проектуванні засобів та пристроїв передавання інформації, а також у навчальний процес у Вінницькому національному технічному університеті на кафедрі автоматики та інформаційно-вимірювальної техніки.