2025, випуск 1, c. 64-73
Одержано 25.10.2024; Виправлено 12.01.2025; Прийнято 25.03.2025
Надруковано 28.03.2025; Вперше Online 30.03.2025
https://doi.org/10.34229/2707-451X.25.1.6
Попередня | ПОВНИЙ ТЕКСТ | Наступна
Симетричний блочний алгоритм WBC1 та аналіз складності його реалізації
І.А. Баранов 
Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України, Київ
Листування: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Вступ. Комп'ютерні мережі на сьогодні набувають все більшого значення для обміну інформацією. Криптографія відіграє життєво важливу роль у безпеці обчислень, зв'язку в мобільних телефонах, паролів у обчислювальній техніці та навіть інженерії, на відміну від давніх часів, коли криптографія полягала лише в шифруванні та розшифровці повідомлень за допомогою ключів. Одним з найважливіших вимог цих мереж є забезпечення безпечної передачі інформації з одного місця в інше. Криптографія є одним з методів, що забезпечують найбільш безпечний спосіб передачі конфіденційної інформації від відправника до передбачуваного отримувача.
В роботі описується симетричний блочний криптографічний алгоритм WBC1. Детально розглядається процес шифрування, аналіз складності алгоритму і швидкості виконання. Показана реалізація алгоритму.
Мета роботи – описати новий симетричний блочний криптографічний алгоритм WBC1, дослідити його складніть та швидкість виконання.
Результати. Побудовано блочний симетричний криптографічний алгоритм WBC1, досліджено аналіз складності та швидкість його виконання. На прикладах показано апробацію нового алгоритму.
Висновки. Алгоритм WBC1 представляє собою криптографічно стійкий метод шифрування, який забезпечує високий рівень безпеки за рахунок використання складних перестановок і циклічних зсувів. Для великих обсягів даних слід використовувати методи та алгоритми паралельних та розподілених обчислень для комп’ютерів з паралельною архітектурою. можливості представленого алгоритму досить великі. А можливість збільшення потужності алгоритму робить його гнучким для використання у різних областях та сферах діяльності, пов'язаних з обробкою інформації, що підлягає криптографічному захисту.
Ключові слова: симетричний блочний криптографічний алгоритм, криптографія, алгоритм.
Цитувати так: Баранов І.А. Симетричний блочний алгоритм WBC1 та аналіз складності його реалізації. Cybernetics and Computer Technologies. 2025. 1. С. 64–73. https://doi.org/10.34229/2707-451X.25.1.6
Список літератури
1. Liu W., Ying B., Yang H., Wang H. Accurate modeling for predicting cryptography overheads on wireless sensor nodes. 11th International Conference on Advanced Communications Technology (ICACT 2009). Vol. 2. P. 997–1001. IEEE, 2009.
2. Beutelspacher A. Cryptography. Washington, DC: Mathematical Association of America. 1994. 156 p.
3. Dong X., Qin L., Sun S., Wang X. Key Guessing Strategies for Linear Key-Schedule Algorithms in Rectangle Attacks. Advances in Cryptology – EUROCRYPT 2022. EUROCRYPT 2022. Lecture Notes in Computer Science. 2022. Vol. 13277. Springer, Cham. P. 3–13. https://doi.org/10.1007/978-3-031-07082-2_1
4. Advanced Encryption Standard. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. 2001. https://doi.org/10.6028/NIST.FIPS.197 (звернення: 25.10.2024)
5. Gueron S., Langley A., Lindell Ye. AES-GCM-SIV: Specification and Analysis. Cryptology ePrint Archive. 2017. 168 https://eprint.iacr.org/2017/168
6. Anderson R., Biham E., Knudsen L. Serpent: A Proposal for the Advanced Encryption Standard. In Fast Software Encryption '98, Springer-Verlag. 1998. P. 222–238.
7. Lai X., Massey J.L. A Proposal for a New Block Encryption Standard. In: Damgård, I.B. (eds) Advances in Cryptology — EUROCRYPT ’90. EUROCRYPT 1990. Lecture Notes in Computer Science. Springer, Berlin, Heidelberg. 1991. Vol. 473. P. 389–404. https://doi.org/10.1007/3-540-46877-3_35
8. Daemen J., Rijmen V. The Design of Rijndael: AES – Advanced Encryption Standard, Springer-Verlag, 2002. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04722-4
9. Diffie W., Hellman M. New directions in cryptography. IEEE Transactions on Information Theory. 1976. Vol. 22, No. 6. P. 644–654. https://doi.org/10.1109/TIT.1976.1055638
10. Rivest R.L., Shamir A., Adleman L. A method for obtaining digital signatures and public-key cryptosystems. Commun. ACM 21. 1978. 2. P. 120–126. https://doi.org/10.1145/359340.359342
11. Baptista M.S. Cryptography with chaos. Physics Letters A. 1998. 240 (1-2). P. 50–54. https://doi.org/10.1016/S0375-9601(98)00086-3
12. Wong W., Lee L., Wong K. A modified chaotic cryptographic method. Computer Physics Communications. 2001. Vol. 138, Iss. 3. P. 234–236 https://doi.org/10.1016/S0010-4655(01)00220-X
13. Xiang T., Liao X., Tang G., Chen Yo., Wong K. A novel block cryptosystem based on iterating a chaotic map. Physics Letters A. 2006. Vol. 349, Iss. 1–4. P. 109–115. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2005.02.083
14. Kudin A., Zadiraka V., Shvidchenko I., Bredelev B. Cryptographic and steganografic protocols for cloud systems. Computer technologies in information security. Ternopil: “Kart-blansh”, 2015. Р. 9–41.
15. Zadiraka V. Improving of performance of two-key cryptography systems. Methods of effective protection of information flows. Ternopil: Terno-graf, 2014. P. 67–95.
16. Zadiraka V., Shevchuk B. Methods and means of information computer networks security support. Methods of effective protection of information flows. Ternopil: Terno-graf, 2014. P. 186–228.
17. Шевчук Б.М., Задірака В.К., Луц Л.В., Луц В.К. Ефективні за швидкодією і точністю кодування методи оперативної обробки, кодування та передачі інформації для побудови бортових засобів мобільних роботів і рухомих систем. Искусственный интеллект. 2014. 3. С. 138–147.
18. Задірака В.К. Сучасні методи розв’язання задач інформаційної безпеки. Вісник НАН України. 2014. 5. С. 65–69.
19. Zadiraka V., Kudin A., Shvidchenko I., Bredelev B. Cryptographic and steganographic protocols for cloud systems. Computer technologies in information security. Ternopil: “Kart-blansh”, 2015. Р. 9–41.
20. Zadiraka V., Yakymenko I., Kasianchuk M., Ivasyev S. Theoretical and numerical Krestenson’s basis and its application to problems of cryptographic protection and factorization of multidigit numbers. Computer technologies in information security. Ternopil: “Kart-blansh”, 2015. Р. 216–260.
21. Zadiraka V., Smolarz A. Improving performance of two-key cryptography systems. Computer technologies for information security. Lublin: Politechnika Lubelska, 2011. Р. 90–119.
22. Кудин А.М. Блокчейн и крипто валюті на основании «доказательства точності. Математичне та компютерне моделювання. Технічні науки. 2017. 15. С. 104–108. http://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/112002
23. Задирака В.К., Кудин А.М. Облачные вычисления в криптографии и стеганографии. Кибернетика и системный анализ. 2013. 4. С. 113–119.
24. Кудин А.М. Криптографические преобразования нешенноновских источников информации. Кибернетика и системный анализ. 2010. 5. С. 143–149
25. Vishnu M.B., Tiong S.K., Zaini M., Koh S.P. Security enhancement of digital motion image transmission using hybrid AES-DES algorithm. Communications, APCC 2008. 14th Asian–Pacific Conference. 2008. P. 1–5.
26. Parikh C., Patel P. Performance Evaluation of AES Algorithm on Various Development Platforms. Consumer Electronics, ISCE 2007. IEEE International Symposium. 2007. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/ISCE.2007.4382134
27. Deshpande A., Deshpande M., Kayatanavar D.N. FPGA implementation of AES encryption and decryption. 2009 International Conference on Control, Automation, Communication and Energy Conservation. Perundurai, India. 2009. P. 1–6.
28. Yenuguvanilanka J., Elkeelany O. Performance evaluation of hardware models of Advanced Encryption Standard (AES) algorithm. IEEE SoutheastCon 2008. Huntsville, AL, USA. 2008. P. 222–225. https://doi.org/10.1109/ SECON.2008.4494289
29. Shao F., Chang Z., Zhang Y. AES Encryption Algorithm Based on the High Performance Computing of GPU. 2010 Second International Conference on Communication Software and Networks. Singapore. 2010. P. 588–590. https://doi.org/10.1109/ICCSN.2010.124
30. Liu W., Luo R., Yang H. Cryptography Overhead Evaluation and Analysis for Wireless Sensor Networks. 2009 WRI International Conference on Communications and Mobile Computing, Kunming, China. 2009. P. 496–501. https://doi.org/10.1109/CMC.2009.31
31. Lu C.-F., Kao Y.-S., Chiang H.-L., Yang Ch.-H. Fast implementation of AES cryptographic algorithms in smart cards. IEEE 37th Annual 2003 International Carnahan Conference onSecurity Technology. 2003. Proceedings. Taipei, Taiwan. 2003. P. 573–579, https://doi.org/10.1109/CCST.2003.1297622
32. Wadi S.M., Zainal N. High Definition Image Encryption Algorithm Based on AES Modification. Wireless Pers Commun. 2014. 79. P. 811–829. https://doi.org/10.1007/s11277-014-1888-7
33. Gaspar L., Drutarovsky M., Fischer V., Bochard N., Efficient AES S-boxes implementation for non-volatile FPGAs. 2009 International Conference on Field Programmable Logic and Applications. Prague, Czech Republic. 2009. P. 649–653. https://doi.org/10.1109/FPL.2009.5272356
34. Biham E., Shamir A. Differential Cryptanalysis of DES-like Cryptosystems. Advances in Cryptology-CRYPTO’ 90. CRYPTO 1990. Lecture Notes in Computer Science, Springer, Berlin, Heidelberg. 1991. Vol 537. P. 2–11. https://doi.org/10.1007/3-540-38424-3_1
35. Biham E., Shamir A. Differential Cryptanalysis of the Data Encryption Standard. Springer Verlag. 1993. 188 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-9314-6
36. Matsui M. Linear Cryptanalysis Method for DES Cipher. Advances in Cryptology – EUROCRYPT ’93. EUROCRYPT 1993. Lecture Notes in Computer Science. Springer, Berlin, Heidelberg. 1994. Vol. 765. P. 386–397. https://doi.org/10.1007/3-540-48285-7_33
37. Михалевич В.С., Сергиенко И.В., Шор Н.З. Исследование алгоритмов решения оптимизационных задач и их приложения. Кибернетика. 1981. 4. С. 89–113.
38. Schneier B. Applied Cryptography: Protocols, Algorithms, and Source Code in C. Wiley. 1996. 758 p.
39. Diffie W., Hellman M.E. New Directions in Cryptography. IEEE Transactions on Information Theory. 1976. 22 (6). P. 644–654. https://doi.org/10.1109/TIT.1976.1055608
40. Biham E. New Types of Cryptanalytic Attacks Using Related Keys. Advances in Cryptology – EUROCRYPT ’93. EUROCRYPT 1993. Lecture Notes in Computer Science. 1994. Vol. 765. Springer, Berlin, Heidelberg. P. 398–409. https://doi.org/10.1007/3-540-48285-7_34
41. Matsui M. The First Experimental Cryptanalysis of the Data Encryption Standard. In Proceedings of the 14th Annual International Cryptology Conference on Advances in Cryptology (CRYPTO '94). 1994. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. P. 1–11.
42. Nyberg K. Linear Approximation of Block Ciphers. Advances in Cryptology – EUROCRYPT ’94. Ed. by Alfredo De Santis. Lecture Notes in Computer Science. Springer. 1995. 950. P. 439–444.
43. Kocher P.C. Timing Attacks on Implementations of Diffie-Hellman, RSA, DSS, and Other Systems. Advances in Cryptology — CRYPTO ’96. CRYPTO 1996. Lecture Notes in Computer Science, Springer, Berlin, Heidelberg. 1996. Vol. 1109. P. 104–113. https://doi.org/10.1007/3-540-68697-5_9
44. Kocher P., Jaffe J., Jun B. Differential Power Analysis. Advances in Cryptology — CRYPTO’ 99. CRYPTO 1999. Lecture Notes in Computer Science, Springer, Berlin, Heidelberg. 1999. Vol. 1666. P. 388–397. https://doi.org/10.1007/3-540-48405-1_25
45. Brumley D., Boneh D. Remote timing attacks are practical. Computer Networks 48. 2005. 5. P. 701–716.
46. Xie Y., Zheng Y., Lian J. A Novel Image Parallel Chaotic Encryption Algorithm Based on Block Operation. 2023 3rd International Conference on Electronic Information Engineering and Computer Science (EIECS), Changchun, China. 2023. P. 384–388. https://doi.org/10.1109/EIECS59936.2023.10435566
47. Lesia M., Shchur G. Parallelization of Cryptographic Algorithm Based on Different Parallel Computing Technologies. Symposium on Information Technologies & Applied Sciences. 2021.
ISSN 2707-451X (Online)
ISSN 2707-4501 (Print)
Попередня | ПОВНИЙ ТЕКСТ | Наступна