Search

Квалiфiкацiйна робота мiстить: 92 сторiнки, 10 рисункiв, 3 таблицi, 77 джерел. У роботi вперше проводиться квантовий криптоаналiз малоресурсного симетричного блокового шифру «Кипарис», за результатами якого на його трираундову схему шифрування побудована полiномiальна атака розрiзнення випадкового тексту вiд шифротексту, а також субекспоненцiйна атака вiдновлення ключiв на четвертому та п’ятому раундах. Окрiм цього, отриманi оцiнки складностi проведення атак для повної кiлькостi раундiв у квантовiй моделi обчислень. Також доведена стiйкiсть до ротацiйного криптоаналiзу версiї «Кипарис-256» та отримана ймовiрнiсть ротацiї для «Кипарис-512», яка майже не вiдрiзняється вiд ймовiрностi випадкової перестановки. У роботi доведена вразливiсть узагальненої схеми Фейстеля типу III у квантовiй моделi обчислень, де кiлькiсть раундiв збiгається з кiлькiстю частин, на якi розбивається вiдкритий текст на входi у схему шифрування. Метою роботи є дослiдження стiйкостi малоресурсного симетричного блокового шифру «Кипарис» до квантового та ротацiйного криптоаналiзiв. Об’єктом дослiдження є iнформацiйнi процеси в системах захисту iнформацiї. Предметом дослiдження є стiйкiсть до квантового та ротацiйного криптоаналiзiв малоресурсного симетричного блокового шифру «Кипарис». The thesis contains: 92 pages, 10 figures, 3 tables, 77 sources. In this thesis, for the first time, a quantum cryptanalysis of the lightweight symmetric block cipher «Cypress» is introduced. According to the results of which a polynomial attack of distinguishing a random text from a ciphertext was carried out againts its three-round encryption scheme, and a subexponential key-recovery attack againts its fourth and fifth rounds. Furthermore in this thesis were obtained estimates the complexity of attacks for the total number of rounds in the quantum adversary model. Proven resistance to rotational attacks for version «Cypress-256». The obtained probability of rotational cryptanalysis against «Cypress-512» is close to the probability of a random permutation. It is also proven that the type III Generalized Feistel Scheme is not immune against quantum computing attacks if the number of rounds coincides with the number of parts into which the plaintext is divided at the entrance to the encryption scheme. The purpose of the thesis is investigate the resistance of the lightweight symmetric block cipher «Cypress» to quantum and rotational cryptanalysis. The research object is information processes in information security systems. The research subject is resistance to quantum and rotational cryptanalysis of lightweight symmetric block cipher «Cypress».

The Cypress block cipher is a lightweight algorithm based on the Feistel network with ARX-transformation as a round function. The Cypress block cipher supports 256-bit and 512-bit block and key length. The paper presents results of researches on the performance of lightweight block ciphers Cypress-256 and Cypress-512 and it gives comparison of performance of other well-known block ciphers such as AES-256, SPECK-64/128, SPECK-128/128, SPARX-128/128, DSTU GOST 28147: 2009. Performance was evaluated on Windows, Linux and Android platforms by measuring the encryption speed in the Electronic Code Book mode, in Mbps. The Cypress block cipher has demonstrated high performance on all selected platforms. Cypress-256 showed the best result (almost 3.5 Gbps) on the Windows 10 platform with 32-bit architecture. Cypress-512 also showed the best result (almost 5 Gbps) on the Windows 10 platform with 64-bit architecture. On the Linux platform with a 64-bit architecture, Cypress-256 showed a very high speed result (more than 8 Gbps). Cypress-256 and Cypress-512 block ciphers were also the best (1.3 Gbps and 1 Gbps, respectively) on the Android platform. In terms of performance and simplicity of implementation on different software and hardware platforms, Cypress algorithm has several advantages. Two variants of cipher (Cypress-256 and Cypress-512) are oriented on 32-bit and 64-bit architectures, respectively; high speed and compact implementation of transformations regardless of the platform used (server, workstation or mobile device). Minimum amount of memory is required for high-speed implementation, there is no need in pre-computed tables; there is an ability to organize efficient secure high-speed communication channels between mobile systems and servers, including those using hardware accelerators., Блочный шифр «Кипарис» является малоресурсным алгоритмом, который представляет собой сеть Фейстеля с ARX-преобразованием в качестве цикловой функции. Блочный шифр «Кипарис» поддерживает длину блока и ключа 256 и 512 бит. В статье исследуется производительность малоресурсных блочных шифров «Кипарис-256» и «Кипарис-512» и сравнивается с производительностиью других известных блочних шифров, таких как AES-256, SPECK-64/128, SPECK-128/128, SPARX-128/128, ДСТУ ГОСТ 28147: 2009. Производительность оценивалась на платформах Windows, Linux и Android путем измерения скорости зашифрования в режиме простой замены, в Мбит/сек. Блочный шифр «Кипарис» продемонстрировал высокую производительность на всех исследуемых программно-аппаратних платформах. На платформе Windows 10 с 32-битовой архитектурой лучший результат показал шифр «Кипарис-256» (почти 3,5 Гбит/с). На платформе Windows 10 с 64-битовой архитектурой лучший результат показал шифр «Кипарис-512» (почти 5 Гбит/с). На платформе Linux с 64-битовой архитектурой блочный шифр «Кипарис-256» показал очень высокий результат по скорости (более 8 Гбит/с). На платформе Android лучшими также были блочные шифры «Кипарис-256» и «Кипарис-512» (1,3 и 1 Гбит/с соответственно). С точки зрения производительности и удобства реализации на различных программно-аппаратных платформах алгоритм «Кипарис» имеет ряд преимуществ: два варианта шифра («Кипарис-256» и «Кипарис-512») ориентированы на 32-битную и 64-битную архитектуры соответственно; высокое быстродействие и компактная реализация преобразований независимо от используемой платформы (сервер, рабочая станция или мобильное устройство); минимальный необходимый объем памяти для быстродействующей реализации, отсутствие таблиц предвычислений; возможность организации эффективных защищенных высокоскоростных каналов связи между мобильными системами и серверами, в том числе теми, которые используют аппаратные ускорители., Блоковий шифр «Кипарис» є малоресурсним алгоритмом, що представляє собою мережу Фейстеля з ARX-перетворенням у якості циклової функції. Блоковий шифр «Кипарис» підтримує довжину блока та ключа 256 та 512 біт. У статті досліджено продуктивність малоресурсних блокових шифрів «Кипарис-256» і «Кипарис-512» та порівняно з продуктивністю інших відомих блокових шифрів таких, як AES-256, SPECK-64/128, SPECK-128/128, SPARX-128/128, ДСТУ ГОСТ 28147: 2009. Продуктивність оцінювалась на платформах Windows, Linux та Android шляхом вимірювання швидкості зашифрування в режимі простої заміни, у Мбіт/с. Блоковий шифр «Кипарис» продемонстрував високу продуктивність на всіх досліджуваних програмно-апаратних платформах. На платформі Windows 10 з 32-бітовою архітектурою найкращий результат показав шифр «Кипарис-256» (майже 3,5 Гбіт/с). На платформі Windows 10 з 64-бітовою архітектурою найкращий результат показав шифр «Кипарис-512» (майже 5 Гбіт/с). На платформі Linux з 64-бітовою архітектурою блоковий шифр «Кипарис-256» показав надвисокий результат зі швидкодії (понад 8 Гбіт/с). На платформі Android найкращими також були блокові шифри «Кипарис-256» та «Кипарис-512» (1,3 Гбіт/с та 1 Гбіт/с відповідно). З точки зору продуктивності та зручності реалізації на різних програмно-апаратних платформах алгоритм «Кипарис» має ряд переваг: два варіанти шифру («Кипарис-256» та «Кипарис-512») орієнтовані на 32-бітову та 64-бітову архітектури відповідно; висока швидкодія та компактна реалізація перетворень незалежно від платформи, що використовується (сервер, робоча станція або мобільний пристрій); мінімальний необхідний об’єм пам’яті для швидкодіючої реалізації, відсутність таблиць передобчислень; можливість організації ефективних захищених високошвидкісних каналів зв’язку між мобільними системами та серверами, у тому числі тими, що використовують апаратні прискорювачі.

This paper presents an evaluation of the practical strength of the lightweight block cipher “Cypress” to the differential cryptanalysis, which is determined by the probability of the best found differential characteristic. The paper proposes a mathematical model for evaluating the block cipher “Cypress” to differential cryptanalysis and methods for searching for multi-round differential characteristics. The first method is based on the combination of highly probable one-round differential characteristics into multi-round ones, while the second method is based on the extension of one-round characteristics for several rounds. As a result of the application of the second search method to the block cipher Cypress-256, a 6-round differential characteristic was found. Since it was not found a differential characteristics for more than six rounds with a probability which is higher than the probability of a brute-force attack, the block cipher Cypress-256 is practically resistant to differential cryptanalysis., Представлена оценка практической стойкости малоресурсного блочного шифра «Кипарис» к дифференциальному криптоанализу, которая определяется вероятностью лучшей найденной дифференциальной характеристики. Предложена математическая модель оценки стойкости блочного шифра «Кипарис» к дифференциальному криптоанализу и методы поиска многоцикловых дифференциальных характеристик. В основе первого метода лежит комбинирование высоковероятностных одноциклових дифференциальных характеристик в многоцикловые, в основе второго - продолжение одноциклових характеристик на несколько циклов. В результате применения второго метода поиска к блочному шифру «Кипарис-256» найдена дифференциальная характеристика для шести циклов шифрования. Поскольку больше, чем для шести циклов шифрования дифференциальных характеристик с вероятностью выше вероятности атаки полного перебора, не найдено, блочный шифр «Кипарис-256» является практически стойким к дифференциальному криптоанализу., Представлено оцінку практичної стійкості малоресурсного блокового шифру «Кипарис» до диференційного криптоаналізу, що визначається ймовірністю кращої знайденої диференційної характеристики. Запропоновано математичну модель оцінки стійкості блокового шифру «Кипарис» до диференційного криптоаналізу та методи пошуку багатоциклових диференційних характеристик. В основі першого методу лежить комбінування високоймовірнісних одноциклових диференційних характеристик у багатоциклові, в основі другого – продовження одноциклових характеристик на декілька циклів. В результаті застосування другого методу пошуку до блокового шифру «Кипарис-256» знайдено диференційну характеристику для шести циклів шифрування. Оскільки більше, ніж для шести циклів шифрування не знайдено диференційних характеристик з ймовірністю вищою за ймовірність атаки повного перебирання, блоковий шифр «Кипарис-256» є практично стійким до диференційного криптоаналізу.