Фейстель желісіндегі шифрлауды дифференциалды талдау

Серікбаев Асылбек Қайратұлы, «Криптология» мамандығының 1-ші курс студенті, ҚазҰУ

Аннотация

Бұл мақалада Фейстель желісі негізінде құрылған блоктық шифрлау алгоритмдеріне дифференциалды криптоанализ әдісі қолдану арқылы олардың осал тұстары қарастырылады. DES, Blowfish, TEA, CAST-128 алгоритмдеріне тәжірибелік зерттеу жүргізіліп, ∆X енгізу айырмашылығының ∆Y шығыс айырмашылығына ықпал ету ықтималдығы есептелді. Алынған нәтижелер шифрлардың криптотұрақтылығын салыстыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, жоғары мектеп педагогикасы тұрғысынан зерттеу нәтижелерін оқу процесіне кіріктіру жолдары ұсынылды. Жұмыс болашақ ақпараттық қауіпсіздік мамандарын даярлауда әдістемелік және тәжірибелік құндылыққа ие.

Abstract

This paper presents a differential cryptanalysis of block cipher algorithms based on the Feistel network. Algorithms such as DES, Blowfish, TEA, and CAST-128 were experimentally analyzed by evaluating the probability of specific output differences ∆Y resulting from given input differences ∆X. The results provide insights into the cryptographic strength of each cipher. Furthermore, the study integrates higher education pedagogy by proposing ways to apply the research findings in teaching practices. The work holds methodological and practical value in training future specialists in information security.

Фейстель желісі негізіндегі блоктық шифрлау алгоритмдерінің дифференциалды криптоанализі

Кіріспе

Цифрлық ақпаратты қорғау заманауи технологиялардың ажырамас бөлігіне айналды. Ақпараттық қауіпсіздік саласында блоктық шифрлау алгоритмдері маңызды рөл атқарады. Олардың ішіндегі кең таралған құрылым – Фейстель желісі, ол DES, Blowfish, TEA сынды көптеген алгоритмдердің негізі болды.

Сонымен қатар, шифрлау алгоритмдерінің беріктігін тексерудің негізгі әдістерінің бірі — дифференциалды криптоанализ, бұл әдіс алгоритмнің құрылымындағы ықтимал осалдықтарды анықтауға мүмкіндік береді.

Бұл мақалада Фейстель құрылымына негізделген шифрлау алгоритмдері дифференциалды криптоанализ тұрғысынан қарастырылады.

1. Фейстель желісінің теориялық негіздері

Фейстель құрылымы — симметриялық блоктық шифрларда қолданылатын классикалық архитектура. Оның идеясы — енгізуді екі бөлікке бөліп, бірнеше раунд арқылы раундтық функцияны тек бір бөлікке қолдану, ал екіншісіне XOR арқылы нәтижені беру.

Мұндай құрылымның артықшылықтары:- Қарапайым реверсивтілік;- Кілттер мен S-box конструкцияларын оңай түрлендіру;- Жоғары тиімділік.

Мысалы: DES (Data Encryption Standard) — 16 раундты Фейстель құрылымына негізделген; Blowfish — айнымалы ұзындықтағы кілттермен жұмыс істейтін күрделі S-box қолданады; TEA — өте жеңіл шифр, бірақ шабуылдарға осал; CAST-128 — криптоаналитикалық шабуылдарға қарсы арнайы жобаланған.

2. Дифференциалды криптоанализ негіздері

Дифференциалды криптоанализ — енгізудегі айырмашылықтың (∆X) шифрлау процесінен кейін шығуда қандай ықтимал айырмашылыққа (∆Y) әкелетінін зерттейтін әдіс. Ол алгоритмнің ішкі құрылымындағы статистикалық заңдылықтарды табуға негізделген.

Негізгі қағидалар:- ∆X айырмашылығы бар мәтін жұптары генерацияланады;- Әр жұп шифрланады, нәтижелер салыстырылады;- Белгілі бір ∆Y пайда болу жиілігі бақыланады;- Кілт туралы болжам жасалады.

Фейстель құрылымындағы раундтық функцияның сызықтылығы немесе S-box-тың әлсіздігі бұл шабуылды жеңілдетуі мүмкін.

3. Зерттелген алгоритмдер және тәжірибелік нәтижелер

Зерттеу барысында төмендегі алгоритмдерге дифференциалды криптоанализ қолданылды:- DES- CAST-128- TEA- Blowfish

Эксперимент:∆X = 0x80000000 енгізу айырмашылығы берілді. Әр шифр үшін бірнеше миллион ашық мәтін жұптары таңдалды. ∆Y-дің пайда болу жиілігі жазылды.

Алгоритм

Раунд саны

S-box құрылымы