Теория и практика функциональной сети Лай–Месси, основанная на едином алгоритме

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире направлении криптографии занимает важное место в сфере обеспечения информационной безопасности. «Роль криптографии в защите информации возрастает в связи с расширением областей ее применения, затрагивающих интересы многих людей»3. С бурным развитием информационных технологий в мире возрастает необходимость в защите информации и для этой цели ведутся широкомасштабные исследования. В настоящее время криптографические алгоритмы стали неотъемлемой частью операционных систем и растет потребность в их широком внедрении в процессы передачи, хранения и обработки информации. В связи с этим одной из актуальных проблем считается разработка сетей, использующих один и тот же алгоритм при зашифровании и расшифровании, алгоритмов шифрования на их основе, а также разработка стойких S-блоков. В мире достигли определенных успехов в области разработки блочных алгоритмов шифрования, S-блоки, где одним из важнейшей задач становится разработка сетей, использующие один и тот же алгоритм при зашифровании и расшифровании, алгоритмов шифрования на основе сетей, а также стойких S-блоков. За годы независимости в нашей стране эффективному развитию в сфере криптографии и разработке стойких алгоритмов шифрования было уделено особое внимание. В частности, в стратегии действий Республики Узбекистан отдельное внимание уделено на совершенствование системы обеспечения информационной безопасности и защиты информации, своевременное и адекватное противодействие угрозам в информационной сфере. В этой сфере, проведены ряд исследований и достигнуто значительным успехам, в сфере разработки стойких алгоритмов шифрования, созданию программных и программно-аппаратных средств алгоритмов шифрования, функциональных сетей Фейстеля, методов оценки стойкости криптографических преобразований. В мировой практике особое значение приобретает создание сетей использующие один и тот же алгоритм при зашифровании и расшифровании, и состоящие из раундовой функции, алгоритмов шифрования на основе этих сетей и разработка стойких S-блоков для них. В этой сфере одним из важнейших задач считается проведение целевых научных исследований, в частности, особое внимание обращается на разработку сетей, в которых при зашифровании и расшифровании используют один и тот же алгоритм, и алгоритмов шифрования на их основе, оценке стойкости алгоритмов шифрования, а также созданию стойких S-блоков. Данное диссертационное исследование в определенной мере служит выполнению задач, обозначенных в Постановлении Президента Республики Узбекистан от 3 апреля 2007 года №ПП-614 «О мерах по организации криптографической защиты информации в Республике Узбекистан», Постановлении Кабинета Министров Республики Узбекистан от 21 ноября 2007 года №242 «Об утверждении Положения о лицензировании деятельности по проектированию, производству, реализации, ремонту и эксплуатации криптографических средств защиты информации», Указ Президента Республики Узбекистан от 7 февраля 2017 года №УП-4947 «О Стратегии Действий По Дальнейшему Развитию Республики Узбекистан», а также в других нормативно-правовых документах, связанных с указанной деятельностью. Целью исследования является разработка сети Лай-Месси, новых алгоритмов шифрования на основе этой сети и генерация стойких S-блоков. Научная новизна исследования заключается в следующем: созданы сети Лай-Месси в виде IDEAX-Y, RFWKIDEAX-Y с использованием структуры алгоритма шифрования IDEA и схемы Лай-Месси; созданы сети Лай-Месси в виде PESX-Y, RFWKPESX-Y с использованием структуры алгоритма шифрования PES и схемы Лай-Месси; разработаны алгоритмы шифрования в виде AES-IDEAX-Y, AES-RFWKIDEAX-Y, AES-PESX-Y, AES-RFWKPESX-Y в результате применения раундовой функции алгоритма шифрования AES в качестве раундовых функций сетей Лай-Месси; разработаны алгоритмы шифрования в виде GOST28147-89-IDEAX-Y, GOST28147-89-RFWKIDEAX-Y, GOST28147-89-PESX-Y, GOST28147-89-RFWKPESX-Y в результате применения раундовой функции алгоритмов шифрования ГОСТ 28147-89 в качестве раундовых функций сетей Лай-Месси; на основе конструкции Ниберга разработаны стойкие S-блоки размером 8x8, 4x4. Заключения В результате исследований, проведенных по докторской диссертации на тему «Теория и практика функциональной сети Лай-Месси, основанной на едином алгоритме», представлены следующие выводы: 1. Разработаны сети Лай-Месси в виде IDEAX-Y, RFWKIDEAX-Y, PESX-Y, RFWKPESX-Y (Х-число подблоков, Y-число раундовых функции), состоящие из раундовых функций. В сетях при зашифровании и дешифровании возможно использование один и тот же алгоритма. Доказано что при зашифровании и расшифровании используется один и тот де алгоритм. 2. В разработанных сетях число блоков равно 4, 8, 16, 32 и 2т, а длина подблоков 8, 16 и 32 битам. В качестве раундовых функций сетей в виде IDEAX-Y, RFWKIDEAX-Y, PESX-Y, RFWKPESX-Y берутся преобразования в который входные и выходные подблоки равно 1, 2, 4, 8, 16, 32 и т подблоки длиной 8, 16 и 32 бита, при длине подблоков 8, 16 и 32 бита в основе сети дает возможность создать алгоритмы шифрования длиной блоков 8Х, 16Х и 32Х бита. 3. Разработанные на основе конструкции Ниберга стойкие S-блоки размером 4x4, 8x8 служат созданию новых блоков алгоритмов шифрования. 4. В результате применения раундовой функции алгоритма шифрования AES в качестве раундовых функций сетей Лай-Месси разработаны алгоритмы шифрования AES-IDEAX-Y, AES-RFWKIDEAX-Y, AES-PESX-Y, AES-RFWKPESX-Y. Скорость и стойкость алгоритмов шифрования выше, чем у алгоритма шифрования AES. Количество раундов алгоритмов шифрования равно 10, 12 и 14, длина ключа меняется от 256 до 1024 битов. Позволяет выбрать длину ключа в зависимости от секретности информации и скорости шифрования. Применение алгоритмов приводит к повышению скорости на 16-38 % и повышении стойкости к линейному криптоанализу до 60%. 5. В результате применения раундовой функции алгоритма шифрования ГОСТ 28147-89 в качестве раундовых функции сетей Лай-Месси разработаны алгоритмы шифрования GOST28147-89-IDEAX-Y, GOST28147-89-RFWKIDEAX-Y, GOST28147-89-PESX-Y, GOST28147-89-RFWKPESX-Y. Количество раундов алгоритмов шифрования равно 8, 12 и 16, длина ключа меняется от 256 до 1024 битов. Позволяет выбрать длину ключа в зависимости от секретности информации и скорости шифрования. 6. Скорость всех 8-раундовых алгоритмов и 12-раундовых алгоритмов шифрования GOST28147-89-IDEA4-2, GOST28147-89-RFWKIDEA4-2, GOST28147-89-PES4-2, GOST28147-89-RFWKPES4-2, GOST28147-89-IDEA8-4, GOST28147-89-RF WKIDEA 8-4, GOST28147-89-PES8^l, GOST28147-89-RFWKPES8-4 выше, чем скорость алгоритма шифрования ГОСТ 28147-89. Стойкость алгоритмов шифрования выше, чем у алгоритма шифрования ГОСТ 28147-89. Применение алгоритмов служит повышению стойкости к линейному криптоанализу до 60%, а в некоторых случаях и повышении скорости.