Academic Journal
Substantiation of the parameters of the annealing simulation algorithm for searching non-linear substitutions of symmetric ciphers
| Τίτλος: | Substantiation of the parameters of the annealing simulation algorithm for searching non-linear substitutions of symmetric ciphers |
|---|---|
| Πηγή: | Радіотехніка; № 209 (2022): Радіотехніка; 93-109 Радиотехника; № 209 (2022): Радиотехника; 93-109 Radiotekhnika; No. 209 (2022): Radiotekhnika; 93-109 |
| Στοιχεία εκδότη: | Kharkiv National University of Radio Electronics, 2022. |
| Έτος έκδοσης: | 2022 |
| Θεματικοί όροι: | S-блок, імітація відпалу, имитация отжига, функция стоимости, преобразование Уолша-Адамара, перетворення Уолша-Адамара, generation methods, non-linearity, методи генерації, симметричная криптография, нелинейность, функція вартості, symmetric cryptography, cost function, Walsh-Hadamard transform, симетрична криптографія, нелінійність, simulated annealing, методы генерации, S-box |
| Περιγραφή: | Cryptographic protection in information and information and communication systems is an important component of cybersecurity. Therefore, the development, research and improvement of means of cryptographic information protection is an urgent and important task. In this paper, we study evolutionary methods for generating non-linear substitutions (S-boxes). These are cryptographic primitives that are an important component of many modern block and stream ciphers with a secret key. However, the problem of generating random highly non-linear substitutions is extremely difficult. In this paper, we study the annealing simulation method. This is an iterative algorithm, the essence of which is the gradual improvement of the current solution (substitution). Special cost functions are used as an improvement criterion. The initial state is formed randomly, and then, at each iteration the current solution is gradually changed. Approaching the target solution means minimizing the cost function. The paper investigates a simple and computationally efficient cost function based on the Walsh-Hadamard transform. Through exploratory research and numerous tests, it was possible to optimize the operation of the annealing simulation algorithm. Optimized algorithm for several parameters (initial temperature, "cooling factor", cost function) allows you to quickly generate highly non-linear bijective substitutions for cryptographic applications. Compared to other well-known implementations of the annealing simulation algorithm, the use of the recommended parameters can significantly reduce the generation time of nonlinear substitutions. Криптографическая защита в информационных и информационно-коммуникационных системах является важной составляющей кибербезопасности. Следовательно, разработка, исследование и совершенствование средств криптографической защиты информации является актуальной и важной задачей. В работе исследуются эволюционные методы генерации нелинейных подстановок (S-boxes). Это криптографические примитивы, являющиеся важной составляющей многих современных блочных и поточных шифров с секретным ключом. Однако задача генерации случайных высоконелинейных подстановок чрезвычайно сложна. В работе исследуется метод имитации отжига. Это итерационный алгоритм, суть которого заключается в постепенном улучшении текущего решения (подстановки). В качестве критерия улучшения используются особые функции стоимости. Начальное состояние формируется случайно, затем шаг за шагом на каждой итерации текущее решение постепенно меняется. Приближение к целевому решению означает минимизацию функции стоимости. В работе исследуется простая и вычислительно эффективная функция стоимости, основанная на преобразовании Уолша – Адамара. Посредством проведенных поисковых исследований и многочисленных тестирований удалось оптимизировать работу алгоритма имитации отжига. Оптимизированный алгоритм по нескольким параметрам (начальная температура, «cooling factor», функция стоимости) позволяет быстро генерировать высоконелинейные биективные подстановки для криптографических применений. По сравнению с другими известными реализациями алгоритма имитации отжига применение рекомендованных параметров позволяет значительно сократить время генерации нелинейных подстановок. Криптографічний захист в інформаційних та інформаційно-комунікаційних системах є важливою складовою кібербезпеки. Отже розробка, дослідження та вдосконалення засобів криптографічного захисту інформації є актуальним та важливим завданням. В роботі досліджуються еволюційні алгоритми генерації нелінійних підстановок (S-boxes). Це криптографічні примітиви, які є важливою складовою багатьох сучасних блокових та потокових шифрів із секретним ключем. Однак завдання генерації випадкових високонелінійних підстановок надзвичайно складне. В роботі досліджується алгоритм імітації відпалу. Це ітераційний алгоритм, сутність якого полягає в поступовому покращенні поточного рішення (підстановки). У якості критерію покращення застосовуються спеціальні функції вартості. Початковий стан формується випадково, потім, крок за кроком, на кожній ітерації поточне рішення поступово змінюється. Наближення до цільового рішення означає мінімізацію функції вартості. В роботі досліджується проста та обчислювально ефективна функція вартості, яка заснована на перетворенні Уолша – Адамара. За допомогою проведених пошукових досліджень та чисельних тестувань вдалося оптимізувати роботу алгоритму імітації відпалу. Оптимізований алгоритм за декількома параметрами (початкова температура, «cooling factor», функція вартості) дозволяє швидко генерувати високонелінійні бієктивні підстановки для криптографічних застосувань. В порівнянні із іншими відомими реалізаціями алгоритму імітації відпалу застосування обґрунтованих параметрів дозволяє значно скоротити час генерації нелінійних підстановок. |
| Τύπος εγγράφου: | Article |
| Περιγραφή αρχείου: | application/pdf |
| Γλώσσα: | Ukrainian |
| ISSN: | 0485-8972 2786-5525 |
| Σύνδεσμος πρόσβασης: | http://rt.nure.ua/article/view/262496 |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.scientific.p..b0a50d663d2892d0285e3c148b0b9afc |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| ISSN: | 04858972 27865525 |
|---|