stringtranslate.com

Эффект лавины

В криптографии эффект лавины является желательным свойством криптографических алгоритмов , как правило, блочных шифров [1] и криптографических хэш-функций , в которых при небольшом изменении входных данных (например, при переворачивании одного бита) выходные данные существенно изменяются (например, половина выходных битов переворачивается). В случае высококачественных блочных шифров такое небольшое изменение либо в ключе , либо в открытом тексте должно вызывать радикальное изменение шифртекста . Фактический термин был впервые использован Хорстом Фейстелем [1] , хотя концепция восходит по крайней мере к диффузии Шеннона .

Функция хэширования SHA -1 демонстрирует хороший лавинный эффект. При изменении одного бита хэш-сумма становится совершенно другой.

Если блочный шифр или криптографическая хэш-функция не проявляют лавинный эффект в значительной степени, то у них плохая рандомизация, и, таким образом, криптоаналитик может делать прогнозы о входных данных, имея только выходные данные. Этого может быть достаточно, чтобы частично или полностью взломать алгоритм. Таким образом, лавинный эффект является желательным условием с точки зрения разработчика криптографического алгоритма или устройства. Неспособность включить эту характеристику приводит к тому, что хэш-функция подвергается атакам, включая атаки столкновений , атаки расширения длины и атаки прообраза . [2]

Построение шифра или хэша, демонстрирующего существенный лавинный эффект, является одной из основных целей проектирования, и математически построение использует эффект бабочки . [3] Вот почему большинство блочных шифров являются шифрами произведений . Вот почему хэш-функции имеют большие блоки данных. Обе эти функции позволяют небольшим изменениям быстро распространяться через итерации алгоритма, так что каждый бит выходных данных должен зависеть от каждого бита входных данных до того, как алгоритм завершит работу. [ необходима цитата ]

Строгий критерий лавинообразования

Строгий критерий лавины ( SAC ) является формализацией лавинного эффекта. Он выполняется, если всякий раз, когда один входной бит дополняется , каждый из выходных битов изменяется с вероятностью 50%. SAC основывается на концепциях полноты и лавины и был введен Вебстером и Таваресом в 1985 году. [4]

Обобщения SAC более высокого порядка включают несколько входных битов. Булевы функции, которые удовлетворяют SAC самого высокого порядка, всегда являются изогнутыми функциями , также называемыми максимально нелинейными функциями, также называемыми «совершенно нелинейными» функциями. [5]

Критерий независимости битов

Критерий независимости битов ( BIC ) гласит, что выходные биты j и k должны изменяться независимо, когда любой одиночный входной бит i инвертируется, для всех i , j и k . [6]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Фейстель, Хорст (1973). «Криптография и компьютерная конфиденциальность». Scientific American . 228 (5): 15–23. Bibcode : 1973SciAm.228e..15F. doi : 10.1038/scientificamerican0573-15.
  2. ^ Упадхай, Д., Гайквад, Н., Заман, М. и Сампалли, С. (2022). Исследование лавинного эффекта различных криптографически безопасных хэш-функций и приложений на основе хэшей. IEEE Access, 10, 112472–112486. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3215778
  3. ^ Аль-Кувари, Саиф; Дэвенпорт, Джеймс Х.; Брэдфорд, Рассел Дж. (2011). Криптографические хэш-функции: последние тенденции проектирования и понятия безопасности. Inscrypt '10.
  4. ^ Вебстер, А. Ф.; Таварес, Э. Стаффорд (1985). «О проектировании S-боксов». Advances in Cryptology – Crypto '85 . Lecture Notes in Computer Science. Vol. 218. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York, Inc. стр. 523–534. ISBN 0-387-16463-4.
  5. ^ Адамс, CM ; Таварес, SE (январь 1990 г.). Использование изогнутых последовательностей для достижения строгого критерия лавины высшего порядка в конструкции S-box (отчет). Технический отчет TR 90-013. Университет Квинс . CiteSeerX 10.1.1.41.8374 . 
  6. ^ Уильям, Столлингс (2016). Криптография и сетевая безопасность: принципы и практика (Седьмое изд.). Бостон. стр. 136. ISBN 9780134444284. OCLC  933863805.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

Внешние ссылки