Differential and linear cryptanalysis of lightweight block ciphers with MILP approach
Kaynak kısıtlı blok şifrelerin KTLP yaklaşımı ile diferansiyel ve lineer kriptanalizi
- Tez No: 831577
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ DOĞANAKSOY, PROF. DR. ALİ AYDIN SELÇUK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Matematik, Mathematics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Uygulamalı Matematik Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kriptografi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
Blok şifrelerin güvenliği kriptanaliz yöntemleri kullanılarak analiz edilebilir. Karma Tamsayılı lineer Programlamanın (KTLP) kullanımı, blok şifrelerin güvenlik yönlerini analiz etmede oldukça etkin olması nedeniyle önem kazanmıştır. Bu tezde, kapsamlı diferansiyel ve lineer kriptanaliz yöntemleri için KTLP tekniklerinin uygulanması araştırılmaktadır. Bu çalışma, özellikle diferansiyel ve lineer kriptanaliz alanındaki temel zorlukları ele almaktadır. Bu çalışmada şifrelerin diferansiyel ve lineer saldırılara karşı dayanıklı olması gerektiği dikkate alınarak bu saldırılara karşı şifre dirençleri incelenmektedir. Bu bağlamda bir blok şifrenin en iyi diferansiyel ve lineer karakteristiklerini bulmayı hedeflemek zor bir problemdir. Çalışmamızda bu problemin çözümüne yönelik olarak çoklu xor işlemlerini içeren denklemler için yenilikçi KTLP modelleme yöntemleri sunulmaktadır. Model 1 ve Model 2 olarak adlandırılan bu modeller sırasıyla daha az değişken ve kısıtla alternatifler sunmaktadır. Model 1 ve Model 2 genellikle standart xor modeline göre daha kısa çözüm süreleri sağlar. Önerilen bu modeller, diferansiyel ve lineer kriptanalizin ötesinde geniş bir uygulanabilirliğe sahiptir ve çeşitli kriptanaliz yöntemlerindeki verimliliği artırır. Bu tezde, KTLP ile KLEIN, PRINCE, FUTURE ve IVLBC gibi iyi bilinen şifreler modellenmektedir. Sunulan modeller, kesin minimum diferansiyel aktif S-kutularının sayısının ve en iyi diferansiyel ve lineer karakteristiklerin belirlenmesini sağlamaktadır. Geliştirilen KTLP modelleri, incelenen şifreler için literatürde yer alan en iyi tek anahtarlı diferansiyel ve lineer karakteristiklerde iyileştirmeler ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The security of block ciphers can be evaluated using cryptanalysis methods. The use of Mixed-Integer Linear Programming (MILP) has gained prominence due to its effectiveness in analyzing the security aspects of block ciphers. In this thesis, we explore the application of MILP techniques for conducting comprehensive differential and linear cryptanalysis. Our research specifically addresses fundamental challenges in the realm of differential and linear cryptanalysis. In this work, we study the cipher resistance against differential and linear attacks taking into account that ciphers need to be resistant to these attacks. In this context, aiming to identify the best differential and linear characteristics of a block cipher is a challenging problem. To tackle these challenges, our work introduces innovative MILP modeling methods for equations involving multiple xor operations. These models, denoted as Model 1 and Model 2, offer alternatives with fewer variables and constraints, respectively. Model 1 and Model 2 generally provide shorter solution times compared to the standard xor model. Importantly, these proposed models have broad applicability beyond differential and linear cryptanalysis, enhancing their utility in various cryptanalysis methods. We model well-known ciphers such as KLEIN, PRINCE, FUTURE, and IVLBC with MILP. The resulting models enable us to precisely determine the exact minimum number of active S-boxes, and the best differential and linear characteristics. Applying our developed MILP models provides improvements in the best single-key differential and linear characteristics for the examined ciphers.
Benzer Tezler
- Provable security of block ciphers and cryptanalysis
Başlık çevirisi yok
ASLI BAY
Doktora
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)PROF. SERGE VAUDENAY
- Hafif sıklet kriptografi için involutif mds matris uygulamaları
Involutory mds matrix applications for lightweight cryptography
TUĞÇE TUFANÇLI
- Slide attack and its applications
Slide atak ve uygulamaları
ERKAN USLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKriptografi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ DOĞANAKSOY
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHİDDİN UĞUZ
- Differential-linear cryptanalysis of Ascon and Drygascon
Ascon ve Drygascon şifrelerinin diferansiyel-lineer kriptanalizi
ASLI BAŞAK CİVEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSiber Güvenlik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHANGİR TEZCAN
- Hafif sıklet involutif yer değiştirme kutularının kriptografik özelliklerinin incelenmesi
Examination of cryptographic properties of lightweight involutive substitution boxes
PINAR SAVAŞTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolTrakya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHARREM TOLGA SAKALLI