[論文レビュー] A Block Cipher using Rotation and Logical XOR Operations

Dhanesh Kumar, Ch. Suneetha+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2012

Cryptographic Implementations and Security参考文献 7被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、ビット単位の回転と論理XOR演算を活用して強力なデータ暗号化を実現する新しいブロック暗号を提案する。これらの軽量で効率的な演算を構造的なラウンド関数に組み合わせることで、良好な拡散性と曇乱性を達成し、リソース制約のある環境における安全で高性能な暗号化の可能性を示している。

ABSTRACT

Cryptography is the study of methods of sending messages in disguised form so that only the intended recipients can remove the disguise and read the messages. Information security has become a very critical aspect of modern communication systems. With the global acceptance of the Internet as a medium of communication, virtually every computer in the world is connected to every other. It has created a new risk for the users of the computers with a constant threat of being hacked and being victims of data theft. In this connection data encryption has become an essential part of secure communication of the messages. In the present paper we propose a new method of encryption of data in blocks using the operations Rotation and Logical XOR

研究の動機と目的

• 現代の相互接続されたシステムにおける安全な通信に適した軽量ブロック暗号の設計を目的とする。
• インターネット接続環境における増大するデータセキュリティの脅威に、効率的な暗号化によって対処することを目的とする。
• ブロック暗号設計において回転とXOR演算を組み合わせた暗号的強度を調査することを目的とする。
• より高い性能と単純さを特徴とする、従来のブロック暗号の代替を提供することを目的とする。

提案手法

• 固定サイズのデータブロックに対して複数のラウンド処理を施すフェイステルに類似した構造を採用する。
• 各ラウンドでは、データの半ブロックに対して左回転および右回転の操作を適用する。
• 論理XOR演算を用いて、回転されたデータとラウンド鍵または定数を混合する。
• 連続するラウンドにおいてビットの変化が全ブロックに広がる仕組みにより、強力な拡散性を確保する。
• ラウンド鍵は、回転とXORに基づく鍵スケジューリングによりマスターキーから導出する。
• 計算効率を確保するとともに、一般的な cryptanalytic 攻撃に対して耐性を持つように設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回転とXOR演算のみに依存するブロック暗号が十分な暗号的強度を達成できるか？
• RQ2 同様の演算を用いる標準的なブロック暗号と比較して、本手法の拡散性および曇乱性の性能はいかがなものか？
• RQ3 微分的および線形暗号解析に対する本暗号の耐性はどの程度か？
• RQ4 計算オーバーヘッドおよび実装の複雑さの観点から、本暗号の効率性はどの程度か？

主な発見

• 単一の入力ビットの変更が数ラウンドのうちに全出力ビットに影響を及ぼす、強力な拡散性を達成している。
• 回転とXOR演算の使用により、制限された環境に適した軽量な設計が実現されている。
• 回転とXORによるビットの非線形混合のおかげで、基本的な暗号解析手法に対して耐性を示している。
• 低レベルの高速な演算を用いることで、ソフトウェアおよびハードウェア実装の両方において効率的なアルゴリズム構造を有している。