[論文レビュー] A Novel Generic Session Based Bit Level Encryption Technique to Enhance Information Security

Manas Paul, Tanmay Bhattacharya+2 more|ArXiv.org|Aug 1, 2009

Chaos-based Image/Signal Encryption被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、大容量ファイルの情報セキュリティを強化するための新規のセッションベースの対称的ビットレベル暗号化技術であるPermutated Cipher Technique (PCT) を提案する。この手法は、入力ファイルを可変サイズのブロック（2^n）に分割し、鍵から導出されたシフト値を用いてビットを並び替え・反転させ、SHA-512鍵ダイジェストとXOR演算を施す。動的ブロックサイズと鍵依存のビット操作により、高速性、適応性、強固なセキュリティを実現する。

ABSTRACT

- In this paper a session based symmetric key encryption system has been proposed and is termed as Permutated Cipher Technique (PCT). This technique is more fast, suitable and secure for larger files. In this technique the input file is broken down into blocks of various sizes (of 2 power n order) and encrypted by shifting the position of each bit by a certain value for a certain number of times. A key is generated randomly wherein the length of each block is determined. Each block length generates a unique value of number of bits to be skipped. This value determines the new position of the bits within the block that are to be shifted. After the shifting and inverting each block is XORed with SHA 512 digest of the key. The resultant blocks from the cipher text. The key is generated according to the binary value of the input file size. Decryption is done following the same process as the technique is symmetric.

研究の動機と目的

• 従来のブロック暗号が大容量ファイルの処理を効率的かつ安全に処理する点での制限を是正すること。
• セキュリティとパフォーマンスの向上を図るため、ビットレベルで動作する対称暗号化技術を開発すること。
• ファイルサイズとブロック構造に基づいて暗号化パrameterを適応的に変更するセッションベースのメカニズムを導入すること。
• ビットの並び替え、反転、暗号化ハッシュの組み合わせにより、 cryptanalysis に対する強力な耐性を確保すること。
• 多様なファイルサイズとセキュリティ要件に対応可能な汎用的かつスケーラブルなソリューションを提供すること。

提案手法

• 入力ファイルは、ファイルサイズに応じて 2^n のサイズのブロックに分割される。
• ブロック固有のビットシフトパラメータを決定するため、入力ファイルサイズの2進表現に基づいて固有の鍵が生成される。
• 鍵から導出された動的計算されたスキップ値に基づいて、各ブロック内の各ビットが新しい位置にシフトされる。
• ビットシフトの後、各ブロックはビット反転（補数演算）を受ける。
• 反転後のブロックは、鍵のSHA-512ダイジェストとXOR演算され、最終的な暗号ブロックが生成される。
• 復号処理では同じプロセスを逆転させることで、対称性と正しさが保証される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大容量ファイルに対して、効率的かつ安全なビットレベル暗号化はどのように実現できるか？
• RQ2 可変ブロックサイズを用いたセッションベースのアプローチは、対称暗号化のパフォーマンスとセキュリティを向上させることができるか？
• RQ3 鍵依存のビットシフトと暗号化ハッシュとのXOR演算は、暗号解析に対する耐性をどの程度高めるか？
• RQ4 ファイルサイズから導出された鍵は、暗号化プロセスの独自性とセキュリティにどのような影響を与えるか？
• RQ5 速度を犠牲にすることなく、ビットレベルで動作する汎用的かつ適応可能な暗号化技術を設計できるか？

主な発見

• Permutated Cipher Technique (PCT) は、ビットレベル演算と効率的なブロック処理のおかげで高速な暗号化を実現する。
• この手法は汎用的かつ適応可能であり、入力ファイルサイズに応じて可変ブロックサイズ（2^n）をサポートする。
• ビットの並び替え、反転、および暗号的に強いSHA-512ダイジェストとのXOR演算の組み合わせにより、セキュリティが強化される。
• ファイルサイズの2進値から導出される鍵生成メカニズムにより、セッションごとおよび入力サイズごとに固有の鍵が保証される。
• アルゴリズムの対称性のおかげで、同じプロセスを用いて信頼性があり逆引き可能な復号が可能である。
• IJCISIジャーナルの出版による設計と実装の検証を通じて、大容量ファイルの保護に実用的であることが示された。