Анализ эффективности градиентной статистической атаки на блоковые шифры RC6, MARS, CAST-128, IDEA, Blowfish в системах защиты информации

Данная работа посвящена экспериментальному исследованию статистических методов в криптоанализе на примере блоковых шифров RC6, MARS, CAST-128, IDEA и Blowfish. Предложенная градиентная атака основана на статистическом тесте «стопка книг». Описанные схемы и модификации атаки позволяют значительно уменьшить трудоёмкость нахождения секретного ключа по сравнению с ранее известными видами атак. В данной работе проведены исследования эффективности градиентной статистической атаки, показаны пределы её современной практической и теоретической применимости (9 раундов шифра RC6, 21 раунд MARS и 4 раунда CAST-128), выведены аналитические зависимости между эффективно атакуемыми раундами и временно́й и аппаратной сложностью атаки. Кроме того, для шифров RC6 и MARS разработаны модификации градиентной атаки, значительно сокращающие временну́ю и операционную сложность. Также в данной работе показан метод подбора оптимальных параметров атаки; исследована операционная и пространственная трудоёмкости и их зависимости от параметров теста и объёма шифротекста; показаны теоретические потребности в вычислительных ресурсах, необходимых для осуществления атаки.

градиентная атака, статистическая атака, криптоанализ, блоковые шифры

1. Knudsen L., Meier W. Correlations in RC6 with a reduced number of rounds // FSE 2000. LNCS 1978(2000). Springer–Verlag. P. 94–108.

2. Меняшев А.А., Монарев В.А., Рябко Б.Я., Фионов А.Н. Применение градиентной статистической атаки к блоковым шифрам RC5, RC6 И SAFER // Научно-практический журнал «Информационное противодействие терроризму», 2006. №7. С. 189-193.

3. Монарёв В.А., Лубкин А.М. Эффективная атака на блоковый шифр RC6 // Вестник СибГУТИ, 2010. №4. С. 55-60.

4. Рябко Б.Я., Фионов А.Н. Криптографические методы защиты информации, 2006, Москва. С. 181-202.

5. Pябко Б.Я., Монарев В.А., Шокин Ю.И. Новый тип атак на блоковые шифры // Проблемы передачи информации, 2005. т. 41. н.4. С. 181– 128.

6. Шнайер Б. Прикладная криптография// NewYork:Wiley, 1996. P. 124-147.

7. Ryabko B.Ya., Monarev V.A. Using information theory approach to randomness testing // Journal of Statistical Planning and Inference, 2005. Vol. 133. № 1. PP. 95-110.

8. Рябко Б.Я., Пестунов А.И. «Стопка книг» как новый статистический тест для случайных чисел // Пробл. передачи информации, 2004. Т. 40. вып. 1. C. 73-78.

9. L'Ecuyer P. Tables of linear congruential generators of different sizes and good lattice structure // Math. of Comp, 1999. Vol. 68. P. 249-260.

10. Кнут Д.Э. Искусство программирования. Т. 2: Получисленные алгоритмы. М.: Изд. дом «Вильямс», 2000.С. 60-148.

11. Pestunov A. Statistical Analysis of the MARS Block Cipher // Cryptology ePrint Archive. Report 2006/217 [Электронный ресурс]. URL:http://eprint.iacr.org/2006/217 (дата обращения: 18.06.2011).

12. Ryabko B., Monarev V. Using information theory approach for randomness testing // J. of Statistical Planning and Reference. 2005. Vol. 133, N 1. P. 95-110.

13. Doroshenko S., Ryabko B. The experimental distinguishing attack on RC4 // Cryptology ePrint Archive. Report 2006/070. 2006. [Электронный ресурс]. URL:http://eprint.iacr.org/ 2006/070 (дата обращения: 21.10.2011).

14. Пестунов А.И. Теоретическое исследование свойств статистического теста «стопка книг». Вычислительные технологии 2006, Т.11, №6. C. 96-102.

15. Пестунов А.И. Дифференциальный криптоанализ блочного шифра MARS // Прикладная дискретная математика 2009. №6. C. 56-63.

16. Biham E., Dunkelman O., Keller N. A New Attack on 6-Round IDEA // Lecture Notes in Computer Science. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2007. V. 4593. P. 211-224.

17. Schneier Bruce. The Blowfish Encryption Algorithm -- One Year Later // Dr. Dobb's Journal, 1995. P. 101-137.

18. Meier W., Brugg-Windisch HTL., Switzerland. Workshop on the theory and application of cryptographic techniques on Advances in Сryptology EUROCRYPT '93 Proceedings. Secaucus, NJ, USA: Springer-Verlag New York, Inc, 1994. P. 371-385.

19. Rivest R.L., Robshaw M.J.B., Sidney R., and Yin Y.L. The RC6 BlockCipher, 1998. P. 42-57.

20. Carolynn Burwick Don Coppersmith. The MARS Encryption Algorithm. [Электронный ресурс]. URL: http://csis.bits-pilani.ac.in (дата обращения: 24.05.2011).

21. Schneier Bruce. Applied Cryptography, (2nd edition). John Wiley & Sons. 1996. PP. 334–335.

22. Demirci Hüseyin, Türe Erkan, Selçuk Ali Aydin. A New Meet in the Middle Attack on The IDEA Block Cipher, 10th Annual Workshop on Selected Areas in Cryptography, 2004.