СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Современные итеративные блочные шифры являются одним из наиболее востребованных средств обеспечения защищенного обмена информацией в высокоскоростных сетях передачи данных. Широкое применение данной технологии и развитие вычислительных мощностей порождают целый перечень угроз криптоанализа шифров. Обеспечение криптографической стойкости является в данном случае одним из ключевых аспектов криптографического алгоритма, однако криптографическая стойкость невозможна без обеспечения удовлетворительных статистических свойств, так как ряд атак на блочные шифры основан как раз на статистических уязвимостях выходной последовательности. Дизайнеры используемых на сегодняшний день криптографических алгоритмов установили определенный запас при выборе характеристик работы шифров, тогда как выходная последовательность многих алгоритмов становится неотличима от случайной за меньшее, чем полное, число раундов шифрования. Некоторое сокращение такого параметра блочного шифра, как число раундов, позволит обеспечить удовлетворительные статистические свойства, при этом увеличив скорость работы алгоритма.  Для проверки статистических свойств шифра проводится статистический анализ с помощью специализированных тестов, который, как правило, сопряжен с рядом сложностей.

В настоящей статье рассматривается задача анализа выходных последовательностей блочных шифров с целью поиска оптимального (минимального) числа раундов шифрования, при котором шифртекст неотличим от случайного. Изложены основные принципы работы статистических тестов. Описана технология обеспечения взаимодействия реализаций статистических тестов и криптоалгоритмов, которая предложена и реализована автором средствами языков программирования. Продемонстрированы новые, полученные в результате экспериментов характеристики работы для алгоритмов из библиотеки CPPCRYPTO.

1. Рябко Б.Я., Фионов А.Н. Основы современной криптографии и стеганографии. – М.: Горячая линия-Телеком, 2010. – 232 с.

2. Слеповичев И.И. Генераторы псевдослучайных чисел: учебное пособие. – Саратов: СГУ, 2017. – 118 с.

3. A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications / A. Rukhin [et al.]. – Gaithersburg, MD: U.S. Dept. of Commerce, Technology Administration, National Institute of Standards and Technology, 2000. – 152 p. – (NIST special publication; 800-22).

4. Ryabko B., Monarev V. Using information theory approach to randomness testing // Journal of Statistical Planning and Inference. – 2005. – Vol. 133, N 1. – P. 95–110.

5. Cazorla M., Marquet K., Minier M. Survey and benchmark of lightweight block ciphers for wireless sensor networks // IACR Cryptology ePrint Archive. – Report 2013/295.

6. Cazorla M., Marquet K., Minier M. Survey and benchmark of lightweight block ciphers for wireless sensor networks // Proceedings of the 10th International Conference on Security and Cryptography, SECRYPT 2013, Reykjavík, Iceland, 29–31 July, 2013. – Reykjavík, 2013. – P. 543–548.

7. Рябко Б.Я., Пестунов А.И. «Стопка книг» как новый статистический тест для случайных чисел // Проблемы передачи информации. – 2004. – Т. 40, вып. 1. – С. 73–78.

8. Рябко Б.Я., Стогниенко В.С., Шокин Ю.И. Адаптивный критерий χ2 для различения близких гипотез при большом числе классов и его применение к некоторым задачам криптографии // Проблемы передачи информации. – 2003. – Т. 39, вып. 2. – С. 53–62.

9. Пестунов А.И., Перов А.А., Пестунова Т.М. О некоторых  направлениях научных исследований в области криптоанализа симметричных алгоритмов // Вестник НГУЭУ. – 2016. – № 3. – С. 280–298.

10. Перов А.А., Пестунов А.И. Статистическое тестирование современных итеративных блочных шифров с помощью программной библиотеки «УНИБЛОКС-2015» // Инновации в жизнь. – 2016. – № 2. – С. 89–97.

11. Ивченко Г.И., Медведев Ю.И. Введение в математическую статистику: учебник. – М.: ЛКИ, 2010. – 600 с.