Practical construction of cryptographically strong large S-boxes

• Autorzy: Borowski M. , Wicik R.

Warianty tytułu

PL

Praktyczna konstrukcja kryptograficznie silnych, dużych S-skrzynek

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

S-boxes are very important elements of substitution-permutation networks (SPN), which are implemented in block ciphers. Cryptanalytic attacks on SPN explore weaknesses in S-boxes. There are presented the practical and effective methods for generating and constructing bent functions and strong large S-boxes. Construction of these S-boxes utilises Boolean bent functions and linear functions, with new conditions, which allow to achieve good parameters of an S-box such as nonlinearity, SAC-fulfilling, mutual information between input-output and output-output and output vectors balance. Additionally balance of a round function with four large S-boxes constructed using bent functions in considered.

PL

S-skrzynki są bardzo ważnymi elementami sieci podstawieniowo-przestawieniowych (SPN) stosowanymi w szyfrach blokowych. Ataki kryptoanalityczne na SPN wykorzystują słabości S-skrzynek. W tym artykule zostały zaprezentowane praktyczne, efektywne metody generowania i konstruowania funkcji bent i silnych, dużych S-skrzynek. Do konstrukcji tych S-skrzynek wykorzystane zostały funkcje bent i funkcje liniowe, komponowane według nowych warunków w celu uzyskania dobrych parametrów S-skrzynek, jak nieliniowość, SAC, informacja wspólna wejście-wyjście i wyjście-wyjście oraz zrównoważenie wektorów wyjściowych. Dodatkowo w artykule jest rozważane zrównoważenie funkcji rundy o czterech dużych S-skrzynkach skonstruowanych z wykorzystaniem funkcji bent.

Słowa kluczowe

EN

S-boxes; bent functions; cryptographic properties

PL

S-skrzynki; funkcje bent; własności kryptograficzne

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 50, nr 1
• Strony: 135--147
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., tab.

Twórcy

autor

Borowski M.

• Military Communication Institute, 05-130 Zegrze

autor

Wicik R.

• Military Communication Institute, 05-130 Zegrze

Bibliografia

• [1] C. Adams, Constructing symmetric ciphers using the CAST design procedure, Design Codes and Cryptography, vol. 12 (1997), 283-316.
• [2] T. Beth, C. Ding, On almost perfect nonlinear permutations, Advances in Cryptology EUROCRYPT'93, Springer-Verlag, 1993, 65-76.
• [3] M. Dawson, S. Tavares, An expanded set of S-box design criteria based on information theory and its relation to differential-like attacks, Advances in Cryptology EUROCRYPT'91, Springer-Verlag, 1991, 352-367.
• [4] J. Detombe, S. Tavares, Constructing large cryptographically strong S-boxes, Advances in Cryptology AUSCRYPT'92, Springer-Verlag, 1992, 164-181.
• [5] R. Forre, The strict avalanche criterion: spectral properties of Boolean functions with high nonlinearity, Advances in Cryptology CRYPTO'88, Springer-Verlag, 1990, 450-468.
• [6] R. Forre, Methods and instruments for designing S-boxes, Journal of Cryptology, Vol. 2 (1990), 115-130.
• [7] J. Lee, H. M. Heys, S. E. Tavares, Resistance of a CAST-like encryption algorithm to linear and differential cryptanalysis, Design, Codes and Cryptography, vol. 12 (1997), 167-282.
• [8] W. Meier, O. Staffelbach, Nonlinearity criteria for cryptographic function, Advances in Cryptology EUROCRYPT'89, Springer-Verlag, 1989, 549-562.
• [9] A. J. Menezes, P. C. Van Oorschot, S. A. Vanstone, Handbook of applied cryptography, CRC Press, 1997.
• [10] K. Nyberg, Perfect nonlinear S-boxes, Advances in Cryptology - EUROCRYPT'91, Springer-Verlag, 1991, 378-386.
• [11] M. Sivabalan, S. Tavares, L. Peppard, On the design of SP networks from an information theoretic point of view, Advanced in Cryptology - CRYPTO'92, Springer-Verlag, 1992, 260-279.