Аналіз архітектур та криптографічних примітивів легковагових блокових шифрів
Вантажиться...
Файли
Дата
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Анотація
У статті проведено системний аналіз архітектурних рішень та криптографічних примітивів, що використовуються в сучасних легковагових блокових шифрах, призначених для ресурсно-обмежених середовищ, зокрема IoT-пристроїв, RFID-систем та вбудованих мікроконтролерів з обмеженим обсягом пам`яті, енергоспоживанням і тактовою частотою. Розглянуто шифри Present, Gift, Led, Klein, Rectangle, Prince, Clefia, Camellia, а також сімейства Simon і Speck, які репрезентують різні підходи до побудови легковагових криптографічних алгоритмів – від класичних SP-мереж до модифікованих мереж Фейстеля та ARX-конструкцій. Основну увагу приділено аналізу структури раунду, механізмам забезпечення конфузії та дифузії, а також ролі базових криптографічних примітивів: 4- та 8-бітних S-блоків, лінійних перетворень дифузійного шару (pLayer, MDS-матриць), побітових перестановок, операцій додавання раундового ключа (Add Round Key) та циклічних зсувів. Детально охарактеризовано властивості S-блоків з позицій нелінійності, стійкості до диференційного та лінійного криптоаналізу, а також вплив їх розрядності на апаратну складність реалізації. Показано, що використання малорозрядних підстановок істотно зменшує площу кристалу в реалізаціях, однак потребує збільшення кількості раундів для досягнення необхідного рівня лавинного ефекту. Окремо розглянуто ARX-конструкції, що ґрунтуються на операціях додавання за модулем , циклічних зсувів та XOR. Продемонстровано їх переваги з точки зору програмної ефективності, відсутності залежності від табличних підстановок і стійкості до атак із використанням побічних каналів. Проведено порівняльний аналіз шифрів за розрядністю блоків і ключів, кількістю раундів, оцінками криптографічної стійкості у вигляді складності найкращих відомих атак порядку , а також показниками апаратної та програмної складності реалізації. Узагальнено, що спрощення раундових операцій і мінімізація логічної глибини сприяють зменшенню енергоспоживання та латентності, проте потребують ретельного балансування між компактністю та криптографічною надійністю. Зроблено висновок, що SP-мережеві легковагові шифри є перспективним напрямом для апаратно обмежених систем, тоді як Feistel- та ARX-конструкції забезпечують кращу масштабованість, гнучкість параметризації та ефективність у програмних реалізаціях на універсальних процесорних платформах.
Опис
Ключові слова
УДК
Тип документа
Мова
ISSN
Бібліографічний опис
Лужецький В. А., Кирилащук Т. Г. Аналіз архітектур та криптографічних примітивів легковагових блокових шифрів // Наукові праці Вінницького національного технічного університету. Електрон. текст. дані. 2026. № 1. URI: https://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/925.
Схвалення
Рецензія
Доповнено
Цитується в
Список використаної літератури (59)
- PRESENT: An Ultra-Lightweight Block Cipher / Bogdanov A. et al. Cryptographic Hardwareand Embedded Systems – CHES 2007. Lecture Notesin Computer Science. 2007. Vol. 4727. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2007. P. 450–466. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-74735-2_31.
- Poschmann A. Lightweight Cryptography: Cryptographic Engineering for a Pervasive World. IEEE Security & Privacy. 2009. Vol. 7, №2. P. 44–51. DOI: https://doi.org/10.1109/MSP.2009.37.
- Katagi M., Moriai S. A Survey of Lightweight Cryptography Implementations. IEICE Trans. Fundamentals. 2008. Vol. E91-A, №1. P. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1093/ietfec/e91-a.1.1.
- Biham E., Shamir A. Differential Cryptanalysis of DES-like Cryptosystems. Journal of Cryptology. 1991. Vol. 4, №1. P. 3–72. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00630563.
- Matsui M. Linear Cryptanalysis Method for DES Cipher. Advances in Cryptology – EUROCRYPT’93. LNCS. 1994. Vol. 765. Berlin ; Heidelberg : Springer, 1994. P. 386–397. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-48285-7_33.
- Differential Attacks on Light weight Block Ciphers PRESENT, PRIDE, and RECTANGLE Revisited / C. Tezcan et al. Lightweight Cryptography for Security and Privacy – Light Sec 2016. LNCS. 2017. Vol. 10098. Cham : Springer, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-68116-9_4.
- The 128-Bit Block Cipher CLEFIA (Extended Abstract) / T. Shirai et al. Fast Software Encryption – FSE 2007. LNCS. 2007. Vol. 4593. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2007. P. 181–195. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540- 74619-5_12.
- Heys H. M. A Tutorial on Linear and Differential Cryptanalysis. Cryptologia. 2002. Vol. 26, №3. P. 189–221. DOI: https://doi.org/10.1080/01611194.2002.9964366.
- The SIMON and SPECK Families of Lightweight Block Ciphers / R. Beaulieu et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2013. Report 2013/404. URL: https://eprint.iacr.org/2013/404 (дата звернення: 01.03.2026).
- Rashidi B. High-through put andflexible ASIC implementations of SIMON and SPECK light weight blockciphers. Int. J. Circuit Theory and Applications. 2019. Vol. 47. DOI: https://doi.org/10.1002/cta.2640