<link rel="stylesheet" href="styles.f3b1fba60ec7970c.css">

Аналіз архітектур та криптографічних примітивів легковагових блокових шифрів

dc.contributor.authorЛужецький, В. А.uk
dc.contributor.authorКирилащук, Т. Г.uk
dc.contributor.authorLuzhetskyi, V. A.en
dc.contributor.authorKyrylashchuk, T. H.en
dc.titleАналіз архітектур та криптографічних примітивів легковагових блокових шифрівuk
dc.date.issued2026
dc.publisherВінницький національний технічний університетuk
dc.identifier.citationЛужецький 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.uk
dc.relation.ispartofНаукові праці Вінницького національного технічного університету. № 1.uk
dc.relation.urihttps://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/925
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.31649/2307-5376-2026-1-123-134
dc.identifier.issn2307-5376
dc.identifier.udc004.056.55
dc.identifier.urihttps://ir.lib.vntu.edu.ua/handle/123456789/51461
dc.description.abstractУ 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.uk
dc.subjectлегковагові блокові шифриuk
dc.subjectкриптографічні примітивиuk
dc.subjectSP-мережаuk
dc.subjectмережа Фейстеляuk
dc.subjectARX-конструкціїuk
dc.subjectS-блокиuk
dc.subjectапаратна складністьuk
dc.subjectкриптографічна стійкістьuk
dc.subjectIoTen
dc.typeArticle, professional native edition
dc.typeArticle
dc.language.isouk_UAuk_UA
dc.relation.referencesPRESENT: 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.en
dc.relation.referencesPoschmann 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.en
dc.relation.referencesKatagi 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.en
dc.relation.referencesBiham 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.en
dc.relation.referencesMatsui 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.en
dc.relation.referencesDifferential 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.en
dc.relation.referencesThe 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.en
dc.relation.referencesHeys 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.en
dc.relation.referencesThe 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).en
dc.relation.referencesRashidi 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.2640en
dc.relation.referencesThe SIMON and SPECK Lightweight Block Ciphers / R. Beaulieu et al. Proc. 52nd ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conf. (DAC). 2015. DOI: https://doi.org/10.1145/2744769.2747946.en
dc.relation.referencesPRESENT Revisited: Improved Linear Cryptanalysis of PRESENT / S. Banik et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2012. Report 2012/064. URL: https://eprint.iacr.org/2012/064 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesPRINCE – A Low-Latency Block Cipher for Pervasive Computing Applications / A. Bogdanov et al. Advances in Cryptology – ASIACRYPT 2012. LNCS. 2012. Vol. 7658. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2012. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-34961-4_31.en
dc.relation.referencesRECTANGLE: A Bit-Slice Lightweight Block Cipher Suitable for Multiple Platforms / W. Zhang et al. Sci. China Inf. Sci. 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/s11432-015-5459-9.en
dc.relation.referencesTWINE: A Lightweight Block Cipher for Multiple Platforms / T. Suzaki et al. Selected Areas in Cryptography – SAC 2012. LNCS. 2013. Vol. 7707. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2013. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642- 35999-6_22.en
dc.relation.referencesLED: A Lightweight Block Cipher / J. Guo et al. Cryptographic Hardware and Embedded Systems – CHES 2011. LNCS. 2011. Vol. 6917. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2011. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-23951- 9_18.en
dc.relation.referencesLightweight Cryptography for Wire less Sensor Networks / G. Bansod et al. Int. J. Computer Applications. 2010. DOI: https://doi.org/10.5120/1542-2073.en
dc.relation.referencesLightweight Cryptography Standardization Process / National Institute of Standards and Technology. URL: https://csrc.nist.gov/projects/lightweight-cryptography (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.references. FELICS – Fair Evaluation of Lightweight Cryptographic Systems / D. Dinu et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2015. Report 2015/315. URL: https://eprint.iacr.org/2015/315 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesBiryukov A., Perrin L. State of the Art in Lightweight Symmetric Cryptography. IACR Cryptologye Print Archive. 2017. Report 2017/511. URL: https://eprint.iacr.org/2017/511 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesPlaintext Recovery Attacks Against SSH / M. R. Albrecht et al. IEEE Symposium on Security and Privacy. 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/SP.2009.7.en
dc.relation.referencesBiryukov A., Velichkov V. Automatic Search for Differential Trails in ARX Ciphers. Topics in Cryptology – CT-RSA 2014. LNCS. 2014. Vol. 8366. Cham : Springer, 2014. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-04852-8_12. 23. Daemen J., Rijmen V. The Design of Rijndael: AES – The Advanced Encryption Standard. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2002. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-04722-4.en
dc.relation.referencesKnudsen L. R. Truncated and Higher Order Differentials. Fast Software Encryption – FSE 1994. LNCS. 1995. Vol. 1008. Berlin ; Heidelberg : Springer, 1995. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-60590-8_8.en
dc.relation.referencesLuby M., Rackoff C. How to Construct Pseudorandom Permutations from Pseudorandom Functions. SIAM J. Computing. 1988. Vol. 17, №2. P. 373–386. DOI: https://doi.org/10.1137/0217017.en
dc.relation.referencesShannon C. E. Communication Theory of Secrecy Systems. Bell System Technical Journal. 1949. Vol. 28. P. 656–715. DOI: https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1949.tb00928.x.en
dc.relation.referencesNyberg K. Differentially Uniform Mappings for Cryptography. Advancesin Cryptology – EUROCRYPT’93. LNCS. 1994. Vol. 765. Berlin ; Heidelberg : Springer, 1994. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-48285-7_6.en
dc.relation.referencesCarlet C. Boolean Functions for Cryptography and Error Correcting Codes. Boolean Models and Methods in Mathematics, Computer Science, and Engineering. Cambridge : Cambridge Univ. Press, 2010. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511780448.007.en
dc.relation.referencesBiham E., Shamir A. Differential Cryptanalysis of the Data Encryption Standard. NewYork : Springer, 1993. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4613-9321-0.en
dc.relation.referencesMatsui M. The First Experimental Cryptanalysis of the Data Encryption Standard. Advancesin Cryptology – CRYPTO’94. LNCS. Berlin ; Heidelberg : Springer, 1994. Vol. 839. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-48658-5_9.en
dc.relation.referencesBiryukov A., Shamir A. Structural Cryptanalysis of SASAS. Advancesin Cryptology – EUROCRYPT 2001. LNCS. 2001. Vol. 2045. P. 394–405. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-44987-6_21.en
dc.relation.referencesCourtois N., Pieprzyk J. Cryptanalysis of Block Ciphers with Over defined Systems of Equations. Advancesin Cryptology – ASIACRYPT 2002. LNCS. 2002. Vol. 2501. P. 267–287. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-36178- 2_16.en
dc.relation.referencesIntegral Cryptanalysis of Block Ciphers / A. Bogdanov et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2011. Report 2011/344. URL: https://eprint.iacr.org/2011/344 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesFerguson N., Schneier B., Kohno T. Cryptography Engineering: Design Principles and Practical Applications. Indianapolis : Wiley, 2010. DOI: https://doi.org/10.1002/9780470941961.en
dc.relation.referencesPaar C., Pelzl J. Understanding Cryptography: A Textbook for Students and Practitioners. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2010. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-04101-3.en
dc.relation.referencesDaemen J., Rijmen V. The Wide Trail Design Strategy. IACR Cryptologye Print Archive. 2002. Report 2002/001. URL: https://eprint.iacr.org/2002/001 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesBiryukov A., Khovratovich D. Related-Key Cryptanalysis of the Full AES-192 and AES-256. Advances in Cryptology – ASIACRYPT 2009. LNCS. 2009. Vol. 5912. P. 1–18. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-10366-6_1.en
dc.relation.referencesDinur I., Dunkelman O., Shamir A. Improved Attacks on Full GOST. Fast Software Encryption – FSE 2012. LNCS. 2012. Vol. 7549. P. 9–28. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-34047-4_1.en
dc.relation.referencesBoura C., Canteaut A. On the Influence of the Algebraic Degreeof S-boxes on the Algebraic Degree of Block Ciphers. IACR Cryptologye Print Archive. 2010. Report 2010/646. URL: https://eprint.iacr.org/2010/646 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesThe SIMON and SPECK Lightweight Block Ciphers / R. Beaulieu et al. Proc. 52nd ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conf. (DAC). 2015. DOI: https://doi.org/10.1145/2744769.2747946.en
dc.relation.referencesReport on Lightweight Cryptography. National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg : NIST, 2017. URL: https://csrc.nist.gov/publications (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesTriathlon of Lightweight Block Ciphers / D. Dinu et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2015. Report 2015/209. URL: https://eprint.iacr.org/2015/209 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesGIFT: A Small Present / S. Banik et al. Cryptographic Hardware and Embedded Systems – CHES 2017. LNCS. 2017. Vol. 10529. Cham : Springer, 2017. P. 321–345. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-66787-4_19.en
dc.relation.referencesThe LED Block Cipher / J. Guo et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2011. Report 2011/449. URL: https://eprint.iacr.org/2011/449 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesBiryukov A., Perrin L., Udovenko A. Reconstruction and Cryptanalysis of Streebog. Advancesin Cryptology – CRYPTO 2016. LNCS. 2016. Vol. 9815. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2016. P. 3–32. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-53018-4_2.en
dc.relation.referencesBogdanov A., Rijmen V. Linear Hulls with Correlation Zero and Linear Cryptanalysis of Block Ciphers. Designs, Codes and Cryptography. 2014. Vol. 70, №3. P. 369–383. DOI: https://doi.org/10.1007/s10623-013-9797-5.en
dc.relation.referencesKhovratovich D., Nikolić I. Rotational Cryptanalysis of ARX. Fast Software Encryption – FSE 2010. LNCS.en
dc.relation.referencesAutomatic Search for Related-Key Differential Characteristics in ARX Ciphers / A. Biryukov et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2011. Report 2011/644. URL: https://eprint.iacr.org/2011/644 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesCryptanalysis of Reduced-Round PRESENT / L. Zhang et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2009. Report 2009/004. URL: https://eprint.iacr.org/2009/004 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesSecurity Evaluation of TWINE / T. Suzaki et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2012. Report 2012/422. URL: https://eprint.iacr.org/2012/422 (дата звернення: 01.03.2026).
dc.relation.referencesThe SKINNY Family of BlockCiphers / C. Beierle et al. Advancesin Cryptology – CRYPTO 2016. LNCS. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2016. Vol. 9814. P. 3–33. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-53018-4_9.en
dc.relation.referencesMidori: A Block Cipher for Low Energy / S. Banik et al. Advancesin Cryptology – ASIACRYPT 2015. LNCS. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2015. Vol. 9453. P. 411–436. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-48800-3_13.en
dc.relation.referencesDaemen J., Rijmen V. AES Proposal: Rijndael. 1999. URL: https://csrc.nist.gov/archive/aes/rijndael/Rijndaelammended.pdf (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesFIPS 197: Advanced Encryption Standard (AES) / National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg: NIST, 2001. URL: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.197.pdf (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesPRIDE: A Block Cipher for Low-Latency Applications / E. Andreeva et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2014. Report 2014/516. URL: https://eprint.iacr.org/2014/516 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesPRINT cipher: A Block Cipher for IC-Printing / L. R. Knudsen et al. Cryptographic Hardware and Embedded Systems – CHES 2010. LNCS. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2010. Vol. 6225. P. 16–32. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-15031-9_2.en
dc.relation.referencesCompact Implementation and Performance Evaluation of Block Ciphersin Constrained Devices / T. Eisenbarth et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2007. Report 2007/221. URL: https://eprint.iacr.org/2007/221 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.references. Cryptanalysis of Lightweight Block Ciphers: A Survey / J.-P. Aumasson et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2013. Report 2013/315. URL: https://eprint.iacr.org/2013/315 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesLightweight Cryptography Workshop 2015 / National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg : NIST, 2015. URL: https://csrc.nist.gov/events/lightweight-cryptography-workshop-2015 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesSIMON and SPECK Implementation Guide / R. Beaulieu et al. National Security Agency, 2013. URL: https://nsacyber.github.io/simon-speck/ (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesTriathlon of Lightweight Block Ciphers for the Internet of Things / D. Dinu et al. IACR Cryptologye Print Archive. 2015. Report 2015/209. URL: https://eprint.iacr.org/2015/209 (дата звернення: 01.03.2026).en
dc.relation.referencesLightweight Cryptography Finalists Announcement / National Institute of Standards and Technology. 2023. URL: https://csrc.nist.gov/projects/lightweight-cryptography/finalists (дата звернення: 01.03.2026).
dc.date.accessioned2026-05-12T13:50:41Z
dc.date.available2026-05-12T13:50:41Z

Файли

Контейнер файлів

Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Вантажиться...
Ескіз
Назва:
197937.pdf
Розмір:
690,84 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format

Ліцензійна угода

Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Вантажиться...
Ескіз
Назва:
license.txt
Розмір:
129 B
Формат:
Plain Text
Опис: