Аналіз архітектур та криптографічних примітивів легковагових блокових шифрів
| dc.contributor.author | Лужецький, В. А. | uk |
| dc.contributor.author | Кирилащук, Т. Г. | uk |
| dc.contributor.author | Luzhetskyi, V. A. | en |
| dc.contributor.author | Kyrylashchuk, T. H. | en |
| dc.title | Аналіз архітектур та криптографічних примітивів легковагових блокових шифрів | uk |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.publisher | Вінницький національний технічний університет | uk |
| dc.identifier.citation | 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. | uk |
| dc.relation.ispartof | Наукові праці Вінницького національного технічного університету. № 1. | uk |
| dc.relation.uri | https://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/925 | |
| dc.identifier.doi | https://doi.org/10.31649/2307-5376-2026-1-123-134 | |
| dc.identifier.issn | 2307-5376 | |
| dc.identifier.udc | 004.056.55 | |
| dc.identifier.uri | https://ir.lib.vntu.edu.ua/handle/123456789/51461 | |
| dc.description.abstract | 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. | uk |
| dc.subject | легковагові блокові шифри | uk |
| dc.subject | криптографічні примітиви | uk |
| dc.subject | SP-мережа | uk |
| dc.subject | мережа Фейстеля | uk |
| dc.subject | ARX-конструкції | uk |
| dc.subject | S-блоки | uk |
| dc.subject | апаратна складність | uk |
| dc.subject | криптографічна стійкість | uk |
| dc.subject | IoT | en |
| dc.type | Article, professional native edition | |
| dc.type | Article | |
| dc.language.iso | uk_UA | uk_UA |
| dc.relation.references | 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. | en |
| dc.relation.references | 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. | en |
| dc.relation.references | 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. | en |
| dc.relation.references | 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. | en |
| dc.relation.references | 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. | en |
| dc.relation.references | 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. | en |
| dc.relation.references | 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. | en |
| dc.relation.references | 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. | en |
| dc.relation.references | 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). | en |
| dc.relation.references | 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 | en |
| dc.relation.references | The 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.references | PRESENT 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.references | PRINCE – 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.references | RECTANGLE: 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.references | TWINE: 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.references | LED: 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.references | Lightweight 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.references | Lightweight 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.references | Biryukov 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.references | Plaintext 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.references | Biryukov 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.references | Knudsen 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.references | Luby 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.references | Shannon 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.references | Nyberg 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.references | Carlet 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.references | Biham 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.references | Matsui 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.references | Biryukov 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.references | Courtois 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.references | Integral 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.references | Ferguson 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.references | Paar 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.references | Daemen 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.references | Biryukov 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.references | Dinur 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.references | Boura 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.references | The 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.references | Report 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.references | Triathlon 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.references | GIFT: 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.references | The 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.references | Biryukov 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.references | Bogdanov 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.references | Khovratovich D., Nikolić I. Rotational Cryptanalysis of ARX. Fast Software Encryption – FSE 2010. LNCS. | en |
| dc.relation.references | Automatic 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.references | Cryptanalysis 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.references | Security 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.references | The 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.references | Midori: 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.references | Daemen 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.references | FIPS 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.references | PRIDE: 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.references | PRINT 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.references | Compact 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.references | Lightweight 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.references | SIMON 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.references | Triathlon 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.references | Lightweight 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.accessioned | 2026-05-12T13:50:41Z | |
| dc.date.available | 2026-05-12T13:50:41Z |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- 197937.pdf
- Розмір:
- 690,84 KB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1