SPN yapıdaki simetrik şifreleme algoritmalarının tasarımı, güvenlik ve performans analizleri

Abstract

Bu tez çalışmasında SPN yapısındaki şifreleme algoritmalarının literatürde çokça uygulanan farksal ve doğrusal analiz gibi analizlerle güvenlik incelemesi anlatılmıştır. Şifreleme algoritmaları akan şifre ve blok olmak üzere ikiye ayrılmaktadır ve SPN yapılar çoğunlukla blok şifre algoritmalarında görülmektedir. SPN yapısının rasgele sayı üreteci ya da bir akan şifre olarak kullanılabileceğini gösterebilmek için sünger yapısına benzer yeni bir çalışma modu ve DIZY algoritması tasarlanarak yayımlanmıştır. Tasarlanan bu yeni akan şifre algoritması DIZY olarak adlandırılıp yayına dönüştürülmüştür. S-kutuları ve permütasyondan oluşan temel yapı taşları bilinen bazı kriptoanaliz yöntemleriyle incelenmiştir. Blok şifreleme algoritmalarının güvenlik ispatlarına benzer bir metot izlenmiştir. Ayrıca yeni algoritmaların, alan, yer ve güç harcaması gibi ölçütlerle literatürdeki diğer algoritmalarla karşılaştırılabilmesi için FPGA ve ASIC ortamında gerçeklemeleri yapılarak simülasyonlar çalıştırılmıştır.

In this work, we address small state keystream generators. We propose a distinct design strategy for lightweight stream ciphers by introducing a new construction method for diffusion layers of SPN ciphers along with its security proofs in terms of active S-boxes. Moreover, we propose a new stream cipher mode of operation from a truncated random permutation. The permutation fortunately does not require a key schedule and we can provide security proof for the mode with certain parameters in the indistinguishability of random oracle model. We present two new lightweight stream ciphers called DIZY to embody our construction method. Their hardware performances in terms of area cost, power and energy consumption are among the best in comparison to the eminent stream ciphers, particularly for frame based encryptions which require frequent initialization. This work can contribute in turning things around in favor of stream ciphers.