Принц (шифр)

Принц
Общий
Дизайнеры	Технический университет Дании , INRIA , Рурский университет в Бохуме и NXP Semiconductors
Впервые опубликовано	2012
Полученный из	АЭС , НАСТОЯЩЕЕ
Деталь шифрования
Размеры ключей	128 бит
Размеры блоков	64 бита
Состав	СПН
Раунды	11 (но 12 нелинейных слоев)
Лучший публичный криптоанализ
	один ключ может быть восстановлен с вычислительной сложностью 2 125.47 с использованием структурных линейных соотношений. В соответствующей ключевой настройке сложность данных равна 2. 33 и временная сложность 2 64 . При использовании соответствующей клавиши атаки бумерангом сложность равна 2. 39 как для данных, так и для времени.

Prince — это блочный шифр, предназначенный для развернутых аппаратных реализаций с низкой задержкой. В его основе лежит так называемая конструкция FX. ^[2]Его наиболее примечательной особенностью является альфа-отражение : дешифрование представляет собой шифрование с использованием связанного ключа, вычисление которого очень дешево. В отличие от большинства других «легких» шифров, он имеет небольшое количество раундов, а слои, составляющие раунд, имеют низкую логическую глубину. В результате полностью развернутая реализация способна достигать гораздо более высоких частот, чем AES или PRESENT . По мнению авторов, при тех же временных ограничениях и технологиях PRINCE использует в 6–7 раз меньшую площадь, чем PRESENT-80, и в 14–15 раз меньшую площадь, чем AES-128. ^[3]

Обзор [ править ]

Размер блока составляет 64 бита, а размер ключа — 128 бит. Ключ разделен на два 64-битных ключа. $K_{0}$ и $K_{1}$ . Ввод подвергается операции XOR с $K_{0}$ , затем обрабатывается базовой функцией с использованием $K_{1}$ . Вывод основной функции фиксируется с помощью $K'_{0}$ для получения окончательного результата ( $K_{0}'$ это значение, полученное из $K_{0}$ ). Расшифровка осуществляется путем обмена $K_{0}$ и $K'_{0}$ и подавая основную функцию с помощью $K_{1}$ xored с константой, обозначенной альфа. ^[4]

Основная функция содержит 5 раундов «вперед», средний раунд и 5 раундов «назад», всего 11 раундов. В оригинальной статье упоминаются 12 раундов, но они не описаны явно; если средний раунд считать за два раунда (поскольку он содержит два нелинейных слоя), то общее количество раундов равно 12.

Прямой раунд начинается с константы раунда, обработанной методом XOR с $K_{1}$ , то нелинейный слой $S$ и, наконец, линейный слой $M$ . «Обратные» раунды в точности обратны «прямым» раундам, за исключением констант раунда.

Нелинейный уровень основан на одном 4-битном S-блоке , который можно выбрать среди аффинных эквивалентов 8 заданных S-блоков.

Линейный слой состоит из умножения на матрицу 64х64. $M'$ и строка сдвига, аналогичная той, что есть в AES, но работает с 4-битными полубайтами, а не с байтами.

$M'$ построен из матриц 16x16 $M_{0}$ и $M_{1}$ таким образом, что умножение на $M'$ можно вычислить четырьмя меньшими умножениями, два из которых используют $M_{0}$ и два с использованием $M_{1}$ .

Средний раунд состоит из $S$ слой, за которым следует $M'$ за которым последовал $S^{-1}$ слой.

Криптоанализ [ править ]

Чтобы стимулировать криптоанализ шифра Принса, организации, стоящие за ним, создали «Принц вызов» . Архивировано из оригинала 23 октября 2016 г. Проверено 9 октября 2016 г.

Доклад "Анализ безопасности PRINCE" ^[1] представлено несколько атак на полный и раунд уменьшенный варианты, в частности атака сложности 2 ^125.1 и соответствующая ключевая атака, требующая 2 ³³ данные.

Общий компромисс между временем, памятью и данными для конструкций FX был опубликован с применением к Принсу. ^[5]В документе утверждается, что конструкция FX является прекрасным решением для повышения безопасности широко распространенного шифра (как это сделал DES-X для DES ), но это сомнительный выбор для новых разработок. Он представляет собой настройку шифра Принца, чтобы укрепить его против этого конкретного типа атаки.

шифр . Опубликована атака бикликового криптоанализа на полный Это в некоторой степени соответствует оценке дизайнеров, поскольку сокращает пространство поиска ключей в 2 раза. ^1.28 (в оригинальной статье упоминается фактор 2). ^[6]

В статье «Отражательный криптоанализ шифров типа PRINCE» основное внимание уделяется альфа-отражению и устанавливаются критерии выбора альфа-константы. Это показывает, что неправильно выбранная альфа приведет к эффективной атаке на полный шифр; но случайно выбранное дизайнерами значение не относится к числу слабых. ^[7]

Несколько атак типа «встреча посередине» были опубликованы в сокращенных версиях. ^[8]^[9]^[10]

Атака в многопользовательском режиме может найти ключи 2-х пользователей среди набора из 2-х. ³² пользователи во времени 2 ⁶⁵. ^[11]

Опубликована атака на 10 раундов общей сложностью 118,56 бит. ^[12]

Атака на 7 раундов с временной сложностью 2 ⁵⁷ операции были опубликованы. ^[13]

Была опубликована атака по дифференциальной ошибке с использованием 7 ошибочных зашифрованных текстов в рамках модели случайной 4-битной ошибки. ^[14]

Статья "Новые подходы к криптоанализу шифров PRINCE с уменьшенным числом раундов" ^[15] представляет атаку бумерангом и атаку по известному открытому тексту в сокращенных версиях раундов до 6 раундов.

В 2015 году было опубликовано несколько дополнительных атак, но они не доступны в свободном доступе. ^[16]^[17]

практичные атаки на уменьшенные раундов Наиболее версии

Количество раундов	Время	Данные	Метод
4	2 ^43.4	33	Встреча посередине ^[8]
4	5*2 ⁸	80	интеграл ^[13]
5	2 ²⁹	96	интеграл ^[13]
6	2 ^25.1	30574	Дифференциальный криптоанализ ^[8]
6	2 ⁴¹	393216	интеграл ^[13]
6	2 ³⁴	2 ³²	Бумеранг ^[15]
8	2 ^50.7	2 ¹⁶	Встреча посередине ^[8]

Ссылки [ править ]

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Жан, Жереми; Николич, Ивица; Пейрин, Томас; Ван, Лей; Ву, Шуан (2013). «Анализ безопасности PRINCE» (PDF) . Быстрое программное шифрование .
^ Килиан, Джо; Рогауэй, Филипп (1996). «Как защитить DES от полного поиска ключей». Достижения в криптологии – КРИПТО '96 . Конспекты лекций по информатике. Том. 1109. стр. 252–267. дои : 10.1007/3-540-68697-5_20 . ISBN 978-3-540-61512-5 .
^ Боргхофф, Джулия; Канто, Энн ; Гунейсу, Тим; Бильге Кавун, Элиф; Кнежевич, Мирослав; Кнудсен, Ларс Р.; Леандер, Грегор; Ников, Венцислав; Паар, Кристоф; Рехбергер, Кристиан; Ромбаутс, Питер; Томсен, Сорен С.; Ялчин, Толга. «PRINCE — блочный шифр с малой задержкой для широкомасштабных вычислительных приложений» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Международная конференция по теории и применению криптологии и информационной безопасности, под ред. (2012). Достижения в криптологии — ASiACRYPT 2012: 18-я международная конференция по теории и применению криптологии и информационной безопасности, Пекин, Китай, 2–6 декабря 2012 г., протоколы . Конспекты лекций по информатике. Гейдельберг, Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-3-642-34961-4 .
^ Динур, Итай. «Криптаналитический компромисс между временем, памятью и данными для конструкций FX с приложениями к PRINCE и PRIDE» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Абед, Фарзане; Лист, Эйк; Удачи, Стефан. «О безопасности ядра PRINCE против биклика и дифференциального криптоанализа» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Сулеймани, Хади; Блондо, Селин; Ву, Вэньлин; Чжан, Хуэйлин; «Отражательный криптоанализ шифров, подобных ПРИНЦУ» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Перрин, Лео; Дербез, П. «Атаки типа «встреча посередине» и структурный анализ PRINCE с уменьшенным числом раундов» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Ли, Лейбо; Цзя, Кэтинг; Ван, Сяоюнь. «Улучшенные атаки типа «встреча посередине» на AES-192 и PRINCE» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Канто, А .; Ная-Пласенсия, М.; Вайсьер, Б. (2013). «Сито посередине: улучшенные атаки MITM». Достижения криптологии – CRYPTO 2013 . Конспекты лекций по информатике. Том. 8042. стр. 222–240. дои : 10.1007/978-3-642-40041-4_13 . ISBN 978-3-642-40040-7 .
^ Фуке, Пьер-Ален; Жу, Антуан; Мавромати, Хрисанти. «Многопользовательские коллизии: приложения к дискретным журналам, Эвен-Мансур и Принц» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Канто, Энн ; Фур, Томас; Жильбер, Анри; Ная-Пласенсия, Мария; Рейнхард, Жан-Рене. «Множественный дифференциальный криптоанализ PRINCE с круглым сокращением» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Моравецкий, П. «Практические атаки на ПРИНЦА с круглым сокращением» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Сун, Линг; Ху, Лей. «Дифференциальная атака на блочный шифр PRINCE» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Перейти обратно: ^а ^б Постеука, Р.; Дута, К.; Негара, Г. «Новые подходы к криптоанализу шифров PRINCE с уменьшенным числом раундов» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Постеука, Р.; Негара, Г. (2015). «Интегральный криптоанализ округленного шифра ПРИНЦА» . Труды Румынской академии. Серия А. Математика, физика, технические науки, информатика . 16 .
^ Чжао, Г.; Сан, Б.; Ли, К.; Су, Дж. (2015). «Усеченный дифференциальный криптоанализ ПРИНЦА». Сети безопасности и связи . 8 (16): 2875–2887. дои : 10.1002/сек.1213 . S2CID 30147147 .

Внешние ссылки [ править ]

http://eprint.iacr.org/2012/529.pdf , оригинальная статья: «PRINCE — блочный шифр с малой задержкой для широкомасштабных вычислительных приложений»
https://www.emsec.rub.de/research/research_startseite/prince-challenge Домашняя страница испытания «Принц»
https://github.com/sebastien-riou/prince-c-ref Реализации программного обеспечения на C
https://github.com/weedegee/prince Программные реализации на Python
https://github.com/huljar/prince-vhdl Аппаратная реализация на VHDL

[Security_analysis_of_PRINCE-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Жан, Жереми; Николич, Ивица; Пейрин, Томас; Ван, Лей; Ву, Шуан (2013). «Анализ безопасности PRINCE» (PDF) . Быстрое программное шифрование .

[2] Килиан, Джо; Рогауэй, Филипп (1996). «Как защитить DES от полного поиска ключей». Достижения в криптологии – КРИПТО '96 . Конспекты лекций по информатике. Том. 1109. стр. 252–267. дои : 10.1007/3-540-68697-5_20 . ISBN 978-3-540-61512-5 .

[paper-3] Боргхофф, Джулия; Канто, Энн ; Гунейсу, Тим; Бильге Кавун, Элиф; Кнежевич, Мирослав; Кнудсен, Ларс Р.; Леандер, Грегор; Ников, Венцислав; Паар, Кристоф; Рехбергер, Кристиан; Ромбаутс, Питер; Томсен, Сорен С.; Ялчин, Толга. «PRINCE — блочный шифр с малой задержкой для широкомасштабных вычислительных приложений» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[4] Международная конференция по теории и применению криптологии и информационной безопасности, под ред. (2012). Достижения в криптологии — ASiACRYPT 2012: 18-я международная конференция по теории и применению криптологии и информационной безопасности, Пекин, Китай, 2–6 декабря 2012 г., протоколы . Конспекты лекций по информатике. Гейдельберг, Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-3-642-34961-4 .

[5] Динур, Итай. «Криптаналитический компромисс между временем, памятью и данными для конструкций FX с приложениями к PRINCE и PRIDE» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[6] Абед, Фарзане; Лист, Эйк; Удачи, Стефан. «О безопасности ядра PRINCE против биклика и дифференциального криптоанализа» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[7] Сулеймани, Хади; Блондо, Селин; Ву, Вэньлин; Чжан, Хуэйлин; «Отражательный криптоанализ шифров, подобных ПРИНЦУ» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[Meet-in-the-Middle_Attacks_and_Structural_Analysis_of_Round-Reduced_PRINCE-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Перрин, Лео; Дербез, П. «Атаки типа «встреча посередине» и структурный анализ PRINCE с уменьшенным числом раундов» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[9] Ли, Лейбо; Цзя, Кэтинг; Ван, Сяоюнь. «Улучшенные атаки типа «встреча посередине» на AES-192 и PRINCE» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[10] Канто, А .; Ная-Пласенсия, М.; Вайсьер, Б. (2013). «Сито посередине: улучшенные атаки MITM». Достижения криптологии – CRYPTO 2013 . Конспекты лекций по информатике. Том. 8042. стр. 222–240. дои : 10.1007/978-3-642-40041-4_13 . ISBN 978-3-642-40040-7 .

[11] Фуке, Пьер-Ален; Жу, Антуан; Мавромати, Хрисанти. «Многопользовательские коллизии: приложения к дискретным журналам, Эвен-Мансур и Принц» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[12] Канто, Энн ; Фур, Томас; Жильбер, Анри; Ная-Пласенсия, Мария; Рейнхард, Жан-Рене. «Множественный дифференциальный криптоанализ PRINCE с круглым сокращением» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[Practical_Attacks_on_the_Round-reduced_PRINCE-13] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Моравецкий, П. «Практические атаки на ПРИНЦА с круглым сокращением» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[14] Сун, Линг; Ху, Лей. «Дифференциальная атака на блочный шифр PRINCE» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[New_approaches_for_round-reduced_PRINCE_cipher_cryptanalysis-15] Перейти обратно: ^а ^б Постеука, Р.; Дута, К.; Негара, Г. «Новые подходы к криптоанализу шифров PRINCE с уменьшенным числом раундов» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[16] Постеука, Р.; Негара, Г. (2015). «Интегральный криптоанализ округленного шифра ПРИНЦА» . Труды Румынской академии. Серия А. Математика, физика, технические науки, информатика . 16 .

[17] Чжао, Г.; Сан, Б.; Ли, К.; Су, Дж. (2015). «Усеченный дифференциальный криптоанализ ПРИНЦА». Сети безопасности и связи . 8 (16): 2875–2887. дои : 10.1002/сек.1213 . S2CID 30147147 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]