الأمير (شفرة)

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 10 صور
الموسوعة الحرة

خوارزمية برينس هي خوارزمية تشفير كتلية مصممة لتطبيقات الأجهزة ذات زمن الاستجابة المنخفض والمعالجة غير المكتملة. تعتمد على ما يُعرف ببنية FX. [ 2 ] أبرز ما يميزها هو انعكاس ألفا : فك التشفير هو التشفير باستخدام مفتاح مرتبط، وهو أمر سهل الحساب للغاية. على عكس معظم خوارزميات التشفير "الخفيفة" الأخرى، تتميز برينس بعدد قليل من الجولات، كما أن طبقات كل جولة ذات عمق منطقي منخفض. ونتيجة لذلك، تستطيع تطبيقاتها غير المكتملة الوصول إلى ترددات أعلى بكثير من خوارزميتي AES أو PRESENT . ووفقًا للمؤلفين، فإنه في ظل نفس القيود الزمنية والتقنيات، تستخدم برينس مساحة أقل بمقدار 6-7 مرات من PRESENT-80، ومساحة أقل بمقدار 14-15 مرة من AES-128. [ 3 ]

ملخص

حجم الكتلة 64 بت وحجم المفتاح 128 بت. يتم تقسيم المفتاح إلى مفتاحين، كل منهما 64 بت.ك0{\displaystyle K_{0}}وك1{\displaystyle K_{1}}يتم إجراء عملية XOR بين المدخلات وك0{\displaystyle K_{0}}ثم تتم معالجتها بواسطة وظيفة أساسية باستخدامك1{\displaystyle K_{1}}يتم إجراء عملية XOR على ناتج الدالة الأساسية بواسطةك0′{\displaystyle K'_{0}}لإنتاج الناتج النهائي (ك0′{\displaystyle K_{0}'}هي قيمة مشتقة منك0{\displaystyle K_{0}}يتم فك التشفير عن طريق التبادل.ك0{\displaystyle K_{0}}وك0′{\displaystyle K'_{0}}وذلك عن طريق تغذية الوظيفة الأساسية بـك1{\displaystyle K_{1}}[ 4 ]​

تتضمن الوظيفة الأساسية 5 جولات "أمامية"، وجولة متوسطة، و5 جولات "خلفية"، ليصبح المجموع 11 جولة. تشير الورقة الأصلية إلى 12 جولة دون توضيحها بشكل صريح؛ فإذا احتُسبت الجولة المتوسطة كجولتين (لاحتوائها على طبقتين غير خطيتين)، يصبح إجمالي عدد الجولات 12.

تبدأ الجولة الأمامية بثابت جولة يتم تطبيق عملية XOR عليه.ك1{\displaystyle K_{1}}ثم طبقة غير خطيةS{\displaystyle S}وأخيراً طبقة خطيةم{\displaystyle M}. الجولات "الخلفية" هي عكس الجولات "الأمامية" تمامًا باستثناء ثوابت الجولة.

تعتمد الطبقة غير الخطية على صندوق S واحد مكون من 4 بتات والذي يمكن اختياره من بين المكافئ الأفيني لـ 8 صناديق S محددة.

تتكون الطبقة الخطية من الضرب بمصفوفة 64×64م′{\displaystyle M'}وصف إزاحة مشابه للصف الموجود في AES ولكنه يعمل على وحدات 4 بت بدلاً من البايتات.

م′{\displaystyle M'}يتم بناؤها من مصفوفات 16×16م0{\displaystyle M_{0}}وم1{\displaystyle M_{1}}بطريقة تجعل عملية الضرب فيم′{\displaystyle M'}يمكن حسابها بأربع عمليات ضرب أصغر، اثنتان منها باستخدامم0{\displaystyle M_{0}}واثنين يستخدمانم1{\displaystyle M_{1}}.

تتألف الجولة المتوسطة منS{\displaystyle S}طبقة متبوعة بـم′{\displaystyle M'}ثم يتبع ذلكS-1{\displaystyle S^{-1}}طبقة.

تحليل الشفرات

لتشجيع تحليل شفرة الأمير، ابتكرت المنظمات التي تقف وراءها "تحدي الأمير" . مؤرشف من الأصل بتاريخ ٢٣ أكتوبر ٢٠١٦. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٩ أكتوبر ٢٠١٦ .

تقدم الورقة البحثية "تحليل أمان PRINCE" [ 1 ] العديد من الهجمات على المتغيرات الكاملة والمختصرة، وعلى وجه الخصوص، هجوم ذو تعقيد 2 125.1 وهجوم مفتاح ذي صلة يتطلب 2 33 بيانات.

نُشرت دراسةٌ عامةٌ تُقارن بين الوقت والذاكرة والبيانات في تصميمات FX، مع تطبيقٍ على خوارزمية Prince. [ 5 ] تُجادل الدراسة بأن تصميم FX يُعد حلاً جيداً لتحسين أمان خوارزمية تشفير واسعة الانتشار (كما فعلت خوارزمية DES-X مع خوارزمية DES )، ولكنه خيارٌ غير مناسبٍ للتصميمات الجديدة. وتُقدم الدراسة تعديلاً على خوارزمية Prince لتعزيزها ضد هذا النوع من الهجمات.

نُشرت دراسةٌ لهجوم تحليل التشفير باستخدام ثنائيات الوحدات على التشفير الكامل. ويتوافق هذا الهجوم إلى حدٍ ما مع تقديرات المصممين، إذ يُقلل مساحة البحث عن المفتاح بمقدار 2 1.28 ( تشير الورقة الأصلية إلى عامل 2). [ 6 ]

تركز ورقة البحث "تحليل التشفير الانعكاسي لتشفيرات شبيهة بـ PRINCE" على انعكاس ألفا وتضع معايير لاختيار ثابت ألفا. وتُبين أن اختيار قيمة ألفا بشكل غير مناسب قد يؤدي إلى هجمات فعالة على التشفير الكامل؛ إلا أن القيمة التي يختارها المصممون عشوائيًا ليست من بين القيم الضعيفة. [ 7 ]

نُشرت عدة هجمات من نوع "اللقاء في المنتصف" على نسخ مُصغّرة من الجولات. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

يمكن للهجوم في بيئة متعددة المستخدمين العثور على مفاتيح مستخدمين اثنين من بين مجموعة من 232 مستخدمًا في وقت 265. [ 11 ]

تم نشر هجوم على 10 جولات بتعقيد إجمالي قدره 118.56 بت. [ 12 ]

تم نشر هجوم على 7 جولات بتعقيد زمني قدره 257 عملية. [ 13 ]

تم نشر هجوم خطأ تفاضلي باستخدام 7 نصوص مشفرة خاطئة في ظل نموذج خطأ عشوائي مكون من 4 بتات. [ 14 ]

تقدم الورقة البحثية "أساليب جديدة لتحليل تشفير PRINCE المخفض عدد الجولات" [ 15 ] هجوم البوميرانج وهجوم النص الواضح المعروف على إصدارات الجولات المخفضة حتى 6 جولات.

في عام 2015، نُشرت بعض الهجمات الإضافية، لكنها غير متاحة مجانًا. [ 16 ] [ 17 ]

أكثر الهجمات العملية على النسخ المصغرة

عدد الجولاتوقتبياناتطريقة
42 43.433الالتقاء في المنتصف [ 8 ]
45*2 880التكامل [ 13 ]
52 2996التكامل [ 13 ]
62 25.130574التحليل التفاضلي للشفرات [ 8 ]
62 41393216التكامل [ 13 ]
62 342 32بوميرانج [ 15 ]
82 50.72 16الالتقاء في المنتصف [ 8 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 جان، جيريمي؛ نيكوليتش، إيفيكا؛ بيرين، توماس؛ وانغ، لي؛ وو، شوانغ (2013). "تحليل أمني لـ PRINCE" (ملف PDF) . تشفير البرمجيات السريع .
  2. ↑ كيليان، جو؛ روجاواي، فيليب (1996). "كيفية حماية خوارزمية DES من البحث الشامل عن المفتاح". التطورات في علم التشفير - CRYPTO '96 . سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد 1109. الصفحات 252-267 . doi : 10.1007/3-540-68697-5_20 . ISBN   978-3-540-61512-5.
  3. ^ بورغوف، جوليا. كانتوت, آن ; جونيسو، تيم؛ بيلج كافون، إليف؛ كنزيفيتش، ميروسلاف؛ كنودسن، لارس ر. ليندر، جريجور. نيكوف، فينتزيسلاف؛ بار، كريستوف. ريشبيرجر، كريستيان؛ رومبوتس، بيتر؛ تومسن، سورين S .؛ يالتشين، تولجا. “PRINCE – تشفير كتلة منخفض الكمون لتطبيقات الحوسبة المنتشرة” (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  4. ↑ المؤتمر الدولي حول نظرية وتطبيق علم التشفير وأمن المعلومات، محرر (2012). التطورات في علم التشفير - ASiACRYPT 2012: وقائع المؤتمر الدولي الثامن عشر حول نظرية وتطبيق علم التشفير وأمن المعلومات، بكين، الصين، 2-6 ديسمبر 2012. سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. هايدلبرغ، نيويورك: سبرينغر. ISBN 978-3-642-34961-4.
  5. ↑ دينور، إيتاي. "المقايضات التحليلية المشفرة للوقت والذاكرة والبيانات لهياكل العملات الأجنبية مع تطبيقات على PRINCE و PRIDE" (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  6. ↑ عابد، فرزانة؛ ليست، إيك؛ لوكس، ستيفان. "حول أمن جوهر PRINCE ضد Biclique والتحليل التشفيري التفاضلي" (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  7. ↑ سليماني، هادي؛ بلوندو، سيلين؛ يو، شياو لي؛ وو، ونلينغ؛ نيبيرج، كايسا؛ تشانغ، هويلينغ. تشانغ، لي. وانغ، يانفنغ. “تحليل الانعكاس الانعكاسي للأصفار المشابهة لـ PRINCE” (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  8. 1 2 3 4 بيرين، ليو؛ ديربيز، ب. "هجمات الالتقاء في المنتصف والتحليل الهيكلي لـ PRINCE المخفضة الجولات" (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  9. ↑ لي، ليبو؛ جيا، كيتينغ؛ وانغ، شياويون. "تحسين هجمات الالتقاء في المنتصف على AES-192 و PRINCE" (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  10. ↑ كانتو، أ .؛ نايا-بلاسينسيا، م.؛ فايسيير، ب. (2013). "المنخل في المنتصف: هجمات الوسيط المحسّنة". التطورات في علم التشفير - CRYPTO 2013. سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد 8042. الصفحات 222-240 . doi : 10.1007/978-3-642-40041-4_13 . ISBN   978-3-642-40040-7.
  11. ^ فوكي، بيير آلان. جوكس، أنطوان؛ مافروماتي، كريسانثي. “تصادمات متعددة المستخدمين: تطبيقات على السجلات المنفصلة وحتى المنصور والأمير” (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  12. ↑ كانتو، آن ؛ فور، توماس؛ جيلبرت، هنري؛ نايا-بلاسينسيا، ماريا؛ راينهارد، جان-رينيه. "التحليل التفاضلي المتعدد لتشفير PRINCE المختزل بالجولات" (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  13. 1 2 3 4 مورافيسكي، ب. "الهجمات العملية على PRINCE المخفضة الجولة" (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  14. ↑ سونغ، لينغ؛ هو، لي. "هجوم الخطأ التفاضلي على تشفير كتلة PRINCE" (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  15. 1 2 بوستيوكا، ر.؛ دوتا، س.؛ نيجارا، ج. "مناهج جديدة لتحليل تشفير PRINCE المخفض عدد الجولات" (PDF) .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  16. ↑ بوستيوكا، ر.؛ نيجارا، ج. (2015). "التحليل التشفيري المتكامل لتشفير برينس المُختزل إلى عدد جولات مُحدد" . وقائع الأكاديمية الرومانية. السلسلة أ. الرياضيات، الفيزياء، العلوم التقنية، علم المعلومات . 16 .
  17. ↑ تشاو، جي.؛ صن، بي.؛ لي، سي.؛ سو، جي. (2015). "تحليل التشفير التفاضلي المقتطع لـ PRINCE". شبكات الأمن والاتصالات . 8 (16): 2875-2887 . doi : 10.1002/sec.1213 . S2CID 30147147 .