крипта 8

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ,

СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

Факультет: Кибербезопасность

Кафедра: Защищенных систем связи

Дисциплина: Методы и средства криптографической защиты информации

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №8

Тема:

“Дифференциальный криптоанализ блочного шифра”

Направление/специальность подготовки

(код и наименование направления/специальности)

Студент:

__________

(Ф.И.О., № группы) (подпись)

Преподаватель:

профессор кафедры ЗСС Яковлев В. А. ________

(Ф.И.О. преподавателя) (подпись)

Цель работы: Изучение принципа дифференциального криптоанализа блочных шифров, реализованных по схеме SPN.

Задание:

1. Произвести вычисления разностных характеристик S-box «учебного шифра», построенного на основе схемы SPN.

2. Построить сквозную дифференциальную характеристику шифра.

3. Произвести вычисление элементов 5-го раундового ключа шифра SPN, используя дифференциальный криптоанализ.

Ход выполнения лабораторной работы:

Необходимо построить сквозную разностную характеристику. В данном отчёте дифференциальный анализ выполняется по варианту 13, исходные данные которого представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

№ вар.	1раунд	2 раунд	3 раунд
13	S11	S24	S32,S33

Рисунок 1 – S-BOX11

Рисунок 2 – S-BOX24

Рисунок 3 – S-BOX32

Рисунок 4 – S-BOX33

Рисунок 5 – Построение дифференциальной характеристики

Вероятности появления пар разностей

Проверил полученную в программе вероятность с помощью расчётов:

Для вычислений воспользуемся таблицей представленной в книге «Основы криптографии»

S_(1,1) ΔX = A  ΔY = 1 с вероятностью (2/16)

S_(2,4) ΔX = 8  ΔY = 6 с вероятностью (2/16)

S_(3,2) ΔX = 1  ΔY = А с вероятностью (4/16)

S_(3,3) ΔX = 1  ΔY = А с вероятностью (4/16)

ΔP = ΔU₁ = [1010 0000 0000 0000]

ΔV₁ = [0001 0000 0000 0000], (ΔY = 1) с вероятностью (2/16 = 1/8)

После перестановки в первом слое, получаем

ΔU₂ = [0000 0000 0000 1000], (ΔY = 1) с вероятностью (1/8)

Далее используем ранее выбранную выходную пару для блока S_2,4

ΔV₂ = [0000 0000 0000 0110]

После переустановки получаем для следующего слоя

ΔU₃ = [0000 0001 0001 0000] с вероятностью (1/8 * 2/16 = 1/64)

Переходя к блокам S_3,2, S_3,3, получаем

ΔV₃ = [0000 1010 1010 0000] с вероятностью (4/16)²

Для слоя ΔU₄ получаем

ΔU₄ = [0110 0000 0110 0000] с вероятностью (1/8 * 1/8 * 1/4 * 1/4 = 1/64 * 1/16 = 1/1024 = 0,0009765 = 0,000977)

Следующим шагом задал число N=100 пар сообщение/криптограмма, с разностью сообщений используемых при дифференциальном криптоанализе (рис.5).

Рисунок 5 – Результат криптоанализа при N=100 пар

Повторил пункт для N=500 пар (рис.6)

Рисунок 6 – Результат криптоанализа при N=500 пар

Повторил пункт для N=5000 пар (рис.7)

Рисунок 7 – Результат криптоанализа при N=5000 пар

Вывод

В ходе выполнения лабораторной работы изучили принцип дифференциального криптоанализа блочных шифров, реализованных по схеме SPN. Дифференциальный криптоанализ – это метод анализа блочных шифров, который опирается на изучение изменений входных и выходных блоков при изменении входных данных на нескольких раундах шифрования. Для повышения устойчивости от дифференциального криптоанализа следует увеличить количество раундов шифрования и использовать более сильные ключи шифрования.

Санкт – Петербург

2025