LOGO

HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỚI CHO NGÀNH MẬT MÃ NƯỚC NHÀ

TS. Hồ Ngọc Duy Cục, CNTT/BQP

Company Logo

Nội dung

Đặt vấn đề1

Công nghệ FPGA2

Một số nghiên cứu3

Đề xuất nghiên cứu4

Đặt vấn đề

Chức năng mật mã: tính bí mật, tính toàn vẹn, tính xác thực và tính chống từ chối.

Những thuật toán nổi tiếng như: DES, 2DES, 3DES, AES,Serpent, RC6, Twofish…

Yêu cầu đặt ra: Đòi hỏi tối thiểu sử dụng phần cứng và thích ứng với công nghệ chíp mới?

Công nghệ FPGA

Field Programmable Gate Array (FPGA), là 1 chip silicon chứa trong nó rất nhiều “khối logic” có thể tái cấu hình CLB (Configurable Logic Blocks) được liên kết với nhau thành bằng các liên kết khả trình (Programmable Interconnect).

Công nghệ FPGA

Một số nghiên cứu

Moldovyan N.A., Moldovyan A.A (2008), “Data-driven Ciphers for Fast Telecommunication Systems”, Auerbach Publications Talor & Francis Group, New York.

Moldovyan, A.A., Moldovyan, N.A., and Sklavos, N. (2006), “Controlled elementsfor designing ciphers suitable to efficient VLSI implementation”, Elecommunication Systems, 32, 149–163.

Moldovyan, N.A., Sklavos, N., Moldovyan, A.A., and Koufopavlou, O. (2005), “Chess-64, A block cipher based on data-dependent operations: Design variants and hardware implementation efficiency”, Asian Journal of Information Technology, 4, 320–328.

Moldovyan, N.A., Moldovyanu, P.A., and Summerville, D.H (2007), “On software implementation of fast DDP-based ciphers”, International Journal of Network Security (4), 81–89.

N.D. Goots, B.V. Izotov, A.A. Moldovyan, and N.A. Moldovyan (2003), Modern cryptography: protect your data with fast block ciphers, A-LIST Publishing, Wayne, (www.alistpublishing.com).

Một số nghiên cứu

NHƯỢC ĐIỂM?

f1 f2v

x1 x2

y1 y2

x1 x2

y1 y2

F2 / 1v

a) b)

f1 f

2

v

x1 x2

y1 y2

x1 x2

y1 y2

F2 / 2

v

а) b)

v

1

22

v1

Đề xuất

F2/3; F2/4; F4/1; F4/2

f1 f2

v

x1 x2

y1 y2

x1 x2

y1 y2

F2 / 4

v

а) b)

v1

33

v1

v 2

2v

v 4 4v

f1 f2v

x1 x2

y1 y2

x1x2

y1y2

F4 / 2v

а) b)

v1

2 2

v1

x3x4

y3y4

x3 x4

y3 y4

f3 f4

Mạng hoán đổi thay thế

x1 x2

y1 y2

F2 / 3

x3 x4

y3 y4

F2 / 3

xn-1 xn

yn-1 yn

F2 / 3...v1

Hoán vị cố định P

F2 / 3

Hoán vị cố định P 2

F2 / 3 F2 / 3...1

Hoán vị cố định Pk-1

v2

v3

v4

v5

v6

v3n/2-2

v3n/2-1

v3n/2

v3n/2+1

v3n/2+2

v3n/2+3

v3n/2+4

v3n/2+5

v3n/2+6

v3n-2

v3n-1

v3n

F2 / 3 F2 / 3 F2 / 3...

F2 / 3 F2 / 3 F2 / 3...v3(k-1)n/2+2

v3(k-1)n/2+3

v3kn/2-2

v3kn/2-1

v3kn/2

v3(k-1)n/2+1

v3(k-1)n/2+5

v3(k-1)n/2+6

v3(k-1)n/2+4

v3(k-1)n/2-1

v3(k-1)n/2

v3(k-1)n/2-2v3(k-2)n/2+2

v3(k-2)n/2+3

v3(k-2)n/2+1

v3(k-2)n/2+5

v3(k-2)n/2+6

v3(k-2)n/2+4

Mạng hoán đổi thay thế

x1 x2

F4/1

x 3 x4

v1

Hoán vị cố định P1

Hoán vị cố định P2

Hoán vị cố định Ps-1

x5 x6

F4/1

x 7 x8

v2

xn-3xn-2

F4/1

xn-1xn

vn/4

F4/1vn/4+1 F4/1

vn/4+2 F4/1vn/2

F4/1vm-n/4+1 F4/1

vm-n/4+2 F4/1vm

y1 y2 x 3 x4 y5 y6 y 7 y8 yn-3yn-2yn-1yn

Thuật toán mật mã khối Video - 128 bít trên cơ sở phần tử F2/4

F

I

I

jUjQCrypt(e)

Crypt(e)

Crypt(e)

Final transformation

8 tr

ansf

orm

atio

n ro

unds

a) b)A B A B

F 32 / 192

FF 32 / 192-1

1

1

E

E

192 3264

FF64 / 384

FF64 / 384

I1

-1

Thuật toán mật mã khối Studio-128 bít trên cơ sở phần tử F2/4 và F4/2

F

jQ

Crypt (e)

Crypt (e)

Crypt (e)

8 tr

ansf

orm

atio

n r

oun

ds

a) b)

A B

A B

F32 / 128

FF 64 / 64

FF 64 / 64

-1

E2

E2FF 32 / 128

FF32 / 128-1

FF32 / 128-1

FF64 / 64

FF 64 / 64-1

FF 64 / 128

jQ

FF64 / 128

9QFF

64 /128FF64 /128

9Q

64 32128

I

I

E1

E1

E2

E1

E1

E2

Phân tích thống kê

Số vòng Ảnh hưởng từng bít dữ liệu Ảnh hưởng từng bít khóa

d1 dc da dsa d1 dc da dsa

1 20.12 0.45 0.314 0.313 8.41 0.14 0.131 0.1222 55.26 1.00 0.863 0.861 32.73 0.66 0.511 0.5083 63.92 1.00 0.995 0.990 56.40 0.97 0.881 0.8764 63.99 1.00 0.999 0.991 63.56 1.00 0.992 0.9875 63.99 1.00 0.999 0.992 63.99 1.00 0.999 0.9926 64.00 1.00 0.999 0.992 63.99 1.00 0.999 0.9928 63.99 1.00 0.999 0.992 64.00 1.00 0.999 0.992

10 64.00 1.00 0.999 0.992 64.00 1.00 0.999 0.99212 64.00 1.00 0.999 0.992 64.00 1.00 0.999 0.992Số vòng Ảnh hưởng từng bít dữ liệu Ảnh hưởng từng bít khóa

d1 dc da dsa d1 dc da dsa

1 56.7901

1.0000

0.8763

0.8301 31.6093

0.5298

0.4795

0.4696

2 63.9878

1.0000

0.9990 0.9903 61.3211

1.0000

0.9291

0.8927

3 63.999 1.000 0.9991 0.9912 63.996 1.000 0.9918 0.98994 64.000 1.000 0.9992 0.9918 63.999 1.000 0.9918 0.99215 64.001 1.000 0.9991 0.9916 64.000 1.000 0.9918 0.99176 63.999 1.000 0.9991 0.9915 64.001 1.000 0.9917 0.99208 64.001 1.000 0.9991 0.9918 64.002 1.000 0.9920 0.9920

10 64.001 1.000 0.9992 0.9920 64.000 1.000 0.9918 0.991612 64.001 1.000 0.9992 0.9921 63.998 1.000 0.9918 0.9918

Studio-128

Video-128

Nghiên cứu thám mã vi sai Studio-128

F

jQ

A B

F 32 / 128 FF 64 / 64

FF 64 / 64

-1E2

E2FF 32 / 128

FF 32 / 128-1

FF 32 / 128-1

FF64 / 64

FF 64 / 64-1 E2

FF 64 / 128

jQFF 64 / 128

E2

...1...

0

0

0

0

0

0

0 0

0

0

...1...

...1...

...1...

...1...

...1...

...1...

4x1 2x1

0

0

p =0.563

p =0.2114

p =0.063

p =0.442

p =0.752

2

2E1

E1

E1

E1

Xác suất tồn tại vết vi sai lớn nhất qua 1 vòng mã Pr(1)2-23

Nghiên cứu thám mã vi sai Video-128

FF 32/ 192

FF 32/ 192-1

FF 32/ 192

FF 32/ 192-1

p =0.211 61

0

0

0

1

1

1

0

6x1

p =(¾)3

0

0

0

0

0

0

0

0

p =(¾) 3

0 1

FF 64/ 384

0

0

12x1

p =0.21112

FF 64/ 384

0

0

FF 64/ 384

1

1

FF 64/ 384

1

0

0

-1

-1

Xác suất tồn tại vết vi sai lớn nhất qua 2 vòng mã Pr(2)244

Đánh giá hiệu năng

Thuật toán Số vòng Số CLB (R)

Tần số, MHz

Thông lượng (T) Mb/s

Hiệu năng (IE) Mbps/#CLB

Studio-128 8 132 333.2 5331 40.38Video-128 8 95 420.2 6723 70.77AES 10 1050 148.6 1902 18.28Serpent 32 2370 79.2 10137 4.27RC6 20 755 78.6 503 0.66Twofish 16 792 74.1 592 0.74

Thông lượng =

Kết luận

Các vấn đề đạt được trong nghiên cứu này:1.Đề xuất nghiên cứu các phần tử nguyên

thủy mới cho mật mã đối xứng.2.Xây dựng mạng hoán đổi, thay thế điều

khiển3.Xây dựng các thuật toán mới.4.Phân tích đánh giá các thuật toán đề

xuất5.Tạo tiền đề cho chúng ta nghiên cứu, tìm

ra các phần tử, xây dựng các thuật toán phù hợp với ứng dụng.

LOGO