A study on space-hard white-box cryptography
Uzay-zor beyaz kutu kriptografisi üzerine bir çalışma
- Tez No: 823101
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OĞUZ YAYLA, DR. CEYDA MANGIR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Uygulamalı Matematik Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kriptografi Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gizli anahtarları kötü niyetli gözlemcilerden korumak, güvenilmeyen ortamlarda krip- tografik algoritmalar için büyük bir sorundur. Beyaz kutu kriptografisi, beyaz kutu ayarında anahtarın çıkarılması imkansız hale gelecek şekilde uygun bir yöntemle şifre kodundaki anahtarın saklanmasını önerir. Anahtar genellikle uygun yöntem- lerle karıştırma katmanına gömülür. Bunlardan biri kodlama teknikleri kullanmak- tır. Bununla birlikte, birçok kodlama yöntemi cebirsel saldırılara ve yan kanal ana- lizine karşı savunmasızdır. Bir diğeri, cihazdan kolayca çıkarılamayan büyük arama tabloları oluşturan alan sabitliği konseptidir. (M,Z)-uzay sabit algoritmalarında, gizli anahtar, uygun bir blok şifre ile bir ikame kutusu olarak oluşturulan büyük tablolara gömülür. Böylece, beyaz kutu ayarındaki anahtar çıkarma sorunu, kara kutu duru- munda bir anahtar kurtarma sorununa dönüşür. (M,Z)-uzayı sabit algoritmalarındaki ana sorunlardan biri, beyaz kutu/kara kutu uygulamasının çalışma zamanını hızlan- dırmaktır. Bu çalışmada, güvenlik boyutunu düşürmeden beyaz kutu algoritmalarının difüzyon katmanını hızlandırmak için hafif bileşenlerin etkinliğinin avantajını kul- lanmayı amaçlıyoruz. Bu nedenle, NIST Hafif Standardizasyon adaylarının doğrusal katmanını verimlilik ve mevcut uzay sabit şifrelerindeki beyaz kutu ayarlarına uy- gunluk açısından karşılaştırıyoruz. Algoritmaların performans sonuçları WARX ve SPNbox ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre, difüzyon katmanında hafif bileşenlerin kullanılması, beyaz kutu algoritmalarının performansını en az %16 hızlandırıyor. Ek olarak, yan kanal saldırılarına karşı bitslice uygulamasından yararlanmak için daha iyi çalışma zamanı performansına sahip LS tasarımı tabanlı bir beyaz kutu algorit- ması ve LS tasarımı tabanlı tablo oluşturma yöntemi öneriyoruz. Metodumuzun ça- lışma zamanı performansını SPNbox algoritması ile karşılaştırdığımızda, beyaz kutu uygulaması için %28 ve kara kutu uygulaması için %27 iyileştirme elde ediyoruz. Aynı zamanda, beyaz kutu ayarında, LS tasarımına dayalı yöntemı 256 bitlik blok boyutuna da uyguluyoruz.
Özet (Çeviri)
Protecting secret keys from malicious observers is a major problem for cryptographic algorithms in untrusted environments. White-box cryptography suggests hiding the key in the cipher code with an appropriate method such that extracting the key be- comes impossible in the white-box setting. The key is generally embedded into the confusion layer with suitable methods. One of them is using encoding techniques. Nevertheless, many encoding methods are vulnerable to algebraic attacks and side- channel analysis. Another is the space hardness concept, which creates large lookup tables that cannot be easily extracted from the device. In (M,Z)-space hard algorithms, the secret key is embedded in large tables created as a substitution box with a suitable block cipher. So the key extraction problem in the white-box setting turns into a key recovery problem in the black-box case. One of the main issues in (M,Z)-space hard algorithms is accelerating the run-time of the white-box/black-box implementation. In this study, we aim to use the advantage of the efficiency of lightweight compo- nents to speed up the diffusion layer of white-box algorithms without decreasing the security size. Therefore, we compare the linear layer of NIST Lightweight Standard- ization candidates for efficiency and suitability to white-box settings in existing space hard ciphers. The performance results of the algorithms are compared with WARX and SPNbox. According to the results, using the lightweight components in the diffu- sion layer accelerates the performance of white-box algorithms by at least 16%. Ad- ditionally, we propose an LS-design based white-box algorithm with better run-rime performance and an LS-design based table creation method to take advantage of the bitslice implementation against side-channel attacks. When we compare the run-time performance of our method with the SPNbox algorithm, we obtain 28% improvement for white-box implementation and 27% for black-box implementation. At the same time, in the white-box setting, the LS-design based method is also implemented to the 256-bit block size.
Benzer Tezler
- Kaynak kısıtlı proje çizelgeleme probleminde tekrarsız kromozom destekli paralel genetik algoritma uygulaması
A parallel genetic algorithm application with nonrepetitive chromosome improvement for resource constrained project scheduling problem
ŞAFAK EBESEK
- Hipersezgisel yöntemlerle lojistik ağ tasarımı ve optimizasyon
Logistic network design and optimization using hyperheuristic methods
VURAL EROL
Doktora
Türkçe
2017
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT BASKAK
PROF. DR. GÜLGÜN KAYAKUTLU
- Verex: yapay zeka yaklaşımına dayalı bir tıbbi teşhis programı
Verex: a medical diagnosis program based on artificial itelligence approach (VERtigo EXpert)
MURAT HANEF
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. MEHMET KORÜREK
- An observational study of accreting millisecond x-ray pulsars: From accretion to the rotation powered stages
Milisaniye X-ışını pulsarlarının gözlemsel incelenmesi: Kütle aktarım evresinden radyo pulsarı evresine
CAN GÜNGÖR
Doktora
İngilizce
2016
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAZIM YAVUZ EKŞİ
PROF. DR. ERSİN GÖĞÜŞ
- Simulation and circuit design of an inverter driver with sensorless field oriented control for a PMSM used in compressor
PMSM kullanılan kompresör için ve algılayıcısız alan yönlendirmeli kontrol kullanılan evrici sürücünün benzetim ve devre tasarımı
TOLGA ODABAŞI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LALE ERGENE