論文の概要: Modeling Linear and Non-linear Layers: An MILP Approach Towards Finding Differential and Impossible Differential Propagations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.00441v1
• Date: Wed, 1 May 2024 10:48:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-02 15:57:39.034691
• Title: Modeling Linear and Non-linear Layers: An MILP Approach Towards Finding Differential and Impossible Differential Propagations
• Title（参考訳）: 線形層と非線形層をモデル化するMILPアプローチ
• Authors: Debranjan Pal, Vishal Pankaj Chandratreya, Abhijit Das, Dipanwita Roy Chowdhury,
• Abstract要約: 本稿では,暗号内での差動伝播と不可能伝播を探索する自動ツールを提案する。 このツールは、Lilliput、GIFT64、SKINNY64、Klein、M.IBSの5つの軽量ブロック暗号に適用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5327660568487471
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Symmetric key cryptography stands as a fundamental cornerstone in ensuring security within contemporary electronic communication frameworks. The cryptanalysis of classical symmetric key ciphers involves traditional methods and techniques aimed at breaking or analyzing these cryptographic systems. In the evaluation of new ciphers, the resistance against linear and differential cryptanalysis is commonly a key design criterion. The wide trail design technique for block ciphers facilitates the demonstration of security against linear and differential cryptanalysis. Assessing the scheme's security against differential attacks often involves determining the minimum number of active SBoxes for all rounds of a cipher. The propagation characteristics of a cryptographic component, such as an SBox, can be expressed using Boolean functions. Mixed Integer Linear Programming (MILP) proves to be a valuable technique for solving Boolean functions. We formulate a set of inequalities to model a Boolean function, which is subsequently solved by an MILP solver. To efficiently model a Boolean function and select a minimal set of inequalities, two key challenges must be addressed. We propose algorithms to address the second challenge, aiming to find more optimized linear and non-linear components. Our approaches are applied to modeling SBoxes (up to six bits) and EXOR operations with any number of inputs. Additionally, we introduce an MILP-based automatic tool for exploring differential and impossible differential propagations within a cipher. The tool is successfully applied to five lightweight block ciphers: Lilliput, GIFT64, SKINNY64, Klein, and MIBS.
• Abstract（参考訳）: シンメトリ・キー暗号は、現代の電子通信フレームワークにおけるセキュリティを確保するための基本的な基盤となっている。 古典対称鍵暗号の暗号解析には、これらの暗号システムの解読や解析を目的とした伝統的な手法と技法が含まれる。 新しい暗号の評価において、線形および微分暗号解析に対する抵抗は、一般に鍵となる設計基準である。 ブロック暗号のための広軌設計技術は、線形および微分暗号解析に対するセキュリティの実証を容易にする。 ディファレンシャルアタックに対するスキームのセキュリティを評価するには、暗号の全てのラウンドに対して最小のアクティブなSBox数を決定する必要がある。 SBoxのような暗号部品の伝搬特性はブール関数を用いて表現できる。 混合整数線形計画法(MILP)はブール関数の解法として有用であることが証明されている。 ブール関数をモデル化するために不等式の集合を定式化し、その後MILPソルバによって解かれる。 ブール関数を効率的にモデル化し、最小限の不等式を選択するためには、2つの重要な課題に対処する必要がある。 本稿では、より最適化された線形および非線形のコンポーネントを見つけることを目的として、2つ目の課題に対処するアルゴリズムを提案する。 我々のアプローチは、SBox(最大6ビット)とEXOR操作を任意の数の入力でモデル化するために適用されます。 さらに,MILPをベースとした,暗号内における微分および不可能な微分伝搬を探索するための自動ツールを提案する。 このツールは、Lilliput、GIFT64、SKINNY64、Klein、MIBSの5つの軽量ブロック暗号に適用できる。

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