Исследование стойкости и эффективности криптографических алгоритмов защиты информации и их реализаций с использованием дополнительных данных

Цель работы состоит в усовершенствовании, развитии и создании новых эффективных методов, процедур построения и оценивания эффективности криптографических атак на системы защиты информации с использованием дополнительных данных, получении оценок стойкости систем криптографической защиты информации относительно таких атак, а также в использовании новых методов для определения направлений и способов усовершенствования аппаратных и программных реализаций алгоритмов криптографической защиты, которые учитывают новейшие атаки с использованием информации из побочного канала, данных о сбоях, времени выполнения отдельных операций работающей аппратурой, энергозатратах и т.п.
Построены верхние оценки средних вероятностей целочисленных дифференциалов раундовых функций определенной структуры. Разработана и экспериментально исследована атака сбоев на национальный стандарт шифрования ДСТУ ГОСТ 28147:2009, сформулированы условия ее эффективного применения и предложения относительно противодействия при различных сценариях атаки. Реализован и применен алгоритм поиска линейных полиномов при осуществлении кубической атаки на шифр PRESENT при условии утечки информации с определенных битов в процессе шифрования. Проанализированы перемешивающие свойства разных групповых операций, таких как умножение, сложение, побитовое сложение и модульное умножение, заданных на одном носителе, как показатели стойкости алгоритмов к атаке гомоморфизмов. Построена новая атака сбоев на один из современных методов защиты системмы цифровой подписи RSA – метод вставки открытого ключа в представление модуля. Реализована криптографическая атака на алгоритм блочного шифрования IDEA, основанная на допольнительных данных о времени шифрования блоков открытого текста. Исследовано влияние неравномерностей меры на ключевом пространстве на эффективность метода криптоанализа направленного перебора ключей. Разработана и реализована новая схема цифровой мультиподписи на основе украинского стандарта цифровой подписи на эллиптическних кривых ДСТУ 4145-2002, а также на основе российского стандарта ГОСТ Р 34.10-2001. Предложен новый, более мощный субэкспоненциальный алгоритм решения задачи о скрытом сдвиге в абелевой группе для квантовой модели вычислений. Построен статитстический тест оценки криптографического качества битовых последовательностей, который основывается на классической вероятностной задаче коллекционера.

Предложенные в работе модифицированные и новые методы дают возможность получать оценки стойкости для существующих систем криптографической защиты информации с учетом дополнительных данных об их функционировании, а также использовать полученные результаты при разработке и реализации новых криптоалгоритмов, при определении условий безопасного функционирования систем хранения и передачи информации, защищаемой криптографическими средствами. Результаты данной НИР получены с использованием современных методов исследования стойкости криптографических систем, атак с дополнительной информацией, способов защиты от них и находятся на уровне мировых аналогов.