Modern şifreleme yöntemlerinin gücünün incelenmesi
Examining the strenght of modern encryption techniques
Yazar: MUHARREM TOLGA SAKALLI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ERCAN BULUŞ
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Bu tez, simetrik kriptografinin en önemli iki yapısı olan blok ve akış şifreleri ileilgilidir. Blok ve akış şifrelerinin en önemli yapıları Boolean fonksiyonları ve vektöryelBoolean fonksiyonlarıdır (S kutuları). Diğer yandan blok şifrelerin ve akış şifrelerin güçtayininde bu şifre tiplerine karşı yapılan saldırlar da önemli rol oynarlar. Bu tezdemodern şifreler ve bu şifrelere karşı yapılan başlıca önemli saldırı teknikleri anlatılmışve bu şifrelerin güçlerinin bir incelemesi gerçekleştirilmiştir.Tezin 1. bölümü olan giriş bölümünde temel şifreleme yapıları olan blok ve akışşifreler ve bu şifrelere karşı yapılan kriptanaliz saldırıları ile ilgili bazı modellerin birtanıtımı yapılmıştır.2. bölümde temel bazı matematiksel kavramlardan bahsedilmiş ve tezin anlatımısırasında anlaşılırlığı açısından bazı matematiksel tanım ve teorilere yer verilmiştir.3. Bölümde iki önemli blok şifreleme algoritması olan DES (Data EncryptionStandard) ve AES (Advanced Encryption Standard) şifreleme algoritmaları incelenmişve bu şifrelerin güçleri, dolayısıyla güvenlikleri şu ana kadar yapılan önemli saldırılarlaberaber sunulmuştur.Tezin 4. bölümünde akış şifrelerin en önemli yapı taşı olan doğrusal geribeslemeli öteleyici saklayıcılar incelenmiştir. Buna ek olarak akış şifreler için sonzamanlarda popüler olan bazı tasarım tekniklerine yer verilmiştir.Yine tezin 5. bölümünde blok ve akış şifrelere karşı düzenlenen bazı saldırılarayrıntılı bir şekilde incelenmiştir.Son bölüm olan 6. bölümde SPN temelli bazı temel şifrelere yapılan bazıkriptografik saldırılar deneysel sonuçları ile beraber verilmiştir. Buna ek olarak cebirselAES S kutularına benzer S kutuları tasarlayan bir simülatör geliştirilmiştir. Son olarakbazı S kutularında özellikle üssel fonksiyon ya da sonlu cisimde ters alma işlemikullanılarak elde edilen S kutularında gözlenen doğrusal eşitlik kavramı için biruygulama geliştirilmiştir. Bu uygulamada tezde geliştirilen bir S kutusu kullanılmıştır.Anahtar Sözcükler: Simetrik Şifreleme Algoritmaları, Simetrik Şifrelerde Güçİncelemesi, AES (Advanced Encryption Algorithm), Akış Şifreler, ŞifrelemeAlgoritmalarına Saldırılar, S Kutuları.Yıl: 2006Sayfa: 200Doctorate ThesisTrakya University Graduate School ofNatural and Applied SciencesDepartment of Computer EngineeringABSTRACTThis thesis is related with block ciphers and stream ciphers which are the twoimportant components in symmetric cryptography. In addition, the building blocks ofstream ciphers and block ciphers can be seen as Boolean functions and vectorialBoolean functions respectively. On the other hand, the attacks against block ciphers andstream ciphers are very important when we evaluate the strength of these ciphers. In thisthesis, modern ciphers in view of symmetric cryptography, main attacks against theseciphers and the strength of these ciphers against these attacks are examined.First section of the thesis introduces block ciphers and stream ciphers which arethe main components in symmetric cryptography. In addition, it introduces somemodels related with the cryptanalytic attacks against these ciphers.In the second section of this thesis, some mathematical concepts, definitions andtheorems are given to make understanding of the thesis clear.The third section of the thesis presents some background information about DES(Data Encryption Standard) and AES (Advanced Encryption Standard) which are veryimportant block ciphers in view of cryptography and some attacks against these cipherstogether with the strength of these ciphers against these attacks up to now.Fourth section of this thesis deals with Linear Feedback Shift Registers whichare building blocks of stream ciphers and some popular design techniques in streamciphers recently.In the fifth section, some cryptanalytic attacks against block ciphers and streamciphers are examined in detail.Finally, in the sixth section, cryptanalytic attacks against basic SPN basedciphers together with the experimental results are given and a simulator designing AESS-box like S-boxes which are algebraic S-boxes is developed. Moreover, an applicationof affine equivalence which has caused a new criterion for S-boxes recently is given foran algebraic S-box designed by us.Keywords: Symmetric Encryption Algorithms, Examination of strength in SymmetricCiphers, AES (Advanced Encryption Algorithm), Stream Ciphers, CryptanalyticAttacks against Encryption Algorithms, S-boxes.Year: 2006Page: 200

Abstract:
Bu tez, simetrik kriptografinin en önemli iki yapısı olan blok ve akış şifreleri ileilgilidir. Blok ve akış şifrelerinin en önemli yapıları Boolean fonksiyonları ve vektöryelBoolean fonksiyonlarıdır (S kutuları). Diğer yandan blok şifrelerin ve akış şifrelerin güçtayininde bu şifre tiplerine karşı yapılan saldırlar da önemli rol oynarlar. Bu tezdemodern şifreler ve bu şifrelere karşı yapılan başlıca önemli saldırı teknikleri anlatılmışve bu şifrelerin güçlerinin bir incelemesi gerçekleştirilmiştir.Tezin 1. bölümü olan giriş bölümünde temel şifreleme yapıları olan blok ve akışşifreler ve bu şifrelere karşı yapılan kriptanaliz saldırıları ile ilgili bazı modellerin birtanıtımı yapılmıştır.2. bölümde temel bazı matematiksel kavramlardan bahsedilmiş ve tezin anlatımısırasında anlaşılırlığı açısından bazı matematiksel tanım ve teorilere yer verilmiştir.3. Bölümde iki önemli blok şifreleme algoritması olan DES (Data EncryptionStandard) ve AES (Advanced Encryption Standard) şifreleme algoritmaları incelenmişve bu şifrelerin güçleri, dolayısıyla güvenlikleri şu ana kadar yapılan önemli saldırılarlaberaber sunulmuştur.Tezin 4. bölümünde akış şifrelerin en önemli yapı taşı olan doğrusal geribeslemeli öteleyici saklayıcılar incelenmiştir. Buna ek olarak akış şifreler için sonzamanlarda popüler olan bazı tasarım tekniklerine yer verilmiştir.Yine tezin 5. bölümünde blok ve akış şifrelere karşı düzenlenen bazı saldırılarayrıntılı bir şekilde incelenmiştir.Son bölüm olan 6. bölümde SPN temelli bazı temel şifrelere yapılan bazıkriptografik saldırılar deneysel sonuçları ile beraber verilmiştir. Buna ek olarak cebirselAES S kutularına benzer S kutuları tasarlayan bir simülatör geliştirilmiştir. Son olarakbazı S kutularında özellikle üssel fonksiyon ya da sonlu cisimde ters alma işlemikullanılarak elde edilen S kutularında gözlenen doğrusal eşitlik kavramı için biruygulama geliştirilmiştir. Bu uygulamada tezde geliştirilen bir S kutusu kullanılmıştır.Anahtar Sözcükler: Simetrik Şifreleme Algoritmaları, Simetrik Şifrelerde Güçİncelemesi, AES (Advanced Encryption Algorithm), Akış Şifreler, ŞifrelemeAlgoritmalarına Saldırılar, S Kutuları.Yıl: 2006Sayfa: 200Doctorate ThesisTrakya University Graduate School ofNatural and Applied SciencesDepartment of Computer EngineeringABSTRACTThis thesis is related with block ciphers and stream ciphers which are the twoimportant components in symmetric cryptography. In addition, the building blocks ofstream ciphers and block ciphers can be seen as Boolean functions and vectorialBoolean functions respectively. On the other hand, the attacks against block ciphers andstream ciphers are very important when we evaluate the strength of these ciphers. In thisthesis, modern ciphers in view of symmetric cryptography, main attacks against theseciphers and the strength of these ciphers against these attacks are examined.First section of the thesis introduces block ciphers and stream ciphers which arethe main components in symmetric cryptography. In addition, it introduces somemodels related with the cryptanalytic attacks against these ciphers.In the second section of this thesis, some mathematical concepts, definitions andtheorems are given to make understanding of the thesis clear.The third section of the thesis presents some background information about DES(Data Encryption Standard) and AES (Advanced Encryption Standard) which are veryimportant block ciphers in view of cryptography and some attacks against these cipherstogether with the strength of these ciphers against these attacks up to now.Fourth section of this thesis deals with Linear Feedback Shift Registers whichare building blocks of stream ciphers and some popular design techniques in streamciphers recently.In the fifth section, some cryptanalytic attacks against block ciphers and streamciphers are examined in detail.Finally, in the sixth section, cryptanalytic attacks against basic SPN basedciphers together with the experimental results are given and a simulator designing AESS-box like S-boxes which are algebraic S-boxes is developed. Moreover, an applicationof affine equivalence which has caused a new criterion for S-boxes recently is given foran algebraic S-box designed by us.Keywords: Symmetric Encryption Algorithms, Examination of strength in SymmetricCiphers, AES (Advanced Encryption Algorithm), Stream Ciphers, CryptanalyticAttacks against Encryption Algorithms, S-boxes.Year: 2006Page: 200