ГИБРИДНОЕ ШИФРОВАНИЕ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИММЕТРИЧНЫХ И ГОМОМОРФНЫХ ШИФРОВ
Аннотация
Целью данной работы является разработка и исследование гибридного алгоритма шифрования на основе совместного применения симметричного алгоритма шифрования Кузнечик и гомоморфного шифрования (Схемы Джентри или схемы BGV). Такой алгоритм шифрования может быть востребован в ситуациях ограниченных вычислительных ресурсов. Смысл заключается в том, что при правильном выражении основных операций симметричного алгоритма шифрования через булевы функции, появляется возможность на передающей стороне зашифровать данные симметричным шифром, а секретный ключ шифрования - гомоморфным. В таком случае на стороне приема можно провести манипуляции так, чтобы исходное зашифрованное сообщение оказалось также зашифровано только гомоморфным шифром. При этом симметричное шифрование снимается, но информация остается недоступной обрабатывающему ее узлу. Такое свойство секретности позволяет проводить ресурсоемкие операции на мощном вычислительном узле, предоставляя гомоморфно зашифрованные данные для малоресурсного узла с целью их последующей обработки в зашифрованном виде. В статье представлен разработанный гибридный алгоритм. В качестве симметричного алгоритма шифрования использован алгоритм шифрования Кузнечик, являющийся частью стандарта ГОСТ Р34.12 - 2015. Для того, чтобы иметь возможность применять гомоморфное шифрование к данным, зашифрованным шифром Кузнечик, S-блок замены алгоритма Кузнечик представлен в булевом виде с использованием полинома Жегалкина. Также линейное преобразование L представлено в виде последовательности выполнения простейших операций сложения и умножения над преобразуемыми данными. Первичное моделирование разрабатываемого алгоритма было проведено на упрощенной версии алгоритма Кузнечик S-KN1.
Список литературы
1. Nozdrunov V. Ob uyazvimostyakh protokola interneta veshchey NB-Fi v novom proektenatsional'nogo standarta [About vulnerabilities of the Internet of Things protocol NB-Fi in thenew draft of the national standard], Ezhegodnaya mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskayakonferentsiya «RusKripto’2021» [Annual International scientific and practical Conference"RusCripto’2021"]. Available at: https://www.ruscrypto.ru/resource/archive/rc2021/files/02_nozdrunov.pdf (accessed 07 May 2021).
2. Polikarpov A. Osobennosti vnedreniya SKZI v RTK s BpLA MD [Features of the implementationof SKZI in RTC with UAV MD], Ezhegodnaya mezhdunarodnaya nauchnoprakticheskayakonferentsiya «RusKripto’2021» [Annual International scientific and practicalConference "RusCripto'2021"]. Available at: https://www.ruscrypto.ru/resource/archive/rc2021/files /11_polikarpov.pdf (accessed 07 May 2021).
3. Polegen'ko A. Sposob sopryazheniya setey raznogo urovnya «otkrytosti», organizovannykhrobototekhnicheskimi kompleksami i sistemami [The method of interfacing networks of differentlevels of "openness", organized by robotic complexes and systems], Ezhegodnayamezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya «RusKripto’2021» [Annual Internationalscientific and practical conference "RusKripto ' 2021"]. Available at: https://www.ruscrypto.ru/ resource/archive/rc2021/files/11_polegenko.pdf (accessed 07 May 2021).
4. Zhukov A. Legkovesnaya kriptografiya [Lightweight Cryptography], Voprosy kiberbezopasnosti[Cybersecurity issues], 2015, No. 1 (9), pp. 26-44.
5. Deryabin M.A., Kucherov N.N. Obzor bezopasnykh metodov shifrovaniya dlya oblachnykhvychisleniy [Review of secure encryption methods for cloud computing], Novosti nauki v APK[Science news in the agro-industrial complex], 2019, No. 3 (12), pp. 298-303.
6. Mark A. Will, Ryan K.L. The Cloud Security Ecosystem Chapter 5 - A guide to homomorphicencryption, Technical, Legal, Business and Management Issues, 2015, pp. 101-127. Availableat: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128015957000057 (accessed 07May 2021).
7. Naehrig M., Lauter K. Can Homomorphic Encryption be Practical?, Proceedings of the 3rdACM Cloud Computing Security Workshop, CCSW 2011, Chicago, USA, 2011, pp. 113-124.
8. Halevi S., Shoup V. Design and implementation of HElib: a homomorphic encryption library.Available at: https://eprint.iacr.org/2020/1481 (accessed 07 May 2021).
9. Garazha A.A., Gerasimov I.Yu., Nikolaev M.V., Chizhov I.V. Ob ispol'zovanii bibliotekpolnost'yu gomomorfnogo shifrovaniya [On the use of fully homomorphic encryption libraries],International Journal of Open Information Tech-nologies, 2021, Vol. 9, No. 3, pp. 11-22.
10. Gentry C. Fully Homomorphic encryption using ideal lattices, Proceedings of 41-th ACMsymposium on theory of computing (STOC). Bethesda, 2009, pp. 169-178.
11. Gentry C., Halevi S., Smart N.P. Better Bootstrapping in Fully Homomorphic Encryption Gentry,Public Key Cryptography – PKC 2012. Vol 7293 – 2012, Springer, pp. 1-16.
12. Arakelov G.G., Gribov A.V., Mikhalev A.V. Prikladnaya gomomorfnaya kriptografiya: primery[Applied homomorphic cryptography: examples], Fundamental'naya i prikladnayamatematika [Fundamental and applied mathematics], 2016, Vol. 21, No. 3, pp. 25-38.
13. Alam S., De D. Analysis of Security Threats in Wireless Sensor Network, International Journalof Wireless & Mobile Networks, 2014, Vol. 6, No. 2, pp. 1-12.
14. Borgohain T., Sanyal S. Survey of Operating Systems for the IoT Environment, InternationalJournal of Advanced Networking and Applications, 2015, Vol. 6, pp. 1-5.
15. Gentry C., Halevi S., Smart N.P. Homomorphic Evaluation of the AES Circuit, Advances inCryptology - CRYPTO 2012. Vol 7417, Springer, pp. 850-867.16. Kriptograficheskaya zashchita informatsii Blochnye shifry – GOST R 34.12-2015 [Cryptographicprotection of information Block ciphers-GOST R 34.12-2015]. Available at:https://www.tc26.ru/standard/gost/GOST R 3412-2015.pdf (accessed 07 May 2021).
17. Babenko L.K., Ishchukova E.A., Tolomanenko E.A. Differentsial'nyy analiz shifra Kuznechik[Differential analysis of the Grasshopper cipher], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2017, No. 5 (190), pp. 25-37.
18. Ishchukova E.A., Babenko L.K. Two simplified versions of Kuznyechik cipher (GOST R34.12-2015), Proceedings of the 10h International Conference on Security of Information andNetworks. – SIN '17. New York, NY, USA: ACM, 2017.
19. Brakerski Z., Gentry C., Vaikuntanathan Vinod. Fully homomorphic encryption without bootstrapping,Cryptology ePrint Archive, Report 2011/277, 2011. Available at: https://eprint.iacr.org/2011/277 (accessed 07 May 2021)
20. Babenko L.K., Tolomanenko E.A. Development of algorithms for data transmission in sensornetworks based on fully homomorphic encryption using symmetric Kuznyechik algorithm,Journal of Physics: Conference Series, 2021, Vol. 1812, pp. 246-251.
