Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım

Yıl 2023, Cilt: 39 Sayı: 1, 70 - 78, 02.05.2023

Fırat Artuğer

Öz

Yer değiştirme kutusu (s-box), kriptografik yapılar için hayati öneme sahiptir. Çünkü bir simetrik şifreleme algoritmasında karıştırma olarak adlandırdığımız gereksinimi yerine getirmektedir. Bu yüzden geliştirilecek olan simetrik şifreleme algoritmasının başarımı önemli ölçüde s-box yapısına bağlı olacaktır. Bir s-box yapısı olabildiğince lineer bir yapıya sahip olmamalıdır. Yani bir s-box yapısının bakılması gereken en önemli kriteri yüksek lineer olmama değeridir. Lineer olmama değeri ne kadar yüksek olursa algoritmanın kırılması o kadar zor olacaktır. Bir s-box elde etmek için genellikle kaotik yöntemler kullanılmaktadır. Ancak bu şekilde elde edilen s-box yapılarında lineer olmama değeri düşüktür. Bu çalışmada özellikle bu şekilde üretilen s-box ‘ların lineer olmama değerini hızlı bir şekilde arttıran bir yöntem önerilmektedir. Bu yöntemde rastgele elde edilmiş bir s-box yapısında ilk değer sırasıyla diğer tüm elemanlarla yer değiştirilir. Bu şekilde s-box yapısının lineer olmama değeri artar veya eşit kalırsa s-box güncellenir. Bu şekilde sadece 255 iterasyon ile lineer olmama değeri 102.25 ‘den 107.5 ‘e kadar arttırılmıştır. Bir diğer s-box ‘da ise lineer olmama değeri 103.75 ‘den 107.25 ‘e çıkmıştır.

Anahtar Kelimeler

Yer değiştirme kutusu (s-box) lineer olmama simetrik şifreleme kaotik harita

Kaynakça

  • Van Oorschot, P. C., Menezes, A. J., & Vanstone, S. A. (1996). Handbook of applied cryptography. CRC press.
  • J. Daemen and V. Rijmen, ‘‘AES proposal: Rijndael,’’ in Proc. 1st Adv. Encryption Conf., CA, USA, 1998, pp. 1–45.
  • Standard, D. E. (1999). Data encryption standard. Federal Information Processing Standards Publication, 112.
  • Artuğer, F., & Özkaynak, F. (2020). A novel method for performance improvement of chaos-based substitution boxes. Symmetry, 12(4), 571.
  • Artuğer, F., & Özkaynak, F. (2022). A method for generation of substitution box based on random selection. Egyptian Informatics Journal, 23(1), 127-135.
  • Özkaynak, F., Çelik, V., & Özer, A. B. (2017). A new S-box construction method based on the fractionalorder chaotic Chen system. Signal, Image and Video Processing, 11(4), 659-664.
  • Khan, M., Shah, T., & Gondal, M. A. (2013). An efficient technique for the construction of substitution box with chaotic partial differential equation. Nonlinear Dynamics, 73(3), 1795-1801.
  • Özkaynak, F. (2020). On the effect of chaotic system in performance characteristics of chaos based s-box designs. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 550, 124072.
  • Lambić, D. (2020). A new discrete-space chaotic map based on the multiplication of integer numbers and its application in S-box design. Nonlinear Dynamics, 100(1), 699-711.
  • Lambić, D. (2018). S-box design method based on improved one-dimensional discrete chaotic map. Journal of Information and Telecommunication, 2(2), 181-191.
  • Tang, G., Liao, X., & Chen, Y. (2005). A novel method for designing S-boxes based on chaotic maps. Chaos, Solitons & Fractals, 23(2), 413-419.
  • Tang, G., & Liao, X. (2005). A method for designing dynamical S-boxes based on discretized chaotic map. Chaos, solitons & fractals, 23(5), 1901-1909.
  • Khan, M., Shah, T., Mahmood, H., Gondal, M. A., & Hussain, I. (2012). A novel technique for the construction of strong S-boxes based on chaotic Lorenz systems. Nonlinear Dynamics, 70(3), 2303-2311.
  • Özkaynak, F. (2020). An analysis and generation toolbox for chaotic substitution boxes: A case study based on chaotic labyrinth rene thomas system. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Electrical Engineering, 44(1), 89-98.
  • Ye, T., & Zhimao, L. (2018). Chaotic S-box: Six-dimensional fractional Lorenz–Duffing chaotic system and O-shaped path scrambling. Nonlinear Dynamics, 94(3), 2115-2126.
  • Çavuşoğlu, Ü., Zengin, A., Pehlivan, I., & Kaçar, S. (2017). A novel approach for strong S-Box generation algorithm design based on chaotic scaled Zhongtang system. Nonlinear dynamics, 87(2), 1081-1094.
  • Belazi, A., & Abd El-Latif, A. A. (2017). A simple yet efficient S-box method based on chaotic sine map. Optik, 130, 1438-1444.
  • Hematpour, N., & Ahadpour, S. (2021). Execution examination of chaotic S-box dependent on improved PSO algorithm. Neural Computing and Applications, 33(10), 5111-5133.
  • Tian, Y., & Lu, Z. (2017). Chaotic S-box: Intertwining logistic map and bacterial foraging optimization. Mathematical Problems in Engineering, 2017.
  • Artuğer, F., & Özkaynak, F. (2022). SBOX-CGA: substitution box generator based on chaos and genetic algorithm. Neural Computing and Applications, 34(22), 20203-20211.
  • Kang, M., & Wang, M. (2022). New Genetic Operators for Developing S-Boxes With Low Boomerang Uniformity. IEEE Access, 10, 10898-10906.
  • Chen, G. (2008). A novel heuristic method for obtaining S-boxes. Chaos, Solitons & Fractals, 36(4), 1028- 1036.
  • Farah, T., Rhouma, R., & Belghith, S. (2017). A novel method for designing S-box based on chaotic map and teaching–learning-based optimization. Nonlinear dynamics, 88(2), 1059-1074.
  • Alhadawi, H. S., Lambić, D., Zolkipli, M. F., & Ahmad, M. (2020). Globalized firefly algorithm and chaos for designing substitution box. Journal of Information Security and Applications, 55, 102671.
  • Ahmad, M., Bhatia, D., & Hassan, Y. (2015). A novel ant colony optimization based scheme for substitution box design. Procedia Computer Science, 57, 572-580.
  • Zamli, K. Z., Din, F., & Alhadawi, H. S. (2023). Exploring a Q-learning-based chaotic naked mole rat algorithm for S-box construction and optimization. Neural Computing and Applications, 1-23.
  • Khan, H., Hazzazi, M. M., Jamal, S. S., Hussain, I., & Khan, M. (2023). New color image encryption technique based on three-dimensional logistic map and Grey wolf optimization based generated substitution boxes. Multimedia Tools and Applications, 82(5), 6943-6964.
  • Örs, S. B., Preneel, B., & Verbauwhede, I. (2007). Side-channel analysis attacks on hardware implementations of cryptographic algorithms. Wireless Security and Cryptography-Specifications and Implementations, 213-247.
  • Arshad, B., Siddiqui, N., Hussain, Z., & Ehatisham-ul-Haq, M. (2022). A Novel Scheme for Designing Secure Substitution Boxes (S-Boxes) Based on Mobius Group and Finite Field. Wireless Personal Communications, 1-22.
  • Malik, M. S. M., Ali, M. A., Khan, M. A., Ehatisham-Ul-Haq, M., Shah, S. N. M., Rehman, M., & Ahmad, W. (2020). Generation of highly nonlinear and dynamic AES substitution-boxes (S-boxes) using chaos-based rotational matrices. IEEE Access, 8, 35682-35695.
  • Siddiqui, N., Yousaf, F., Murtaza, F., Ehatisham-ul-Haq, M., Ashraf, M. U., Alghamdi, A. M., & Alfakeeh, A. S. (2020). A highly nonlinear substitution-box (S-box) design using action of modular group on a projective line over a finite field. Plos one, 15(11), e0241890.
  • Khan, M., & Shah, T. (2014). A novel image encryption technique based on Hénon chaotic map and S8 symmetric group. Neural Computing and Applications, 25(7), 1717-1722.
  • Bakunina, E. V., & Dykyi, O. V. (2022). Synthesis method for S-boxes satisfying the criterion of correlation immunity of Boolean and 4-functions. Journal of Discrete Mathematical Sciences and Cryptography, 1-13.
  • Sokolov, A. V., & Radush, V. V. (2022). A method for synthesis of S-boxes with good avalanche characteristics of component Boolean and quaternary functions. Journal of Discrete Mathematical Sciences and Cryptography, 1-12.
  • Artuğer, F., & Özkaynak, F. (2021). An effective method to improve lineer olmama value of substitution boxes based on random selection. Information Sciences, 576, 577-588.
  • Webster, A. F., & Tavares, S. E. (1985, August). On the design of S-boxes. In Conference on the theory and application of cryptographic techniques (pp. 523-534). Springer, Berlin, Heidelberg.
  • Biham, E., & Shamir, A. (1991). Differential cryptanalysis of DES-like cryptosystems. Journal of CRYPTOLOGY, 4(1), 3-72.

Yıl 2023, Cilt: 39 Sayı: 1, 70 - 78, 02.05.2023

Fırat Artuğer

Öz

Kaynakça

  • Van Oorschot, P. C., Menezes, A. J., & Vanstone, S. A. (1996). Handbook of applied cryptography. CRC press.
  • J. Daemen and V. Rijmen, ‘‘AES proposal: Rijndael,’’ in Proc. 1st Adv. Encryption Conf., CA, USA, 1998, pp. 1–45.
  • Standard, D. E. (1999). Data encryption standard. Federal Information Processing Standards Publication, 112.
  • Artuğer, F., & Özkaynak, F. (2020). A novel method for performance improvement of chaos-based substitution boxes. Symmetry, 12(4), 571.
  • Artuğer, F., & Özkaynak, F. (2022). A method for generation of substitution box based on random selection. Egyptian Informatics Journal, 23(1), 127-135.
  • Özkaynak, F., Çelik, V., & Özer, A. B. (2017). A new S-box construction method based on the fractionalorder chaotic Chen system. Signal, Image and Video Processing, 11(4), 659-664.
  • Khan, M., Shah, T., & Gondal, M. A. (2013). An efficient technique for the construction of substitution box with chaotic partial differential equation. Nonlinear Dynamics, 73(3), 1795-1801.
  • Özkaynak, F. (2020). On the effect of chaotic system in performance characteristics of chaos based s-box designs. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 550, 124072.
  • Lambić, D. (2020). A new discrete-space chaotic map based on the multiplication of integer numbers and its application in S-box design. Nonlinear Dynamics, 100(1), 699-711.
  • Lambić, D. (2018). S-box design method based on improved one-dimensional discrete chaotic map. Journal of Information and Telecommunication, 2(2), 181-191.
  • Tang, G., Liao, X., & Chen, Y. (2005). A novel method for designing S-boxes based on chaotic maps. Chaos, Solitons & Fractals, 23(2), 413-419.
  • Tang, G., & Liao, X. (2005). A method for designing dynamical S-boxes based on discretized chaotic map. Chaos, solitons & fractals, 23(5), 1901-1909.
  • Khan, M., Shah, T., Mahmood, H., Gondal, M. A., & Hussain, I. (2012). A novel technique for the construction of strong S-boxes based on chaotic Lorenz systems. Nonlinear Dynamics, 70(3), 2303-2311.
  • Özkaynak, F. (2020). An analysis and generation toolbox for chaotic substitution boxes: A case study based on chaotic labyrinth rene thomas system. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Electrical Engineering, 44(1), 89-98.
  • Ye, T., & Zhimao, L. (2018). Chaotic S-box: Six-dimensional fractional Lorenz–Duffing chaotic system and O-shaped path scrambling. Nonlinear Dynamics, 94(3), 2115-2126.
  • Çavuşoğlu, Ü., Zengin, A., Pehlivan, I., & Kaçar, S. (2017). A novel approach for strong S-Box generation algorithm design based on chaotic scaled Zhongtang system. Nonlinear dynamics, 87(2), 1081-1094.
  • Belazi, A., & Abd El-Latif, A. A. (2017). A simple yet efficient S-box method based on chaotic sine map. Optik, 130, 1438-1444.
  • Hematpour, N., & Ahadpour, S. (2021). Execution examination of chaotic S-box dependent on improved PSO algorithm. Neural Computing and Applications, 33(10), 5111-5133.
  • Tian, Y., & Lu, Z. (2017). Chaotic S-box: Intertwining logistic map and bacterial foraging optimization. Mathematical Problems in Engineering, 2017.
  • Artuğer, F., & Özkaynak, F. (2022). SBOX-CGA: substitution box generator based on chaos and genetic algorithm. Neural Computing and Applications, 34(22), 20203-20211.
  • Kang, M., & Wang, M. (2022). New Genetic Operators for Developing S-Boxes With Low Boomerang Uniformity. IEEE Access, 10, 10898-10906.
  • Chen, G. (2008). A novel heuristic method for obtaining S-boxes. Chaos, Solitons & Fractals, 36(4), 1028- 1036.
  • Farah, T., Rhouma, R., & Belghith, S. (2017). A novel method for designing S-box based on chaotic map and teaching–learning-based optimization. Nonlinear dynamics, 88(2), 1059-1074.
  • Alhadawi, H. S., Lambić, D., Zolkipli, M. F., & Ahmad, M. (2020). Globalized firefly algorithm and chaos for designing substitution box. Journal of Information Security and Applications, 55, 102671.
  • Ahmad, M., Bhatia, D., & Hassan, Y. (2015). A novel ant colony optimization based scheme for substitution box design. Procedia Computer Science, 57, 572-580.
  • Zamli, K. Z., Din, F., & Alhadawi, H. S. (2023). Exploring a Q-learning-based chaotic naked mole rat algorithm for S-box construction and optimization. Neural Computing and Applications, 1-23.
  • Khan, H., Hazzazi, M. M., Jamal, S. S., Hussain, I., & Khan, M. (2023). New color image encryption technique based on three-dimensional logistic map and Grey wolf optimization based generated substitution boxes. Multimedia Tools and Applications, 82(5), 6943-6964.
  • Örs, S. B., Preneel, B., & Verbauwhede, I. (2007). Side-channel analysis attacks on hardware implementations of cryptographic algorithms. Wireless Security and Cryptography-Specifications and Implementations, 213-247.
  • Arshad, B., Siddiqui, N., Hussain, Z., & Ehatisham-ul-Haq, M. (2022). A Novel Scheme for Designing Secure Substitution Boxes (S-Boxes) Based on Mobius Group and Finite Field. Wireless Personal Communications, 1-22.
  • Malik, M. S. M., Ali, M. A., Khan, M. A., Ehatisham-Ul-Haq, M., Shah, S. N. M., Rehman, M., & Ahmad, W. (2020). Generation of highly nonlinear and dynamic AES substitution-boxes (S-boxes) using chaos-based rotational matrices. IEEE Access, 8, 35682-35695.
  • Siddiqui, N., Yousaf, F., Murtaza, F., Ehatisham-ul-Haq, M., Ashraf, M. U., Alghamdi, A. M., & Alfakeeh, A. S. (2020). A highly nonlinear substitution-box (S-box) design using action of modular group on a projective line over a finite field. Plos one, 15(11), e0241890.
  • Khan, M., & Shah, T. (2014). A novel image encryption technique based on Hénon chaotic map and S8 symmetric group. Neural Computing and Applications, 25(7), 1717-1722.
  • Bakunina, E. V., & Dykyi, O. V. (2022). Synthesis method for S-boxes satisfying the criterion of correlation immunity of Boolean and 4-functions. Journal of Discrete Mathematical Sciences and Cryptography, 1-13.
  • Sokolov, A. V., & Radush, V. V. (2022). A method for synthesis of S-boxes with good avalanche characteristics of component Boolean and quaternary functions. Journal of Discrete Mathematical Sciences and Cryptography, 1-12.
  • Artuğer, F., & Özkaynak, F. (2021). An effective method to improve lineer olmama value of substitution boxes based on random selection. Information Sciences, 576, 577-588.
  • Webster, A. F., & Tavares, S. E. (1985, August). On the design of S-boxes. In Conference on the theory and application of cryptographic techniques (pp. 523-534). Springer, Berlin, Heidelberg.
  • Biham, E., & Shamir, A. (1991). Differential cryptanalysis of DES-like cryptosystems. Journal of CRYPTOLOGY, 4(1), 3-72.
Toplam 37 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Fırat Artuğer

Yayımlanma Tarihi 2 Mayıs 2023
Yayımlandığı Sayı Yıl 2023 Cilt: 39 Sayı: 1

Kaynak Göster

APA Artuğer, F. (2023). Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 39(1), 70-78.
AMA Artuğer F. Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. Mayıs 2023;39(1):70-78.
Chicago Artuğer, Fırat. “Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 39, sy. 1 (Mayıs 2023): 70-78.
EndNote Artuğer F (01 Mayıs 2023) Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 39 1 70–78.
IEEE F. Artuğer, “Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 39, sy. 1, ss. 70–78, 2023.
ISNAD Artuğer, Fırat. “Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 39/1 (Mayıs 2023), 70-78.
JAMA Artuğer F. Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2023;39:70–78.
MLA Artuğer, Fırat. “Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 39, sy. 1, 2023, ss. 70-78.
Vancouver Artuğer F. Güçlü Yer Değiştirme Kutuları Üretmek İçin Yeni Bir Yaklaşım. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2023;39(1):70-8.
 Kapak Resmi İndir

✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.