Examining the strenght of modern encryption techniques

Doktora TeziBu tez, simetrik kriptografinin en önemli iki yapısı olan blok ve akış şifreleri ile ilgilidir. Blok ve akış şifrelerinin en önemli yapıları Boolean fonksiyonları ve vektöryel Boolean fonksiyonlarıdır (S kutuları). Diğer yandan blok şifrelerin ve akış şifrelerin güç tayininde bu şifre tiplerine karşı yapılan saldırlar da önemli rol oynarlar. Bu tezde modern şifreler ve bu şifrelere karşı yapılan başlıca önemli saldırı teknikleri anlatılmış ve bu şifrelerin güçlerinin bir incelemesi gerçekleştirilmiştir. Tezin 1. bölümü olan giriş bölümünde temel şifreleme yapıları olan blok ve akış şifreler ve bu şifrelere karşı yapılan kriptanaliz saldırıları ile ilgili bazı modellerin bir tanıtımı yapılmıştır. 2. bölümde temel bazı matematiksel kavramlardan bahsedilmiş ve tezin anlatımı sırasında anlaşılırlığı açısından bazı matematiksel tanım ve teorilere yer verilmiştir. 3. Bölümde iki önemli blok şifreleme algoritması olan DES (Data Encryption Standard) ve AES (Advanced Encryption Standard) şifreleme algoritmaları incelenmiş ve bu şifrelerin güçleri, dolayısıyla güvenlikleri şu ana kadar yapılan önemli saldırılarla beraber sunulmuştur. Tezin 4. bölümünde akış şifrelerin en önemli yapı taşı olan doğrusal geri beslemeli öteleyici saklayıcılar incelenmiştir. Buna ek olarak akış şifreler için son zamanlarda popüler olan bazı tasarım tekniklerine yer verilmiştir. Yine tezin 5. bölümünde blok ve akış şifrelere karşı düzenlenen bazı saldırılar ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Son bölüm olan 6. bölümde SPN temelli bazı temel şifrelere yapılan bazı kriptografik saldırılar deneysel sonuçları ile beraber verilmiştir. Buna ek olarak cebirsel AES S kutularına benzer S kutuları tasarlayan bir simülatör geliştirilmiştir. Son olarak bazı S kutularında özellikle üssel fonksiyon ya da sonlu cisimde ters alma işlemi kullanılarak elde edilen S kutularında gözlenen doğrusal eşitlik kavramı için bir uygulama geliştirilmiştir. Bu uygulamada tezde geliştirilen bir S kutusu kullanılmıştır.AbstractThis thesis is related with block ciphers and stream ciphers which are the two important components in symmetric cryptography. In addition, the building blocks of stream ciphers and block ciphers can be seen as Boolean functions and vectorial Boolean functions respectively. On the other hand, the attacks against block ciphers and stream ciphers are very important when we evaluate the strength of these ciphers. In this thesis, modern ciphers in view of symmetric cryptography, main attacks against these ciphers and the strength of these ciphers against these attacks are examined. First section of the thesis introduces block ciphers and stream ciphers which are the main components in symmetric cryptography. In addition, it introduces some models related with the cryptanalytic attacks against these ciphers. In the second section of this thesis, some mathematical concepts, definitions and theorems 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 very important block ciphers in view of cryptography and some attacks against these ciphers together with the strength of these ciphers against these attacks up to now. Fourth section of this thesis deals with Linear Feedback Shift Registers which are building blocks of stream ciphers and some popular design techniques in stream ciphers recently. In the fifth section, some cryptanalytic attacks against block ciphers and stream ciphers are examined in detail. Finally, in the sixth section, cryptanalytic attacks against basic SPN based ciphers together with the experimental results are given and a simulator designing AES S-box like S-boxes which are algebraic S-boxes is developed. Moreover, an application of affine equivalence which has caused a new criterion for S-boxes recently is given for an algebraic S-box designed by us