Розробка крипто-кодових конструкцій на LDPC-кодах

Автор(и)

  • Сергій Сергійович Погасій Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Україна https://orcid.org/0000-0002-4540-3693
  • Сергій Петрович Євсеєв Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Україна https://orcid.org/0000-0003-1647-6444
  • Олександр Сергійович Жученко Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0003-3275-810X
  • Олександр Володимирович Мілов Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Україна https://orcid.org/0000-0001-6135-2120
  • Володимир Петрович Лисечко Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0002-1520-9515
  • Олександр Володимирович Коваленко Центральноукраїнський національний технічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-9297-0650
  • Марина Юріївна Костяк Національний університет "Львівська політехніка", Україна https://orcid.org/0000-0002-6667-7693
  • Андрій Федорович Волков Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0003-1566-9893
  • Олександр Віталійович Лезік Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-7186-6683
  • Віталій Андрійович Сусукайло Національний університет "Львівська політехніка", Україна https://orcid.org/0000-0003-4431-9964

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254545

Ключові слова:

крипто-кодові конструкції, коди з малою щільністю перевірок на парність, концепція безпеки

Анотація

Приведені результати розробки постквантових алгоритмів крипто-кодових конструкцій Мак-Еліса та Нідеррайтера на кодах LDPC (Low Density Parity Check) із малою щільністю перевірок на парність. В умовах стрімкого зростання обчислювальних можливостей мобільних технологій та створення на їх базі бездротових Mesh-, сенсорних-мереж, технологій Інтернет-речей, smart-технологій актуальною проблемою стає забезпечення безпеки інформації. При цьому виникає необхідність розгляду безпеки у двох контурах внутрішньому (безпосередньо всередині інфраструктури мережі) та зовнішньому (хмарних технологіях). У таких умовах необхідно комплексувати загрози як на внутрішній контур безпеки, так і на зовнішній контур. Це дозволяє не лише враховувати гібридність та синергізм сучасних цільових загроз, але й враховувати рівень значущості (ступінь секретності) інформаційних потоків та інформації, що циркулює як у внутрішньому, так і зовнішньому контурі безпеки. Пропонується концепція побудови безпеки на основі двох контурів. Для забезпечення безпеки бездротових мобільних каналів пропонується використовувати крипто-кодові конструкції Мак-Еліса та Нідеррайтера на LDPC-кодах, що дозволяє інтегруватися у технології забезпечення вірогідності стандартів IEEE 802.15.4, IEEE 802.16. Такий підхід дозволяє забезпечити необхідний рівень послуг безпеки (конфіденційності, цілісності автентичності) в умовах повномасштабного квантового комп'ютера. Розглядаються практичні технології забезпечення безпеки, на основі пропонованих крипто-кодових конструкцій, IP-телефонії в онлайн режимі та системи “Розумний дім” на основі використання внутрішнього сервера

Біографії авторів

Сергій Сергійович Погасій, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Кандидат економічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки

Сергій Петрович Євсеєв, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра кібербезпеки

Олександр Сергійович Жученко, Український державний університет залізничного транспорту

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра транспортного зв’язку

Олександр Володимирович Мілов, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Доктор технічних наук, професор

Кафедра кібербезпеки

Володимир Петрович Лисечко, Український державний університет залізничного транспорту

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра транспортного зв’язку

Олександр Володимирович Коваленко, Центральноукраїнський національний технічний університет

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки та програмного забезпечення

Марина Юріївна Костяк, Національний університет "Львівська політехніка"

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра захисту інформації

Андрій Федорович Волков, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кафедра тактики військ протиповітряної оборони Сухопутних військ

Олександр Віталійович Лезік, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат військових наук, доцент

Кафедра тактики військ протиповітряної оборони Сухопутних військ

Віталій Андрійович Сусукайло, Національний університет "Львівська політехніка"

Аспірант

Кафедра захисту інформації

Посилання

  1. Branco, P. de M. (2017). A new LDPC-based McEliece cryptosystem. Tecnico Lisboa, 79. Available at: https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/1970719973967111/Thesis.pdf
  2. Engelbert, D., Overbeck, R., Schmidt, A. (2007). A Summary of McEliece-Type Cryptosystems and their Security. Journal of Mathematical Cryptology, 1 (2). doi: https://doi.org/10.1515/jmc.2007.009
  3. Misoczki, R., Tillich, J.-P., Sendrier, N., Barreto, P. S. L. M. (2012). MDPC-McEliece: New McEliece Variants from Moderate Density Parity-Check Codes. Available at: https://eprint.iacr.org/2012/409.pdf
  4. Baldi, M., Bodrato, M., Chiaraluce, F. (2008). A New Analysis of the McEliece Cryptosystem Based on QC-LDPC Codes. Security and Cryptography for Networks, 246–262. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-85855-3_17
  5. Chang, K. (2012). I.B.M. Researchers Inch Toward Quantum Computer. The New York Times. Available at: http://www.nytimes.com/2012/02/28/technology/ibm-inch-closer-on-quantum-computer.html?_r=1&hpw
  6. Eisenbarth, T., Güneysu, T., Heyse, S., Paar, C. (2009). MicroEliece: McEliece for Embedded Devices. Cryptographic Hardware and Embedded Systems - CHES 2009, 49–64. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-04138-9_4
  7. Ghosh, S., Delvaux, J., Uhsadel, L., Verbauwhede, I. (2012). A Speed Area Optimized Embedded Co-processor for McEliece Cryptosystem. 2012 IEEE 23rd International Conference on Application-Specific Systems, Architectures and Processors. doi: https://doi.org/10.1109/asap.2012.16
  8. Heyse, S. (2011). Implementation of McEliece Based on Quasi-dyadic Goppa Codes for Embedded Devices. Lecture Notes in Computer Science, 143–162. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-25405-5_10
  9. Persichetti, E. (2012). Compact McEliece keys based on quasi-dyadic Srivastava codes. Journal of Mathematical Cryptology, 6 (2). doi: https://doi.org/10.1515/jmc-2011-0099
  10. Minder, L. (2007). Cryptography Based on Error Correcting Codes. Lausanne. doi: https://doi.org/10.5075/epfl-thesis-3846
  11. Overbeck, R., Sendrier, N. (2009). Code-based cryptography. Post-Quantum Cryptography, 95–145. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-88702-7_4
  12. Bernstein, D. J., Lange, T., Peters, C. (2008). Attacking and Defending the McEliece Cryptosystem. Lecture Notes in Computer Science, 31–46. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-88403-3_3
  13. Cayrel, P.-L., Hoffmann, G., Persichetti, E. (2012). Efficient Implementation of a CCA2-Secure Variant of McEliece Using Generalized Srivastava Codes. Lecture Notes in Computer Science, 138–155. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-30057-8_9
  14. Misoczki, R., Barreto, P. S. L. M. (2009). Compact McEliece Keys from Goppa Codes. Lecture Notes in Computer Science, 376–392. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-05445-7_24
  15. Faugère, J.-C., Otmani, A., Perret, L., Tillich, J.-P. (2010). Algebraic Cryptanalysis of McEliece Variants with Compact Keys. Lecture Notes in Computer Science, 279–298. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-13190-5_14
  16. Berger, T. P., Cayrel, P.-L., Gaborit, P., Otmani, A. (2009). Reducing Key Length of the McEliece Cryptosystem. Lecture Notes in Computer Science, 77–97. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-02384-2_6
  17. Baldi, M., Chiaraluce, F. (2007). Cryptanalysis of a new instance of McEliece cryptosystem based on QC-LDPC Codes. 2007 IEEE International Symposium on Information Theory. doi: https://doi.org/10.1109/isit.2007.4557609
  18. Baldi, M., Chiaraluce, F., Garello, R. (2006). On the Usage of Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check Codes in the McEliece Cryptosystem. 2006 First International Conference on Communications and Electronics. doi: https://doi.org/10.1109/cce.2006.350824
  19. Baldi, M., Chiaraluce, F., Garello, R., Mininni, F. (2007). Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check Codes in the McEliece Cryptosystem. 2007 IEEE International Conference on Communications. doi: https://doi.org/10.1109/icc.2007.161
  20. Monico, C., Rosenthal, J., Shokrollahi, A. (2000). Using low density parity check codes in the McEliece cryptosystem. 2000 IEEE International Symposium on Information Theory (Cat. No.00CH37060). doi: https://doi.org/10.1109/isit.2000.866513
  21. Otmani, A., Tillich, J.-P., Dallot, L. (2010). Cryptanalysis of Two McEliece Cryptosystems Based on Quasi-Cyclic Codes. Mathematics in Computer Science, 3 (2), 129–140. doi: https://doi.org/10.1007/s11786-009-0015-8
  22. Misoczki, R., Tillich, J.-P., Sendrier, N., Barreto, P. S. L. M. (2013). MDPC-McEliece: New McEliece variants from Moderate Density Parity-Check codes. 2013 IEEE International Symposium on Information Theory. doi: https://doi.org/10.1109/isit.2013.6620590
  23. Bernstein, D. J., Buchmann, J., Dahmen, E. (Eds.) (2009). Post-Quantum Cryptography. Springer, 246. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-88702-7
  24. Courtois, N. T., Finiasz, M., Sendrier, N. (2001). How to Achieve a McEliece-Based Digital Signature Scheme. Lecture Notes in Computer Science, 157–174. doi: https://doi.org/10.1007/3-540-45682-1_10
  25. Faugere, J.-C., Gauthier-Umana, V., Otmani, A., Perret, L., Tillich, J.-P. (2011). A distinguisher for high rate McEliece cryptosystems. 2011 IEEE Information Theory Workshop. doi: https://doi.org/10.1109/itw.2011.6089437
  26. Gaborit, P. (2005). Shorter keys for code based cryptography. In International Workshop on Coding and Cryptography – WCC’2005, 81–91.
  27. Heyse, S., von Maurich, I., Güneysu, T. (2013). Smaller Keys for Code-Based Cryptography: QC-MDPC McEliece Implementations on Embedded Devices. Lecture Notes in Computer Science, 273–292. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-40349-1_16
  28. Baldi, M., Bianchi, M., Chiaraluce, F. (2013). Security and complexity of the McEliece cryptosystem based on quasi‐cyclic low‐density parity‐check codes. IET Information Security, 7 (3), 212–220. doi: https://doi.org/10.1049/iet-ifs.2012.0127
  29. Yevseiev, S., Tsyhanenko, O., Ivanchenko, S., Aleksiyev, V., Verheles, D., Volkov, S. et. al. (2018). Practical implementation of the Niederreiter modified crypto­code system on truncated elliptic codes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (4 (96)), 24–31. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150903
  30. Yevseiev, S., Hryhorii, K., Liekariev, Y. (2016). Developing of multi-factor authentication method based on niederreiter-mceliece modified crypto-code system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (4 (84)), 11–23. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.86175
  31. Yevseiev, S., Ponomarenko, V., Laptiev, O., Milov, O., Korol, O., Milevskyi, S. et. al.; Yevseiev, S., Ponomarenko, V., Laptiev, O., Milov, O. (Eds.) (2021). Synergy of building cybersecurity systems. Kharkiv: РС ТЕСHNOLOGY СЕNTЕR, 188. doi: https://doi.org/10.15587/978-617-7319-31-2
  32. Yevseiev, S., Korol, O., Kots, H. (2017). Construction of hybrid security systems based on the crypto-code structures and flawed codes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (9 (88)), 4–21. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108461
  33. Sidel'nikov, V. M. (2002). Kriptografiya i teoriya kodirovaniya. Materialy konferentsii: Moskovskiy universitet i razvitie kriptografii v Rossii. Moscow: MGU.
  34. Ranjitha, C. R., Thomas, J., Chithra, K. R. (2016). A brief study on LDPC codes. International Journal of Engineering Research and General Science, 4 (2), 612–618. Available at: http://pnrsolution.org/Datacenter/Vol4/Issue2/85.pdf
  35. Broul´ım, J. (2018). LDPC codes - new methodologies. University of West Bohemia, 127. Available at: https://cds.cern.ch/record/2730008/files/CERN-THESIS-2018-479.pdf
  36. Zhu, H., Pu, L., Xu, H., Zhang, B. (2018). Construction of Quasi-Cyclic LDPC Codes Based on Fundamental Theorem of Arithmetic. Wireless Communications and Mobile Computing, 2018, 1–9. doi: https://doi.org/10.1155/2018/5264724
  37. Singh, H. (2020). Code based Cryptography: Classic McEliece. arxiv.org. doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.1907.12754
  38. Chen, P.-J., Chou, T., Deshpande, S., Lahr, N., Niederhagen, R., Szefer, J., Wang, W. (2022). Complete and Improved FPGA Implementation of Classic McEliece. Cryptology ePrint Archive: Report 2022/412. URL: https://eprint.iacr.org/2022/412
  39. Liva, G., Song, S., Lan, L., Zhang, Y., Lin, S., Ryan, W. E. (2017). Design of LDPC Codes: A Survey and New Results. Journal of Communications Software and Systems, 2 (3), 191. doi: https://doi.org/10.24138/jcomss.v2i3.283
  40. Richardson, T. J., Urbanke, R. L. (2001). Efficient encoding of low-density parity-check codes. IEEE Transactions on Information Theory, 47 (2), 638–656. doi: https://doi.org/10.1109/18.910579
  41. Chandrasetty, V. A., Aziz, S. M. (2011). FPGA Implementation of a LDPC Decoder using a Reduced Complexity Message Passing Algorithm. Journal of Networks, 6 (1). doi: https://doi.org/10.4304/jnw.6.1.36-45
  42. Wang, Y. (2008). Generalized constructions, decoding and implementation of LDPC codes. University of Hawaii at Manoa. Available at: https://scholarspace.manoa.hawaii.edu/bitstream/10125/20577/Ph.D._AC1.H3_5085_r.pdf
  43. Sarvaghad-Moghaddam, M., Ullah, W., Jayakody, D. N. K., Affes, S. (2020). A New Construction of High Performance LDPC Matrices for Mobile Networks. Sensors, 20 (8), 2300. doi: https://doi.org/10.3390/s20082300
  44. Hübner, C., Merz, H., Hansemann, T. (2009). Gebäudeautomation. Kommunikationssysteme mit EIB/KNX, LON und BACnet. Hanser. doi: https://doi.org/10.3139/9783446422636
  45. CKA001473B8668. KNX Technical Manual. Busch-Presence detector KNX / Busch-Watchdog Sky KNX (2017). Busch-Jaeger Elektro GmbH, 198. Available at: https://library.e.abb.com/public/ddedcbf7ab704705affb179ca91e0fa2/2CKA001473B8668_Prasenzmelder_6131_03_ABB_EN.pdf
  46. Technical documentation on KNX devices (2006). ABB.
  47. KNX Handbook Version 1.1 Revision 1 (2004). Konnex Association.
  48. ABB i-bus KNX KNX Security Panel GM/A 8.1 Product Manual. Busch-Watchdog Sky KNX (2016). Busch-Jaeger Elektro GmbH, 648.
  49. ABB GPG Building Automation Webinar ABB i-bus® KNX Basics and Products (2016). ABB, 86. Available at: https://library.e.abb.com/public/d26bd890d3ef476fbc3a59a2fdca6116/Webinar%20ABB%20i-bus%20KNX%20-%20KNX%20Basics%20and%20Products.pdf
  50. Manual for KNX Planning (2017). Siemens Switzerland Ltd, 100.
  51. Security Technology KNX-Intrusion Alarm System L240 Installation, Commissioning, Operation (2010). Busch-Watchdog Sky KNX. Busch-Jaeger Elektro GmbH, 116.
  52. Kottapalli, N. (2011). Diameter and LTE Evolved Packet System. Corporate Headquarters, 10. Available at: http://go.radisys.com/rs/radisys/images/paper-lte-diameter-eps.pdf
  53. Ventura, H. (2002). Diameter - Next generation’s AAA protocol. Institutionen för Systemteknik, 66. Available at: https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:18347/FULLTEXT01.pdf
  54. Vinay Kumar, S. B., Harihar, M. N. (2012). Diameter-Based Protocol in the IP Multimedia Subsystem. International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE), 1 (6), 266–269. Available at: https://www.ijsce.org/portfolio-item/F0320121611/
  55. Qanbari, S., Mahdizadeh, S., Rahimzadeh, R., Behinaein, N., Dustdar, S. (2016). Diameter of Things (DoT): A Protocol for Real-Time Telemetry of IoT Applications. Lecture Notes in Computer Science, 207–222. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-43177-2_14
  56. Tschofenig, H. (2019). Diameter: new generation AAA protocol – design, practice, and applications. John Wiley & Sons, Inc. doi: https://doi.org/10.1002/9781118875889
  57. Ugrozy bezopasnosti yadra paketnoy seti 4G (2017). Available at: https://www.ptsecurity.com/ru-ru/research/analytics/epc-2017/
  58. Uyazvimosti protokola Diameter v setyakh 4G (2018). Available at: https://www.ptsecurity.com/ru-ru/research/analytics/diameter-2018/
  59. Yevseiev, S., Melenti, Y., Voitko, O., Hrebeniuk, V., Korchenko, A., Mykus, S. et. al. (2021). Development of a concept for building a critical infrastructure facilities security system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (111)), 63–83. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233533
  60. Yevseiev, S., Pohasii, S., Khvostenko, V. (2021). Development of a protocol for a closed mobile internet channel based on post-quantum algorithms. Information Processing Systems, 3 (166), 35–40. doi: https://doi.org/10.30748/soi.2021.166.03

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-04-30

Як цитувати

Погасій, С. С., Євсеєв, С. П., Жученко, О. С., Мілов, О. В., Лисечко, В. П., Коваленко, О. В., Костяк, М. Ю., Волков, А. Ф., Лезік, О. . В., & Сусукайло, В. А. (2022). Розробка крипто-кодових конструкцій на LDPC-кодах. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(9 (116), 44–59. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254545

Номер

Том 2 № 9 (116) (2022): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Serhii Pohasii, Serhii Yevseiev, Oleksandr Zhuchenko, Oleksandr Milov, Volodymyr Lysechko, Oleksandr Kovalenko, Maryna Kostiak, Andrii Volkov, Aleksandr Lezik, Vitalii Susukailo

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.