Разработка и исследование последовательных и параллельных алгоритмов анализа современных симметричных шифров с использованием технологий MPI, NVIDIA CUDA, SageMath

Цель проекта - разработка, реализация и исследование последовательных и параллельных алгоритмов анализа современных симметричных шифров с использованием технологии распределенных многопроцессорных вычислений MPI, неграфических расчетов на графическом вычислителе NVIDIA CUDA, системы компьютерной алгебры SageMath. Исследованы симметричные шифры, которые можно классифицировать по трем группам: государственные стандарты шифрования, построенные по схеме Фейстеля (Магма (Россия), SM4 (Китай), MISTY1 (победитель конкурса NESSIE (Европа) и конкурса CRYPTREC (Япония)), государственные стандарты шифрования, построенные по принципу SP-сети (AES (США), Кузнечик (Россия), Калина (Украина)) и шифры малоресурсной криптографии Present, Clefia. Для вышеуказанных шифров были разработаны последовательные и параллельные алгоритмы анализа, использующие различные криптоаналитические техники, такие как методы линейного, дифференциального, алгебраического анализа, слайдовая атака, невозможные дифференциалы и др. Программные реализации были ориентированы на использование различных технологий вычислений: MPI, NVIDIA CUDA, SageMath. Показано, что в силу особенностей организации вычислительных процессов, применение многопроцессорной технологии NVIDIA CUDA является не всегда оправданным, особенно в случаях, когда необходимо использовать большой объем оперативны данных. Представлена авторская разработка двух упрощенных моделей шифрования для отечественного алгоритма шифрования Кузнечик, с использованием которого выполнено моделирование применимости методов линейного, дифференциального и алгебраического методов криптоанализа. При рассмотрении алгебраического анализа отдельное внимание уделялось вопросам применения среды SageMath для разработки алгоритмов решения систем уравнений для многораундовых средств шифрования с помощью SAT-решателей CryptoMiniSat и MiniSat. С использованием вышеперечисленных алгоритмов были получены обширные экспериментальные данные, выявлена зависимость времени вычислений от различных параметров, таких как используемые технология, вычислительные ресурсы, вид шифра, количество раундов шифрования, допущения, используемые в шифре, способ распределения данных для анализа и др. Наиболее значимые результаты, полученные в ходе выполнения проекта, были опубликованы в ведущих рецензируемых журналах, в том числе в виде 6 статей в журналах из перечня ВАК, 4 в изданиях Scopus, 31 - в изданиях РИНЦ. Результаты исследования были представлены и обсуждены на международных (9 докладов) и всероссийских (30 докладов) конференциях, молодежных конкурсах научно-технической направленности (8 работ финалистов всероссийских конкурсов, в том числе: исполнители гранта Красовский А.В. занял второе место по итогам конкурса СибИнфо-2017, Толоманенко Е.А. заняла третье место на Всероссийском конкурсе научных работ SIBINFO-2018, Куликов А.В. получил медаль им. Жданова А.Ю. за лучшую научно-исследовательскую выпускную работу).