Кіріспе

Криптоаналитикалық шабуыл түрі
Криптографияда интерполяциялық шабуыл – блок шифрларына қарсы криптоаналитикалық шабуыл түрі. Блок шифрларында дифференциалдық криптоанализ және сызықтық криптоанализ ұсынылғаннан кейін, дифференциалдық және сызықтық шабуылдарға қарсы қауіпсіз екендігі дәлелденген бірнеше жаңа блок шифрлары енгізілді. Олардың ішінде KN шифры және SHARK шифры сияқты қайталама блок шифрлары бар еді. Алайда, Томас Якобсен мен Ларс Кнудсен 1990 жылдардың соңында интерполяциялық шабуыл деп аталатын жаңа шабуылды енгізе отырып, бұл шифрларды бұзу оңай екенін көрсетті. Шабуыл кезінде S-қорапты көрсету үшін алгебралық функция қолданылады. Бұл Галуа өрісіндегі қарапайым квадраттық, полиномиалдық немесе рационалдық функция болуы мүмкін. Оның коэффициенттерін стандартты Лагранж интерполяциясы әдістерімен белгілі жай мәтіндерді деректер нүктелері ретінде пайдаланып анықтауға болады. Сонымен қатар, теңдеулерді жеңілдету және шабуылды оңтайландыру үшін таңдалған жай мәтіндерді қолдануға болады. Ең қарапайым түрінде интерполяциялық шабуыл шифрланған мәтінді жай мәтіннің полином түрінде көрсетеді. Егер полиномда белгісіз коэффициенттердің саны салыстырмалы түрде аз болса, онда жай мәтін/шифрланған мәтін (жай/шифр) жұптарының жиынтығымен полиномды қайта құруға болады. Полином қайта құрылғаннан кейін шабуылшы құпия кілтті нақты білмей, шифрлауды көрсете алады. Интерполяциялық шабуыл құпия кілтті қалпына келтіру үшін де қолданылуы мүмкін. Әдісті мысалмен түсіндіру оңай.

Тіршілік ету

Біттік блок шифрін қарастыра отырып, онда мүмкін жай мәтіндер саны бар, демек, ерекше жұптар бар. Егер полиномда белгісіз коэффициенттер болса, онда бізге полиномдағы белгісіз коэффициенттер санына тең немесе одан көп жұптар қажет. Сондықтан интерполяциялық шабуыл тек қана егер .

Уақыт күрделілігі

Қажетті қарапайым мәтінді шифрлау уақытына қарағанда, жұптарды қолданып полиномды құру уақыты шамалы деп есептейік. Егер белгісіз коэффициенттер болса, онда бұл шабуылдың уақыттық күрделілігі , үшін белгілі әртүрлі жұптар қажет болады.

Уақыт күрделілігі

Егер функцияны коэффициенттер арқылы, ал функцияны коэффициенттер арқылы өрнектеуге болады десек, теңдеуді матрицалық теңдеу түрінде құру үшін белгілі бір ерекше жұптар қажет болады. Дегенмен, бұл матрицалық теңдеу көбейту мен қосуға дейін шешіледі. Сондықтан, бірегей және нөлдік емес шешім алу үшін жоғарғы дәрежеге сәйкес келетін коэффициентті бірге, ал тұрақты мүшені нөлге теңейміз. Осылайша, белгілі бір ерекше жұптар талап етіледі. Осы шабуылдың уақыттық күрделілігі , белгілі бір ерекше жұптарды қажет етеді. "Ортада кездесу" (Meet In The Middle) тәсілімен коэффициенттердің жалпы саны әдетте стандартты тәсілге қарағанда аз болады. Бұл тәсілді тиімдірек етеді, себебі аз жұптар қажет.

Кілтті қалпына келтіру

Сонымен қатар, құпия кілтті қалпына келтіру үшін интерполяциялық шабуылды қолдануға болады. Егер блок ұзындығы бар итерациялық шифрдың соңғы раундысын алып тастасақ, шифрдың нәтижесі болады. Бұл шифрды қысқартылған шифр деп атаймыз. Идеясы – соңғы раунд кілтін болжау, сонда біз бір раундты шифрлап, қысқартылған шифрдың нәтижесін ала аламыз. Содан кейін болжамды тексеру үшін, қысқартылған шифрға интерполяциялық шабуылды қалыпты әдіспен немесе Ортада Кездесу әдісімен қолданамыз. Бұл қалай жасалады. Қалыпты әдіспен қысқартылған шифрдың нәтижесін ашық мәтіннің полиномы ретінде көрсетеміз. Полиномды деп атаймыз. Егер біз оны коэффициенттерімен көрсете алсақ, онда белгілі бір ерекше жұптарды пайдаланып полиномды құрастыра аламыз. Соңғы раунд кілтінің болжамын тексеру үшін, егер осы шарт орындалса, бір қосымша жұппен тексеру қажет:

Егер осылай болса, соңғы раунд кілтінің болжамы дұрыс болуының жоғары ықтималдығы бар. Егер жоқ болса, кілтті тағы бір болжаңыз. Ортада Кездесу әдісі бойынша, раундтан шығысты ашық мәтіннің полиномы ретінде және қысқартылған шифрдың нәтижесінің полиномы ретінде көрсетеміз. Полиномдарды және деп атаймыз, ал оларды тиісінше және коэффициенттерімен көрсетейік. Содан кейін белгілі бір ерекше жұптармен коэффициенттерді таба аламыз. Соңғы раунд кілтінің болжамын тексеру үшін, егер осы шарт орындалса, бір қосымша жұппен тексеру қажет:

Егер осылай болса, соңғы раунд кілтінің болжамы дұрыс болуының жоғары ықтималдығы бар. Егер жоқ болса, кілтті тағы бір болжаңыз. Соңғы раунд кілтін тапқаннан кейін, қалған раунд кілттерімен де осылай жалғастыра аласыз.

Уақыт күрделілігі

Ұзындығы бар құпия дөңгелек кілтпен, содан кейін әртүрлі кілт болады. Кездейсоқ таңдалған жағдайда, олардың әрқайсысының дұрыс болу ықтималдығы бар. Сондықтан, дұрыс кілтті табу үшін орташа есеппен жасауға тура келеді. Осылайша, қалыпты әдістің орташа уақыт күрделілігі болады, ол белгілі бір ерекше жұпты қажет етеді, ал Meet In The Middle әдісінің орташа уақыт күрделілігі болады, ол белгілі бір ерекше жұпты қажет етеді.

Нақты әлемдегі қолдану

Meet in the middle шабуылы S қораптарына шабуыл жасау үшін кері функциясын пайдаланатын түрінде қолданылуы мүмкін, себебі биттік S қорабы болғанда, онда SHARK блок шифры SP желісін S қорабымен қолданады. Шифр аз раундтан кейін дифференциалдық және сызықтық криптоанализге төзімді. Дегенмен, 1996 жылы Томас Якобсен мен Ларс Кнудсен оны интерполяциялық шабуыл арқылы бұзды. SHARK арқылы блок өлшемі биттерін, параллель биттік S қораптарын раундтарда пайдалану арқылы SHARK нұсқасын белгілейміз. Якобсен мен Кнудсен SHARK (64 биттік блок шифры) үшін таңдалған жазық мәтіндерді пайдалана отырып интерполяциялық шабуылдың бар екенін, сондай-ақ SHARK (128 биттік блок шифры) үшін таңдалған жазық мәтіндерді пайдалана отырып интерполяциялық шабуылдың бар екенін анықтады. Сондай-ақ Томас Якобсен Рид-Соломон кодтарының жақсартылған кодтамасы үшін Мадху Судан алгоритмін қолдана отырып, интерполяциялық шабуылдың ықтималдық нұсқасын ұсынды. Бұл шабуыл тіпті жазық мәтін мен шифрлы мәтін арасындағы алгебралық байланыс тек мәндердің бір бөлігіне ғана қатысты болғанда да жұмыс істей алады.