Symmetristen lohkosalausalgoritmien suoritustehokkuuksien analysointi : Tapaukset AES-128 ja 3DES

Abstract

Moderni informaatioyhteiskunta edellyttää informaation tehokasta salaamista. On tärkeää varmistaa, että yksityinen viestintä tai henkilötiedot pysyvät yksityisenä. Tämä toteutetaan käytännössä salausalgoritmeilla. Koska näitä algoritmeja on erilaisia, niiden suoritustehokkuutta on syytä tarkastella osana niiden vastuullista implementaatiota.

Tutkimuksen tavoite oli kehittää analyysimenetelmä, joka vastaa tähän tarpeeseen. Aiemmissa tutkimuksissa salausalgoritmien suoritustehokkuutta tutkittiin pääsääntöisesti perinteisillä aikamittauksilla. Tämä tarkoittaa, että eri algoritmien salaamiseen käyttämä aika mitattiin erimittaisilla syötteillä. Tällainen analyysimenetelmä on kuitenkin altis ulkopuolisille vaikutteille. Esimerkiksi analysoijan kyky implementoida algoritmi oikein tai käytetyn tietokoneen laskentateho voivat vaikuttaa mittaustuloksiin.

Tässä tutkimuksessa aihetta lähestyttiin tavanomaisen aikamittausten sijasta algoritmianalyysin teorian kautta. Näin ollen, analyysin tulos ei ole yhtä riippuvainen ulkopuolisista tekijöistä. Analyysimenetelmä on myös suunniteltu yksinkertaiseksi, jotta eri analysoijien tulokset algoritmin suoritustehokkuudelle eivät poikkea merkittävästi toisistaan. Tutkimuksen rajaamiseksi ehdotettu malli koskee vain lohkosalausalgoritmeja, kuten AES-128 ja 3DES.

Tutkimus on suunnittelutieteellinen tutkimus ja ehdotettu analyysimenetelmä on sen tuote, eli artefakti. Tutkimuksen aineisto, eli tutkimustyypin termein tietämyskanta, tukeutuu vahvasti algoritmianalyysin sekä lohkosalausalgoritmien teoriaan. Aineisto kerättiin eri tietokannoista sekä useista alan teoksista.

Tutkimuksessa huomattiin, että lohkosalausalgoritmien rakenteiden samankaltaisuuksia voidaan hyödyntää niiden analysoinnissa. Ne salaavat syötteensä lohkoissa, joiden koko on algoritmille vakio. Näiden lohkojen sisältä löytyy jonkinlainen kierrosrakenne, jota algoritmi toistaa aina uudelleen. Algoritmin suoritustehokkuutta voidaan analysoida tutkimalla ensin sen pienimpiä rakenteita, eli kierroksia ja kierroksen funktioita. Tästä voidaan sitten ekstrapoloida ylöspäin, johtaen lopulta koko algoritmin analyysiin. Tutkimukseen liittyy myös esimerkkitapaus, jossa tätä menetelmää hyödynnetään AES-128- ja 3DES lohkosalausalgoritmeihin.

Tutkimus tukee aiempaa tutkimusta kehittämällä uuden työkalun algoritmianalyysin tueksi. Kyseinen työkalu on suhteellisen helppokäyttöinen, eikä se vaadi syvällistä perehtymistä salauksen teoriaan tai vaadi monipuolista matemaattista osaamista. Ehdotetun analyysimallin tulokset ovat vertailukelpoisia toisiinsa, jolloin eri algoritmien suoritustehokkuuksien vertailu on myös mahdollista, vastaten modernin informaatioyhteiskunnan tarpeisiin.