Design of a Practical Substitution Permutation Network Cryptosystem

Eltartor, Khulood H. and Algharbawi, Ibtehaj B. M. and Murad, Raed M. I. (2006) Design of a Practical Substitution Permutation Network Cryptosystem. Al-Aqsa University Journal (Natural Sciences Series), 10 (S.E.). pp. 462-475. ISSN ISSN 2070-3155 (Print), ISSN 2521-893X (Online)

[img]
Preview
Text
243.pdf - Published Version

Download (133kB) | Preview
Official URL: https://scholar.alaqsa.edu.ps

Abstract

The cryptosystem is an algorithm that executes encryption and decryption processes. In this work, we introduce a cryptosystem based on Festiel's Substitution Permutation Network (SPN) cryptosystem designed in 1973 which consists of five rounds. A number of modifications were added to Festiel's SPN in order to increase its security and expand its capacity to be considered as standard block ciphers. The modified SPN consists of five parallel SPN's, each one employs four different mappings (4x4 S-boxes) distributed to its first four rounds. In addition, five random independent keys are generated for each SPN to encrypt its 16-bit input (2-character input). The overall plaintext of the designed cryptosystem is 80-bit length (10-character plaintext). Since the typical plaintext of a block cipher ranges between 128-512 bits, a convolutional decoding/encoding process is applied to the 80-bit plaintext to expand capacity of the designed cryptosystem to 160-bit length plaintext to be sufficient to encrypt/decrypt 20-character plaintext using 20 different S-boxes and 25 different 16-bit sub-keys. Regardless the length of the plaintext, the proposed cryptosystem applies the encryption process by dividing the plaintext into 20-character blocks to encrypt them sequentially. الملخص : تصميم مقترح لنظام تشفير تطبيقي باستخدام شبكة التبديل و التقليب دراسة تطبيقية . يعتبر نظام التشفير من الخوارزميات التي تقوم بعمليتي التشفير وفك التشفير، من خلال هذه الدراسة قمنا بتصميم نظام تشفير متكامل بناءً على نظام التبديل و التقليب Substitution Permutation Network (SPN) الذي صممهFestiel عام 1973 والذي يتكون من خمس مراحل متكررة ومتتالية من التبديل والتقليب. أجرينا العديد من التعديلات والتطويرات على نظام Festiel وذلك للحصول على نظام تشفير أكثر سريةً وأمناً ضد طرق الإختراق المختلفة, وذلك بالإضافة إلى توسعة نظام Festiel لاستخدامة في العديد من التطبيقات المختلفة كمواقع المحادثة والبريد الإلكتروني و بطاقات الائتمان وغيرها. نظام التشفير المقترح يتكون من خمس منظومات تبديل و تقليب متوازية كل منها تتكون من خمس مراحل بحيث تحتوي كل مرحلة على أربعة صناديق تبديل من النوع (4x4 S-Boxes) متطابقة مختلفة في التصميم عن صناديق التبديل للمرحلة التي تليها, تتعامل كل منظومة تبديل وتقليب مع معلومة ذات طول رقمي 16 منزلة رقمية ثنائية (16 binary bits) ، يتم دمج هذه المعلومة مع خمسة مفاتيح تشفير مختلفة لا تعتمد على بعضها البعض يتم توليدها بطريقة عشوائة بحيث تكون موزعة على مراحل المنظمومة الخمس. كما يعتبر استخدام خمس منظمومات متوازية مؤهلاً للنظام لكي يقوم بتشفير نص طوله الرقمي 80 منزلة رقمية ثنائية أي بطول 10 أحرف أبجدية تبعاً لنظام أسكي كود بحيث يقوم بتشفير هذه الأحرف في نفس اللحظة الزمنية، كما أنه يمكن مضاعفة عدد أحرف النص إلى الضعف عن طريق استخدام مسجلات الترميز من نوع Convolutional Decoders/Encoders ليصبح عدد الأحرف المشفرة في نفس اللحظة الزمنية 20 حرف أي بطول رقمي مقداره 160 منزلة رقمية ثنائية يتم دمجها مع 25 مفتاح تشفير مختلفة مما يؤهل النظام للدخول ظمن أنظمة التشفير المعيارية التطبيقية الحديثة التي تقوم بتشفير نص رقمي يتراوح طوله ما بين 128 إلى 512 منزلة رقمية ثنائية في نفس اللحظة الزمنية. يوفر النظام المقترح إمكانية تشفير الرسائل بغض النظر عن أطوالها الرقمية و ذلك بتجزئة الرسالة إلى نصوص كل منها بطول 20 حرف (160 منزلة رقمية ثنائية) ومن ثم تشفير هذه التصوصعلى التوالي.

Item Type: Article
Uncontrolled Keywords: cryptosystem, substitution permutation network (SPN), substitution box (S_Box), key, cryptographic testing criteria, LAT, EMOSAC, DDT, NC, MOBIC.
Subjects: Q Science > QA Mathematics
Q Science > QA Mathematics > QA76 Computer software
Divisions: Faculty of Engineering, Science and Mathematics > School of Mathematics
Depositing User: Mr. Ahmed A, Ouda
Date Deposited: 16 Apr 2018 08:52
Last Modified: 16 Apr 2018 08:52
URI: http://scholar.alaqsa.edu.ps/id/eprint/703

Actions (login required)

View Item View Item