Bükülmüş funktsiya - Bent function - Wikipedia

Mantiqiy to'rt funktsiya Hamming vazni 1 egilgan; ya'ni ularning nochiziqligi 1 ga teng (bu diagramma nimani ko'rsatmoqda).
Quyidagi formuladan ko'rinib turibdiki, 2-ari funktsiya uning nochiziqligi 1 ga teng bo'lganda egilib qoladi:
Mantiqiy funktsiya egilgan; ya'ni uning nochiziqligi 6 ga teng (bu diagramma nimani ko'rsatmoqda).
Quyidagi formuladan ko'rinib turibdiki, 4-ari funktsiya uning nochiziqligi 6 ga teng bo'lganda egiladi:

In matematik maydoni kombinatorika, a egilgan funktsiya ning maxsus turi Mantiqiy funktsiya; shuning uchun hammadan iloji boricha farq qiladi chiziqli funktsiyalar va barchadan affin funktsiyalari. Bu egilgan funktsiyalarni tabiiy ravishda taxminiy ravishda qiyinlashtiradi. Bükülmüş funktsiyalar 1960-yillarda aniqlangan va nomlangan Oskar Rothaus 1976 yilgacha nashr etilmagan tadqiqotlarda.[1] Ular dasturlari uchun keng o'rganilgan kriptografiya, shuningdek, qo'llanilgan tarqaladigan spektr, kodlash nazariyasi va kombinatorial dizayn. Ta'rif bir necha usul bilan kengaytirilishi mumkin, bu asl nusxaning ko'pgina foydali xususiyatlarini baham ko'radigan umumlashtirilgan bukilgan funktsiyalarning turli sinflariga olib keladi.

Ma'lumki, V. A. Eliseev va O. P. Stepchenkov o'zlari chaqirgan egilgan funktsiyalarni o'rganishgan minimal funktsiyalar, 1962 yilda SSSRda.[2] Biroq, ularning natijalari hali ham oshkor qilinmagan.

Uolsh o'zgarishi

Bükülmüş funktsiyalar Uolsh o'zgarishi. Mantiqiy funktsiyani Uolshga o'zgartirishi funktsiya tomonidan berilgan

qayerda a · x = a1x1 + a2x2 + … + anxn (mod 2) bo'ladi nuqta mahsuloti yilda Zn
2
.[3] Shu bilan bir qatorda, ruxsat bering S0(a) = { xZn
2
 : f(x) = a · x }
va S1(a) = { xZn
2
 : f(x) ≠ a · x }
. Keyin |S0(a)| + |S1(a)| = 2n va shuning uchun

Mantiqiy funktsiyalar uchun f va aZn
2
konvertatsiya oralig'ida yotadi

Bundan tashqari, chiziqli funktsiya f0(x) = a · x va affine funktsiyasi f1(x) = a · x + 1 chunki ikkita o'ta og'ir holatga to'g'ri keladi

Shunday qilib, har biri uchun aZn
2
ning qiymati funktsiyani qaerda bo'lishini tavsiflaydi f(x) oralig'ida yotadi f0(x) ga f1(x).

Ta'rifi va xususiyatlari

Rothaus a ni aniqladi egilgan funktsiya mantiqiy funktsiya sifatida kimning Uolsh o'zgarishi doimiyga ega mutlaq qiymat. Bükülmüş funktsiyalar ma'lum ma'noda barcha affin funktsiyalaridan teng masofada joylashgan, shuning uchun ularni har qanday affin funktsiyasiga yaqinlashtirish juda qiyin.

Bukilgan funktsiyalarning eng oddiy misollari algebraik normal shakl, bor F(x1, x2) = x1x2 va G(x1, x2, x3, x4) = x1x2x3x4. Ushbu naqsh davom etmoqda: x1x2x3x4 ⊕ … ⊕ xn−1xn egilgan funktsiya har bir juftlik uchun n, ammo boshqa turli xil egilgan funktsiyalar mavjud n ortadi.[4] Qiymatlar ketma-ketligi (-1)f(x), bilan xZn
2
qabul qilingan leksikografik tartib, a deb nomlanadi egilgan ketma-ketlik; egilgan funktsiyalar va egilgan ketma-ketliklar teng xususiyatlarga ega. Ushbu ± 1 shaklida Uolsh konvertatsiyasi osongina quyidagicha hisoblanadi

qayerda V(2n) tabiiy buyurtma qilingan Uolsh matritsasi va ketma-ketlik a sifatida ko'rib chiqiladi ustunli vektor.[5]

Rothaus egilgan funktsiyalar faqat hatto uchun ham mavjudligini isbotladi nva bu egilgan funktsiya uchun f, Barcha uchun aZn
2
.[3] Aslini olib qaraganda, , qayerda g shuningdek egilgan. Ushbu holatda, , shuning uchun f va g hisobga olinadi ikkilamchi funktsiyalari.[5]

Har qanday egilgan funktsiya Hamming vazni (bu qiymatni necha marta olishini) 1 ning 2n−1 ± 2n2−1, va aslida ushbu ikki sonli nuqtadan biridagi har qanday affine funktsiyasiga mos keladi. Shunday qilib nochiziqli ning f (har qanday affin funktsiyasiga teng bo'lgan minimal son) bu 2n−1 − 2n2−1, mumkin bo'lgan maksimal. Aksincha, chiziqli bo'lmagan har qanday mantiqiy funktsiya 2n−1 − 2n2−1 egilgan.[3] The daraja ning f algebraik normal shaklda ( chiziqsiz tartib ning f) ko'pi bilann2 (uchun n > 2).[4]

Boole funktsiyalari juda ko'p o'zgaruvchilarning mantiqiy funktsiyalari orasida juda kam uchraydigan bo'lsa-da, ular har xil turlarga ega. Kabi egilgan funktsiyalarning maxsus sinflari bo'yicha batafsil tadqiqotlar olib borildi bir hil bittasi[6] yoki a dan kelib chiqadiganlar monomial ustidan cheklangan maydon,[7] ammo hozirga qadar egilgan funktsiyalar to'liq ro'yxatga olish yoki tasniflash bo'yicha barcha urinishlarga qarshi chiqdi.

Qurilishlar

Bükülmüş funktsiyalar uchun bir necha turdagi konstruktsiyalar mavjud.[2]

  • Kombinatorial konstruksiyalar: iterativ konstruksiyalar, Mayorana-McFarland konstruktsiyasi, qisman tarqalishlar, Dillon va Dobbertinning egilgan funktsiyalari, minterm egilgan funktsiyalar, egilgan takrorlanadigan funktsiyalar
  • Algebraik konstruktsiyalar: Oltin, Dillon, Kasami, Kanto-Leander va Kanto-Sharpin-Kuyregyan eksponentlari bilan monomial egilgan funktsiyalar; Niho egilgan funktsiyalari va boshqalar.

Ilovalar

1982 yilidayoq bu aniqlandi maksimal uzunlikdagi ketma-ketliklar egilgan funktsiyalarga asoslangan o'zaro bog'liqlik va avtokorrelyatsiya xususiyatlari bilan raqobatlashadigan xususiyatlar Oltin kodlar va Kasami kodlari foydalanish uchun CDMA.[8] Ushbu ketma-ketliklar bir nechta dasturlarga ega tarqaladigan spektr texnikasi.

Bükülmüş funktsiyalarning xususiyatlari tabiiy ravishda zamonaviy raqamli raqamlarga qiziqish uyg'otadi kriptografiya, bu kirish va chiqish o'rtasidagi munosabatlarni yashirishga intiladi. 1988 yilga kelib, Forré funktsiyaning Uolsh konvertatsiyasidan uning qanoatlantirilishini ko'rsatish uchun foydalanish mumkinligini tan oldi qor ko'chkisi mezonlari (SAC) va yuqori darajadagi umumlashtirishlar va ushbu vositani yaxshilikka nomzodlarni tanlash uchun tavsiya qildi S-qutilar deyarli mukammallikka erishish diffuziya.[9] Darhaqiqat, SACni eng yuqori darajadagi qondirish funktsiyalari har doim egilib turadi.[10] Bundan tashqari, egilgan funktsiyalar, deyilgan narsalardan imkon qadar uzoqroq chiziqli tuzilmalar, nolga teng bo'lmagan vektorlar shunday f(x + a) + f(x) doimiy. Tilida differentsial kriptanaliz (ushbu xususiyat aniqlangandan keyin kiritilgan) lotin egilgan funktsiya f nolga teng bo'lmagan har bir nuqtada a (anavi, fa(x) = f(x + a) + f(x)) a muvozanatli Mantiqiy funktsiya, har bir qiymatni vaqtning yarmini oladi. Ushbu xususiyat deyiladi mukammal nochiziqlik.[4]

Bunday yaxshi diffuziya xususiyatlarini hisobga olgan holda, differentsial kriptanalizga mukammal qarshilik va ta'rifi bo'yicha qarshilik chiziqli kriptanaliz, egilgan funktsiyalar dastlab S-qutilar kabi xavfsiz kriptografik funktsiyalar uchun ideal tanlov bo'lib ko'rinishi mumkin. Ularning halokatli kamchiliklari shundaki, ular muvozanatni saqlashga qodir emaslar. Ayniqsa, qaytariladigan S-quti to'g'ridan-to'g'ri egilgan funktsiyalardan tuzilishi mumkin emas va a oqim shifri egilgan birlashtirish funktsiyasidan foydalanish a uchun himoyasiz korrelyatsion hujum. Buning o'rniga, egilgan funktsiyadan boshlash va natijani muvozanatlashguncha tasodifiy mos qiymatlarni to'ldirish mumkin. O'zgartirilgan funktsiya hali ham yuqori chiziqsizlikka ega va bunday funktsiyalar juda kam uchraydi, chunki bu jarayon qo'pol kuch qidirishdan ancha tezroq bo'lishi kerak.[4] Ammo shu tarzda ishlab chiqarilgan funktsiyalar boshqa kerakli xususiyatlarni yo'qotishi mumkin, hatto SACni qondira olmaydi - shuning uchun sinchkovlik bilan sinov zarur.[10] Bir qator kriptograflar imkon qadar egilgan funktsiyalarning yaxshi kriptografik fazilatlarini saqlaydigan muvozanatli funktsiyalarni yaratish texnikasi ustida ishladilar.[11][12][13]

Ushbu nazariy tadqiqotlarning bir qismi haqiqiy kriptografik algoritmlarga kiritilgan. The CAST dizayn tartibi, tomonidan ishlatiladi Carlisle Adams va Stafford Tavares uchun S-qutilarini qurish blok shifrlari CAST-128 va CAST-256, egilgan funktsiyalardan foydalanadi.[13] The kriptografik xash funktsiyasi XAVAL mantiqiy funktsiyalardan foydalanadi ekvivalentlik darslari oltita o'zgaruvchiga egilgan funktsiyalar.[14] Oqim shifri Don dan foydalanadi NLFSR chiziqli bo'lmagan teskari aloqa polinomasi, dizayni bo'yicha egilgan funktsiya va chiziqli funktsiya yig'indisidir.[15]

Umumlashtirish

Bükülmüş funktsiyalarning 25 dan ortiq turli xil umumlashmalari Tokarevaning 2015 yilgi monografiyasida tasvirlangan.[2] Algebraik umumlashmalar mavjud (q- egilgan funktsiyalar, p-ariy egilgan funktsiyalar, cheklangan maydon ustidagi egilgan funktsiyalar, Shmidtning mantiqiy umumlashtirilgan funktsiyalari, cheklangan abeliya guruhidan birlik doirasidagi kompleks sonlar to'plamiga egilgan funktsiyalar, cheklangan abeliya guruhidan cheklangan abel guruhiga egilgan funktsiyalar, Abeliya bo'lmagan egiluvchan funktsiyalar, vektorli G-egilgan funktsiyalar, cheklangan Abeliya guruhidagi ko'p o'lchovli bukilgan funktsiyalar), kombinatorial umumlashmalar (nosimmetrik egilgan funktsiyalar, bir hil egilgan funktsiyalar, burilish nosimmetrik egilgan funktsiyalar, normal egilgan funktsiyalar, o'z-o'zini va o'z-o'zini qarshi ikkita egiluvchi funktsiyalar, qisman aniqlangan egilgan funktsiyalar, plato funktsiyalari, Z-egilgan funktsiyalar va kvant egilgan funktsiyalar) va kriptografik umumlashmalar (yarim egilgan funktsiyalar, muvozanatli egilgan funktsiyalar, qisman egilgan funktsiyalar, giper-egilgan funktsiyalar, yuqori darajadagi egilgan funktsiyalar, k(egilgan funktsiyalar).

Eng keng tarqalgan sinf umumlashtirilgan egilgan funktsiyalar bo'ladi mod m turi, shu kabi

doimiy mutloq qiymatga ega mn/2. Mukammal chiziqli bo'lmagan funktsiyalar , nolga teng bo'lganlar uchun a, f(x + a) − f(a) har bir qiymatni oladi mn − 1 marta, umumlashtiriladi. Agar m bu asosiy, aksincha to'g'ri. Ko'pgina hollarda faqat asosiy m hisobga olinadi. G'alati ustunlik uchun m, har bir ijobiy uchun umumlashtirilgan egilgan funktsiyalar mavjud n, juft va toq. Ular ikkilik egilish funktsiyalari singari juda ko'p yaxshi kriptografik xususiyatlarga ega.[16][17]

Yarim egilgan funktsiyalar egilgan funktsiyalarning g'alati tartibdagi o'xshashidir. Yarim egilgan funktsiya bilan n g'alati, shunday faqat 0 va qiymatlarini oladi m(n+1)/2. Ular shuningdek yaxshi kriptografik xususiyatlarga ega va ularning ba'zilari muvozanatli bo'lib, barcha mumkin bo'lgan qiymatlarni teng ravishda qabul qilishadi.[18]

The qisman egilgan funktsiyalar Uolsh konvertatsiyasi va avtokorrelyatsiya funktsiyalari sharti bilan aniqlangan katta sinfni tashkil eting. Barcha affin va egilgan funktsiyalar qisman egilgan. Bu o'z navbatida plato vazifalari.[19]

G'oyasi giper-egilgan funktsiyalar minimal masofani maksimal darajaga ko'tarishdir barchasi Mantiqiy funktsiyalar kelib chiqadi ikki tomonlama cheklangan maydonda monomiallar (2)n), nafaqat affin funktsiyalari. Ushbu funktsiyalar uchun bu masofa doimiy bo'lib, ularni an ga chidamli qilishi mumkin interpolatsiya hujumi.

Boshqa tegishli ismlar kriptografik jihatdan muhim funktsiyalar sinflariga berilgan , kabi deyarli egilgan funktsiyalar va egri funktsiyalar. Bükülmemiş funktsiyalarning o'zi (bu mantiqiy funktsiyalar ham emas), ular bükülmüş funktsiyalar bilan chambarchas bog'liq va chiziqli bo'lmagan xususiyatlarga ega.

Adabiyotlar

  1. ^ O. S. Rothaus (1976 yil may). "Bent" funktsiyalari to'g'risida ". Kombinatoriya nazariyasi jurnali, A seriyasi. 20 (3): 300–305. doi:10.1016/0097-3165(76)90024-8. ISSN  0097-3165.
  2. ^ a b v N. Tokareva (2015). Bükülmüş funktsiyalar: natijalar va kriptografiyaga qo'llaniladigan dasturlar. Akademik matbuot. ISBN  9780128023181.
  3. ^ a b v C. Qu; J. Seberry; T. Xia (2001 yil 29 dekabr). "Kriptografiyada mantiqiy funktsiyalar". Olingan 14 sentyabr 2009. Iqtibos jurnali talab qiladi | jurnal = (Yordam bering)
  4. ^ a b v d V. Mayer; O. Staffelbax (1989 yil aprel). Kriptografik funktsiyalarning chiziqli bo'lmagan mezonlari. Evrokript 89. 549-562 betlar.
  5. ^ a b C. Karlet; L.E. Danielsen; M.G. Parker; P. Solé (2008 yil 19-may). O'zini ikki tomonlama egish funktsiyalari (PDF). Mantiqiy funktsiyalar bo'yicha to'rtinchi xalqaro seminar: Kriptografiya va ilovalar (BFCA '08). Olingan 21 sentyabr 2009.
  6. ^ T. Xia; J. Seberry; J. Pieprzyk; C. Charnes (2004 yil iyun). "2n o'zgaruvchida n darajadagi bir hil funktsiyalar n> 3 uchun mavjud emas". Diskret amaliy matematika. 142 (1–3): 127–132. doi:10.1016 / j.dam.2004.02.006. ISSN  0166-218X. Olingan 21 sentyabr 2009.
  7. ^ A. Kante; P. Charpin; G. Kyureghyan (2008 yil yanvar). "Monomial egilgan funktsiyalarning yangi klassi" (PDF). Cheklangan maydonlar va ularning qo'llanilishi. 14 (1): 221–241. doi:10.1016 / j.ffa.2007.02.004. ISSN  1071-5797. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2011 yil 21-iyulda. Olingan 21 sentyabr 2009.
  8. ^ J. Olsen; R. Sholts; L. Welch (1982 yil noyabr). "Bentli ishlaydigan ketma-ketliklar". Axborot nazariyasi bo'yicha IEEE operatsiyalari. IT-28 (6): 858-864. doi:10.1109 / tit.1982.1056589. ISSN  0018-9448. Arxivlandi asl nusxasi 2011 yil 22-iyulda. Olingan 24 sentyabr 2009.
  9. ^ R. Forré (1988 yil avgust). Ko'chkining qat'iy mezonlari: mantiqiy funktsiyalarning spektral xususiyatlari va kengaytirilgan ta'rifi. CRYPTO '88. 450-468 betlar.
  10. ^ a b C. Adams; S. Tavares (1990 yil yanvar). "S-box dizaynida yuqori tartibli qor ko'chkisi mezoniga erishish uchun egilgan qatorlardan foydalanish". Texnik hisobot TR 90-013. Qirolicha universiteti. CiteSeerX  10.1.1.41.8374. Iqtibos jurnali talab qiladi | jurnal = (Yordam bering)
  11. ^ K. Nyberg (1991 yil aprel). Mukammal chiziqsiz S-qutilar. Eurocrypt '91. 378-386-betlar.
  12. ^ J. Seberry; X. Chjan (1992 yil dekabr). Juda nochiziqli 0-1 muvozanatli mantiqiy funktsiyalar, ko'chkilarning qat'iy mezonini qondiradi. AUSCRYPT '92. 143-155 betlar. CiteSeerX  10.1.1.57.4992.
  13. ^ a b C. Adams (1997 yil noyabr). "CAST dizayn protsedurasi yordamida simmetrik shifrlarni yaratish". Dizaynlar, kodlar va kriptografiya. 12 (3): 283–316. doi:10.1023 / A: 1008229029587. ISSN  0925-1022. Arxivlandi asl nusxasi 2008 yil 26 oktyabrda. Olingan 20 sentyabr 2009.
  14. ^ Y. Zheng; J. Pieprzyk; J. Seberry (1992 yil dekabr). HAVAL - o'zgaruvchan uzunligi bilan bir tomonlama xeshlash algoritmi. AUSCRYPT '92. 83-104 betlar. Olingan 20 iyun 2015.
  15. ^ M. Jahannam; T. Yoxansson; A. Maksimov; V. Meier. "Oqim shifrlash bo'yicha taklif: don-128" (PDF). Olingan 24 sentyabr 2009. Iqtibos jurnali talab qiladi | jurnal = (Yordam bering)
  16. ^ K. Nyberg (1990 yil may). Bükülmüş funktsiyalarning konstruktsiyalari va farqlar to'plamlari. Evrokript '90. 151-160 betlar.
  17. ^ Shashi Kant Pandey; B.K. Dass (2017 yil sentyabr). "Kriptografik mantiqiy funktsiyaning Uolsh spektri to'g'risida". Mudofaa fanlari jurnali. 67 (5): 536–541. doi:10.14429 / dsj.67.10638. ISSN  0011-748X.
  18. ^ K. Xo; G. Gong; D. Stinson (2006 yil fevral). "Cheklangan maydonlarda yarim egilgan va egilgan funktsiyalarning yangi tavsifi" (PostScript ). Dizaynlar, kodlar va kriptografiya. 38 (2): 279–295. CiteSeerX  10.1.1.10.6303. doi:10.1007 / s10623-005-6345-x. ISSN  0925-1022. Olingan 24 sentyabr 2009.
  19. ^ Y. Zheng; X. Chjan (1999 yil noyabr). Plastinali funktsiyalar. Axborot-kommunikatsiya xavfsizligi bo'yicha ikkinchi xalqaro konferentsiya (ICICS '99). 284-300 betlar. Olingan 24 sentyabr 2009.

Qo'shimcha o'qish