Перейти до змісту
Електронне моделювання
UK EN
Меню

Аналіз стійкості алгоритму блокового шифрування DONATION до структурних та алгебраїчних атак

Л.В. Ковальчук, д-р техн. наук
e-mail: lusi.kovalchuk@gmail.com; https://orcid.org/0000-0003-2874-7950

С.Я. Гільгурт, д-р техн. наук
e-mail: hilgurt@ukr.net; https://orcid.org/0000-0003-1647-1790

А.М. Давиденко, д-р техн. наук
e-mail: davidenkoan@gmail.com; https://orcid.org/0000-0001-6466-1690

Т.М. Клименко
e-mail: klimenko-t@ukr.net; https://orcid.org/0009-0003-4675-6428

Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
Україна, 03164, Київ, вул. Олега Мудрака, 15

Èlektron. model. 2026, 48(5):29-44

Повний текст (PDF)

English version

Стаття надійшла до редакції / Received 3.09.2026

BY© Л.В. Ковальчук, С.Я. Гільгурт, А.М. Давиденко, Т.М. Клименко, 2026
Стаття поширюється на умовах ліцензії відкритого доступу CC BY 4.0

Анотація

Робота продовжує серію досліджень стійкості малоресурсного блокового шифру DONATION, призначеного для шифрування відеопотоків з БпЛА. Проведено попередній аналіз його стійкості до структурних та алгебраїчних атак. Проаналізовано вплив бітової перестановки на байтову структуру стану та можливість застосування інтегральних атак і атак типу «вузького місця». Показано, що перестановка після нелінійного перетворення повністю руйнує байтову структуру, тому розглянуті атаки безпосередньо на DONATION не переносяться. Для восьми повних раундів система, що описує шифр, містить 2496 квадратичних рівнянь, 1024 змінні для входів і виходів блоків підстановки та 576 змінних для бітів раундових ключів (без урахування лінійних рівнянь). Очевидного алгебраїчного спрощення, яке давало б змогу практично розв’язати цю систему, не виявлено.

Ключові слова

малоресурсний блоковий шифр, структурний криптоаналіз, алгебраїчний криптоаналіз, інтегральна атака, квадратичні булеві рівняння

Список літератури

  1. Kovalchuk L., Davydenko A., Klymenko T., Nedashkivska, A., Hilgurt S. Development of an algorithm with temporary cryptographic security for encrypting video stream from an unmanned aerial vehicle. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2025, vol. 5, no. 9 (137). P. 41—53. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.340917
  2. Kovalchuk L., Hilgurt S., Davydenko A., Klymenko T. The Lightweight Block Cipher DONATION and Estimates of Its Security against Differential and Linear Cryptanalysis. Cybernetics and Systems Analysis, 2026, v. 62, no. 6, pp. 60—72. DOI and stable URL have not yet been assigned.
  3. Bogdanov A., Knudsen L.R., Leander G., Paar, C., Poschmann A., Robshaw M.J.B., Seurin Y., Vikkelsoe C. PRESENT: An Ultra-Lightweight Block Cipher. In Cryptographic Hardware and Embedded Systems — CHES 2007. LNCS 4727; Springer: Berlin, Heidelberg, 2007. Р. 450—466. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-540-74735-2_31
  4. Knudsen L.R., Wagner D. Integral Cryptanalysis. In Fast Software Encryption - FSE 2002. LNCS 2365; Springer: Berlin, Heidelberg. 2002. Р. 112—127. URL: https://doi.org/10.1007/3-540-45661-9_9
  5. Z'aba M.R., Raddum H., Henricksen M., Dawson E. Bit-Pattern Based Integral Attack. In Fast Software Encryption - FSE 2008. LNCS 5086; Springer: Berlin, Heidelberg. 2008. Р. 363—381. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-540-71039-4_23
  6. Hadipour H., Gerhalter, S., Sadeghi S., Eichlseder M. Improved Search for Integral, Impossible-Differential and Zero-Correlation Attacks: Application to Ascon, ForkSKINNY, SKINNY, MANTIS, PRESENT and QARMAv2. IACR Transactions on Symmetric Cryptology 2024, 2024(1). Р. 234—325. URL: https://doi.org/10.46586/tosc.v2024.i1.234-325
  7. Shibayama N., Igarashi Y. Integral Attack with Bit-Based Division Property on the Lightweight Block Cipher LBC. In Information Security Applications - WISA 2024. Revised Selected Papers. LNCS 15499; Springer Nature: Singapore. 2025. Р. 16—28. URL: https://doi.org/10.1007/978-981-96-1624-4_2
  8. Xu Z., Cui J., Hu K., Wang M. Integral Attack on the Full FUTURE Block Cipher. Tsinghua Science and Technology. 2025. 30(1), р. 161—170. URL: https://doi.org/10.26599/TST.2024.9010007
  9. Daemen J., Knudsen L.R., Rijmen V. The block cipher Square. In Fast Software Encryption — FSE 1997. LNCS 1267; Springer: Berlin, Heidelberg, 1997. Р. 149—165. URL: https://doi.org/10.1007/BFb0052343
  10. Knudsen L.R., Wagner D. Integral Cryptanalysis. In Fast Software Encryption — FSE 2002. LNCS 2365; Springer: Berlin, Heidelberg. 2002. Р. 112—127. URL: https://doi.org/10.1007/3-540-45661-9_9
  11. Gilbert H., Minier M. A Collision Attack on 7 Rounds of Rijndael. In Proceedings of the Third Advanced Encryption Standard Candidate Conference. NIST: New York, NY, USA. 2000. Р. 230—241. URL: https://crypto.orange-labs.fr/acg/publication/infoPublication.php?id=39 (accessed on 19 August 2026).
  12. Minier M. A Three Rounds Property of the AES. In Advanced Encryption Standard — AES 2004. LNCS 3373; Springer: Berlin, Heidelberg. 2005. Р. 16—26. URL: https://doi.org/10.1007/11506447_3
  13. Courtois N., Klimov A., Patarin J., Shamir, A. Efficient Algorithms for Solving Overdefined Systems of Multivariate Polynomial Equations. In Advances in Cryptology - EUROCRYPT 2000. LNCS 1807; Springer: Berlin, Heidelberg. 2000. Р. 392—407. URL: https://doi.org/10.1007/3-540-45539-6_27
  14. Courtois N.T., Pieprzyk J. Cryptanalysis of Block Ciphers with Overdefined Systems of Equations. In Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2002. LNCS 2501; Springer: Berlin, Heidelberg. 2002. P. 267—287. URL: https://doi.org/10.1007/3-540-36178-2_17
  15. Faugère J.-C. A new efficient algorithm for computing Gröbner bases (F4). Journal of Pure and Applied Algebra. 1999. Vol. 139(1-3). P. 61—88. URL: https://doi.org/10.1016/S0022-4049(99)00005-5
  16. Bard G.V. Algebraic Cryptanalysis. Springer: New York, NY, USA, 2009. URL: https://doi.org/10.1007/978-0-387-88757-9
  17. Yeo S.L., Le D.-P., Khoo K. Improved algebraic attacks on lightweight block ciphers. Journal of Cryptographic Engineering. 2021. Vol. 11. P. 1—19. URL: https://doi.org/10.1007/s13389-020-00237-4
  18. Massacci F., Marraro L. Logical Cryptanalysis as a SAT Problem. Journal of Automated Reasoning. 2000. Vol. 24 (1-2), P. 165—203. URL: https://doi.org/10.1023/A:1006326723002

КОВАЛЬЧУК Людмила Василівна, д-р техн. наук, професор, пров. наук. співробітник Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України. У 1989 р. закінчила Київський державний університет ім. Т.Г. Шевченко. Область наукових досліджень — теорія імовірності, математична статистика, абстрактна алгебра, теорія чисел, скінченні поля, криптологія, технології блокчейн, доведення без розголошення, децентралізовані фінансові системи на блокчейні.

ГІЛЬГУРТ Сергій Якович, д-р техн. наук, зав. відділу математичного та економетричного моделювання Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України. В 1986 р. закінчив Київський інститут інженерів цивільної авіації. Область наукових досліджень — високопродуктивні та розподілені обчислювальні середовища, реконфігуровні обчислення на базі ПЛІС, сигнатурні засоби захисту інформації в кіберфізичних системах та на об’єктах критичної інфраструктури.

ДАВИДЕНКО Анатолій Миколайович, д-р техн. наук, професор, пров. наук. співробітник Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України; професор кафедри комп’ютерної інженерії Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій. У 1986 р. закінчив Київський інститут інженерів цивільної авіації. Область наукових досліджень — моделювання систем захисту інформації на об’єктах критичної інфраструктури та в розподілених і високопродуктивних обчислювальних середовищах, використання методів штучного інтелекту при побудові засобів захисту інформації.

КЛИМЕНКО Тетяна Михайлівна, зав. науково-організаційним відділом Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України. У 1984 р. закінчила Київський політехнічний інститут. Область наукових досліджень — менеджмент наукових проєктів, оптимізація планування робіт.