Φαινόμενο χιονοστιβάδας
Το φαινόμενο χιονοστιβάδας ("φαινόμενο κατολίσθησης") είναι μια ιδιότητα των αλγορίθμων κρυπτογράφησης μπλοκ και των κρυπτογραφικών συναρτήσεων κατακερματισμού. Είναι συχνά επιθυμητό στην κρυπτογραφία. Το φαινόμενο λέει, ότι ένα μεγάλο μέρος της εξόδου πρέπει να αλλάξει, ακόμη και όταν η είσοδος αλλάζει μόνο λίγο. Σε καλούς κρυπτογράφους μπλοκ αυτό σημαίνει: Μια μικρή αλλαγή στο κλειδί ή στο απλό κείμενο θα πρέπει να προκαλεί ισχυρή αλλαγή στο κρυπτογράφημα.
Αυτό σημαίνει ότι οι μικρές αλλαγές μπορούν να εξαπλωθούν γρήγορα, όταν ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί επαναλήψεις. Έτσι, κάθε bit της εξόδου εξαρτάται από κάθε bit της εισόδου.
Ο όρος φαινόμενο χιονοστιβάδας χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Horst Feistel (Feistel 1973). Αργότερα, η έννοια ταυτίστηκε με την ιδιότητα της σύγχυσης του Shannon.
Εάν ένας κρυπτογράφος μπλοκ ή μια κρυπτογραφική συνάρτηση κατακερματισμού δεν ικανοποιεί το φαινόμενο χιονοστιβάδας σε σημαντικό βαθμό, τότε έχει φτωχή τυχαιοποίηση. Έτσι, ένας κρυπταναλυτής μπορεί να κάνει προβλέψεις για την είσοδο, αν του δοθεί μόνο η έξοδος. Αυτό μπορεί να είναι αρκετό για να σπάσει (σπάσει) μερικώς ή πλήρως τον αλγόριθμο.
Αποτελεί έναν από τους πρωταρχικούς στόχους σχεδιασμού όταν δημιουργείται μια ισχυρή κρυπτογράφηση ή μια κρυπτογραφική συνάρτηση κατακερματισμού. Προσπαθούν να δημιουργήσουν ένα καλό φαινόμενο χιονοστιβάδας σε αυτό. Μαθηματικά αυτό χρησιμοποιεί το φαινόμενο της πεταλούδας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περισσότεροι block ciphers είναι product ciphers. Είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο οι συναρτήσεις κατακερματισμού έχουν μεγάλα μπλοκ δεδομένων.
Η συνάρτηση κατακερματισμού SHA1 έχει καλό αποτέλεσμα χιονοστιβάδας. Όταν αλλάζει έστω και ένα bit, το άθροισμα κατακερματισμού γίνεται εντελώς διαφορετικό.
Όνομα
Η προέλευση του ονόματος είναι οι κατολισθήσεις. Ένας μικρός βράχος μπορεί να πέσει κάτω, να πάει μαζί με λίγο χιόνι και να δημιουργήσει μια καταστροφική κατολίσθηση. Ο βράχος ήταν μικρός, αλλά μπορούσε να προκαλέσει πολλές καταστροφές. Το ίδιο συμβαίνει και με αυτό που κάνει αυτό το φαινόμενο. Μια μικρή αλλαγή στην είσοδο (ο βράχος) θα πρέπει να αλλάξει την έξοδο (το τοπίο).
Αυστηρό κριτήριο χιονοστιβάδας
Το Κριτήριο Αυστηρής Χιονοστιβάδας (Strict Avalanche Criterion, SAC, ένα "κριτήριο ισχυρής κατολίσθησης") είναι μια ιδιότητα των συναρτήσεων boolean. Έχει σημασία για την κρυπτογραφία. Ικανοποιείται εάν όλα τα bit εξόδου αλλάζουν με πιθανότητα 50 τοις εκατό, εάν αλλάξει ένα μόνο bit εισόδου.
Το SAC βασίστηκε στις έννοιες της πληρότητας της εξέλιξης και της χιονοστιβάδας. Εισήχθη από τους Webster και Tavares το 1985. Σήμερα αποτελεί απαίτηση για κάθε σύγχρονο κρυπτογραφικό σύστημα. Π.χ. ικανοποιήθηκε από όλους τους φιναλίστ του διαγωνισμού AES.
Κριτήριο ανεξαρτησίας bit
Το κριτήριο ανεξαρτησίας του bit (BIC- ένα κριτήριο ανεξάρτητο από το bit) είναι ένα κριτήριο. Πηγαίνει: Όταν ένα μόνο bit εισόδου αλλάζει (αντιστρέφεται), δύο bits εξόδου πρέπει να αλλάζουν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Αυτό ισχύει για όλα τα bit.
Δεν θα ικανοποιείτο π.χ. αν το ένα bit εξόδου μεταβαλλόταν μόνο όταν μεταβαλλόταν και το άλλο bit εξόδου. Μπορεί να αλλάξουν μόνο επειδή άλλαξε το bit εισόδου. Διαφορετικά, τα bit εξόδου θα εξαρτώνταν το ένα από το άλλο.
Σχετικές σελίδες
- Σύγχυση και διάχυση
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι το φαινόμενο της χιονοστιβάδας;
A: Το φαινόμενο χιονοστιβάδας (επίσης γνωστό ως "φαινόμενο κατολίσθησης") είναι μια ιδιότητα των block ciphers και των αλγορίθμων κρυπτογραφικών συναρτήσεων κατακερματισμού, η οποία δηλώνει ότι μια μικρή αλλαγή στο κλειδί ή στο απλό κείμενο θα πρέπει να προκαλεί μια ισχυρή αλλαγή στο κρυπτογράφημα.
Ερ: Ποιος χρησιμοποίησε πρώτος τον όρο "φαινόμενο χιονοστιβάδας";
Α: Ο όρος "φαινόμενο χιονοστιβάδας" χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Horst Feistel το 1973.
Ερ: Πώς σχετίζεται με την ιδιότητα της σύγχυσης του Shannon;
Α: Η έννοια του φαινομένου χιονοστιβάδας προσδιορίστηκε από την ιδιότητα της σύγχυσης του Shannon, η οποία δηλώνει ότι εάν ένας κρυπτογράφος μπλοκ ή μια κρυπτογραφική συνάρτηση κατακερματισμού δεν ικανοποιεί σε σημαντικό βαθμό αυτόν τον βαθμό, τότε έχει φτωχή τυχαιοποίηση και μπορεί να σπάσει μερικώς ή πλήρως (cracked).
Ερ: Ποιοι είναι ορισμένοι σχεδιαστικοί στόχοι κατά τη δημιουργία ισχυρών κρυπτογραφήσεων;
Α: Όταν οι άνθρωποι δημιουργούν ισχυρούς κρυπτογράφους προσπαθούν να ενσωματώσουν σε αυτούς ένα καλό φαινόμενο χιονοστιβάδας χρησιμοποιώντας μαθηματικές αρχές όπως το φαινόμενο της πεταλούδας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περισσότεροι block ciphers είναι product ciphers και για τον οποίο οι hash functions έχουν μεγάλα μπλοκ δεδομένων.
Ερ: Τι συμβαίνει αν ένας αλγόριθμος δεν ικανοποιεί το φαινόμενο χιονοστιβάδας;
Α: Εάν ένας αλγόριθμος δεν ικανοποιεί το φαινόμενο χιονοστιβάδας σε σημαντικό βαθμό, τότε έχει φτωχή τυχαιοποίηση και μπορεί να σπάσει (σπάσει) μερικώς ή πλήρως από κρυπταναλυτές που μπορούν να κάνουν προβλέψεις για την είσοδο με βάση μόνο τη δεδομένη έξοδο.
Ερ: Γιατί οι περισσότερες κρυπτογραφήσεις μπλοκ χρησιμοποιούν κρυπτογραφήσεις προϊόντων;
Α: Οι περισσότεροι block ciphers χρησιμοποιούν product cipers επειδή βοηθούν στην κατασκευή καλών αποτελεσμάτων χιονοστιβάδας σε αυτούς χρησιμοποιώντας μαθηματικές αρχές όπως το φαινόμενο της πεταλούδας.
Ε: Γιατί οι συναρτήσεις κατακερματισμού έχουν μεγάλα μπλοκ δεδομένων;
Α: Οι συναρτήσεις κατακερματισμού έχουν μεγάλα μπλοκ δεδομένων επειδή βοηθούν στη δημιουργία καλών αποτελεσμάτων χιονοστιβάδας χρησιμοποιώντας μαθηματικές αρχές όπως η επίδραση της πεταλούδας.
