علوم رایانشی

علوم رایانشی

یک الگوریتم رمزنگاری سبک وزن مبتنی بر Ascon و نظریه آشوب برای اینترنت اشیاء

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی کامپیوتر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران
10.22034/csj.2026.245088
چکیده
در سال‌های اخیر، توسعه گسترده اینترنت اشیاء (IoT) و به‌کارگیری دستگاه‌های کم‌مصرف، چالش‌های جدیدی در حوزه امنیت و حریم خصوصی پدید آورده است. در چنین بستری، رمزنگاری سبک ‌وزن به‌عنوان رویکردی مؤثر برای محافظت از داده‌ها در دستگاه‌های دارای منابع محدود مطرح شده است. الگوریتم Ascon، که از سوی مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده به‌عنوان استاندارد رمزنگاری سبک‌وزن برگزیده شده، یکی از راه‌حل‌های برجسته در این حوزه به‌شمار می‌رود. در این مقاله، با هدف ارتقای امنیت Ascon، یک جعبه جابه‌جایی آشوب‌محور 5 بیتی معرفی می‌شود. بهره‌گیری از نظریه آشوب در طراحی این جعبه، موجب افزایش غیرخطی‌ بودن و ایجاد ویژگی‌های آماری پیچیده می‌شود که مقاومت در برابر حملات تفاضلی و خطی را بهبود می‌بخشد. وابستگی به کلید رمز و کاهش پیچیدگی محاسباتی نیز از جمله مزایای کلیدی این طرح هستند. نتایج به‌دست ‌آمده نشان می‌دهد که رویکرد پیشنهادی علاوه‌بر افزایش امنیت، عملکرد مناسبی را در دستگاه‌های کم ‌منبع مانند حسگرها و برچسب‌های RFID ارائه می‌دهد و گزینه‌ای مناسب برای محیط‌های IoT محسوب می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]
Al-Shargabi, B. & Sabri, O. (2017)."Internet of Things: An exploration study of opportunities and challenges," in 2017 International Conference on Engineering & MIS (ICEMIS), Monastir, Tunisia.
[2]
Beg, T. A.-K. a. A. A.-N. A. (2019). "Performance Evaluation and Review of Lightweight Cryptography in an Internet-of-Things Environment," in 2nd International Conference on Computer Applications & Information Security (ICCAIS), Riyadh, Saudi Arabia, 2019.
[3]
Wolf, D. S. a. M. (2019). "Challenges and Opportunities in VLSI IoT Devices and Systems," IEEE Design & Test, vol. 36, no. 4, pp. 24-30.
[4]
Mohd, B. J., & Hayajneh, T. (2018). "Lightweight Block Ciphers for IoT: Energy Optimization and Survivability Techniques," IEEE Access, vol. 6, pp. 35966-35978.
[5]
Mohd, B. J., Hayajneh, T., & Vasilakos, A. V. (2015). "A survey on lightweight block ciphers for low-resource devices: Comparative study and open issues," Journal of Network and Computer Applications, vol. 58, pp. 73-93.
[6]
Vishal, T. A., Razzaque, M. A. & Khandaker, M. R. (2021). "Lightweight Cryptography Algorithms for Resource-Constrained IoT Devices: A Review, Comparison and Research Opportunities," IEEE Access, vol. 9, pp. 28177-28193.
[7]
Dobraunig, C., Eichlseder, M., Mendel, F. & Schläffer, M. (2021). "Ascon v1.2: Lightweight Authenticated Encryption and Hashing," Journal of Cryptology, vol. 34, 2021.
[8]
Shannon, C. E. (1949)."Communication theory of secrecy systems," The Bell System Technical Journal, vol. 28, pp. 656-715.
[9]
Matthews, R. (1989). "On the derivation of a chaotic encryption algorithm," Cryptologia, vol. 13, pp. 29-42.
[10]
Fadhil Al-Husainy, M. A., Al-Shargabi, B., & Aljawarneh, S. (2021). "Lightweight cryptography system for IoT devices using DNA," Computers and Electrical Engineering, vol. 95, p. 107418.
[11]
P. P, M. M, S. K & M. Sayeed, S. (2021). "An Enhanced Energy Efficient Lightweight Cryptography Method for various," ICT Express, vol. 7, no. 4, pp. 487-492.
[12]
Medileh, S., & Laouid, A. (2020) ."A flexible encryption technique for the internet of things environment," Ad Hoc Networks, vol. 106, p. 102240.
[13]
Rarhi, K. & Saha, S. (2019). "Image Encryption in IoT Devices Using DNA and Hyperchaotic Neural Network," Design Frameworks for Wireless Networks, vol. 82, pp. 347-375.
[14]
Singh, S., Sharma, P. K., Moon, S. Y., & Park, J. H. (2017)."Advanced lightweight encryption algorithms for IoT devices: survey, challenges and solutions," Ambient Intell Human Comput, vol. 15, p. 1625–1642.
[15]
Montero-Canela, R., Zambrano-Serrano, E., Tamariz-Flores, E., Muñoz-Pacheco, J. M. & Torrealba-Meléndez, R. (2020)."Fractional chaos based-cryptosystem for generating encryption keys in Ad Hoc networks," Ad Hoc Networks, vol. 97, p. 102005.
[16]
Knudsen, L., Leander, G., Poschmann, A. & Robshaw, M. J. (2010)."PRINTcipher: A Block Cipher for IC-Printing," in Cryptographic Hardware and Embedded Systems, Berlin.
[17]
Bogdanov, A. (2007). "PRESENT: An Ultra-Lightweight Block Cipher," in Cryptographic Hardware and Embedded Systems, Berlin.
[18]
Zhang, W., Bao, Z., Rijmen, V. & Liu, M. (2015). "A New Classification of 4-bit Optimal S-boxes and Its Application to PRESENT, RECTANGLE and SPONGENT," in Fast Software Encryption, Berlin.
[19]
Blondeau, C. & Nyberg, K. (2014). "Links between Truncated Differential and Multidimensional Linear Properties of Block Ciphers and Underlying Attack Complexities," in Advances in Cryptology, Oswald.
[20]
Goyal, T. K., Sahula, V. & Kumawat, D. (2022). "Energy Efficient Lightweight Cryptography Algorithms for IoT Devices," IETE Journal of Research, vol. 68, no. 3, pp. 1722-1735.
[21]
Qumsieh, R., Farajallah, M. & Hamamreh, R. (2019). "Joint block and stream cipher based on a modified skew tent map," Multimedia Tools and Applications, vol. 78, p. 33527–33547.
[22]
Thakor, V. A., Razzaque, M. A., Darji, A. D., & Patel, A. R. (2023). "A novel 5-bit S-box design for lightweight cryptography algorithms," Journal of Information Security and Applications, vol. 73, p. 103444.
[23]
Li, Y., Wang, M., Liu, W., & Wang, W. (2019)."Cryptanalysis of PRIMATEs," Science China Information Sciences, vol. 63, p. 112106.
[24]
Jia, Y. M., Li, C. J., Zhang, Y. & Chen, J. (2020). "The high-order completeness analysis of the scaled boundary finite element method," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 362, p. 112867, 2020.
[25]
Wei, V. K., & Yang, K. (1993)."On the generalized Hamming weights of product codes," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 39, pp. 1709-1713.
[26]
Cusick, T., & Stanica, W. (2017). Pantelimon, Cryptographic Boolean functions and applications, Academic Press.
[27]
Matsui, M. (1993). "Linear Cryptanalysis Method for DES Cipher," in EUROCRYPT 1993, Berlin, 1993.
[28]
Biham, E. & Shamir, A. (1991). "Differential cryptanalysis of DES-like cryptosystems," Journal of Cryptology, vol. 4, pp. 3-72, 1991.
[29]
Williams, H., Webster, A. & Tavares, S. (1986)."On the design of s-boxes," Advances in Cryptology, vol. 218, pp. 523-534.