On the avalanche properties of MISTY1, KASUMI, KASUMI-R

Abstract

The Global System for Mobile (GSM) Communication is the most widely used cellular technology. The privacy has been protected using some version of stream ciphers until the 3rd Generation of GSM. KASUMI, a block cipher, has been chosen as a standard algorithm in order to be used in 3rd Generation.In this thesis, s-boxes of KASUMI, MISTY1 (former version of KASUMI) and RIJNDAEL (the Advanced Encryption Standard) are evaluated according to their linear approximation tables, XOR table distributions and satisfaction of the strict avalanche criterion (SAC). Then, the nonlinear part, FI function, of KASUMI and MISTY1 are investigated for SAC. A new FI function is defined by replacing both s-boxes of KASUMI by RIJNDAEL's s-box. Calling this new version KASUMI-R, it is found to have an FI function significantly better than others.Finally, the randomness characteristics of the overall KASUMI-R for different rounds are compared to those of MISTY1 and KASUMI, in terms of avalanche weight distribution (AWD) and some statistical tests. The overall performance of the three ciphers is found to be same, although there is a significant difference in their FI functions.

Küresel taşınabilir iletişim sistemi(GSM) en yaygın olarak kullanılan cep telefonu teknolojisidir. GSM?de gizlilik 3. nesile kadar akan şifrelerin bazı uyarlamaları kullanılarak sağlanmıştır. Blok şifre olan KASUMI 3. nesilde kullanılmak üzere standart olarak seçilmiştir.Bu tezde, KASUMI, MISTY1(KASUMI?nin önceki versiyonu) ve RIJNDAEL?un (gelişkin şifreleme standardı) değiştirme kutuları, doğrusallığa yakınsama tabloları, XOR tablo dağılımları ve katı çığ ölçütünü sağlayabilmeleri konularında değerlendirilmiştir. Daha sonra, KASUMI ve MISTY1?in doğrusal olmayan FI fonksiyonu katı çığ ölçütüne göre incelenmiştir. KASUMI?nin değiştirme kutuları RIJNDAEL?un değiştirme kutusu ile yer değiştirilerek yeni bir FI fonksiyonu elde edilmiştir. Bu yeni FI fonksiyonuna KASUMI-R adı verilip, performansının diğerlerinden oldukça iyi olduğu da gözlenmiştir.Sonunda, çığ ağırlık dağılımı ve bazı sayımlamalı testler açısından KASUMI-R?nin tüm sisteminin farklı döngü sayıları için rasgelelik özelliklerinin MISTY1 ve KASUMI ile karşılaştırılması yapılmıştır. Şifrelerin FI fonksiyonları arasında dikkate değer fark bulunmasına rağmen, şifrelerin tüm performansları aynı bulunmuştur.