Simon (şifreleme) sayfasının kaynağını görüntüle

{{POV|date=June 2018}}
[[Dosya:Simon block cipher.svg|küçükresim|Simon]]
'''Simon''', Haziran 2013'te [[Ulusal Güvenlik Ajansı]] (NSA) tarafından halka açık bir şekilde yayınlanmış bir hafif [[blok şifreleme]] ailesidir.<ref>{{Web kaynağı | url = https://www.schneier.com/blog/archives/2013/07/simon_and_speck.html | başlık = SIMON and SPECK: New NSA Encryption Algorithms | erişimtarihi = 17 Temmuz 2013 | çalışma = Schneier on Security | arşivurl = https://web.archive.org/web/20130701220839/https://www.schneier.com/blog/archives/2013/07/simon_and_speck.html | arşivtarihi = 1 Temmuz 2013 | ölüurl = evet }}</ref><ref name="eprintSimon"/> Simon, donanım uygulamaları için optimize edilmişken, kardeş algoritması [[Speck (şifreleme)|Speck]], yazılım uygulamaları için optimize edilmiştir.<ref>{{Web kaynağı | url = http://www.rfidjournal.com/articles/view?13288 | başlık = NSA Offers Block Ciphers to Help Secure RFID Transmissions | tarih = 17 Temmuz 2015 | çalışma = RFID Journal | arşivurl = https://web.archive.org/web/20150717203813/http://www.rfidjournal.com/articles/view?13288 | arşivtarihi = 17 Temmuz 2015 | erişimtarihi = 19 Nisan 2020 | ölüurl = evet }}</ref><ref name="ieeeSimonTool">{{Dergi kaynağı|başlık=Simontool: Simulation Support for the Simon Cipher|yazarlar=Brian Degnan and Gregory Durgin|tarih=10 Kasım 2017|sayı=2|sayfalar=195-201|çalışma=IEEE Journal of Radio Frequency Identification|cilt=1}}</ref>

NSA, 2011 yılında Simon ve Speck şifreleri üzerinde çalışmaya başlamıştır. Ajans, [[Amerika Birleşik Devletleri|ABD]] federal hükûmetindeki bazı ajansların kabul edilebilir bir güvenlik seviyesinde, çeşitli [[Nesnelerin İnterneti]] cihazlarında iyi çalışacak bir şifreleme algoritmasına ihtiyaç duyacağını öngörmüştür.<ref name="Beaulieu2015">{{Web kaynağı | url = https://csrc.nist.gov/csrc/media/events/lightweight-cryptography-workshop-2015/documents/papers/session1-shors-paper.pdf | başlık = Simon and Speck: Block Ciphers for the Internet of Things | erişimtarihi = 23 Kasım 2017 | tarih = 9 Temmuz 2015 | arşivurl = https://web.archive.org/web/20171201041159/https://csrc.nist.gov/csrc/media/events/lightweight-cryptography-workshop-2015/documents/papers/session1-shors-paper.pdf | arşivtarihi = 1 Aralık 2017 | ölüurl = evet }}</ref>

== Şifrenin tanımı ==
Simon blok şifresi, ''n-'' bit kelimeli bir dengeli [[Feistel şifresi]]dir ve blok uzunluğu 2 ''n'dir''. Anahtar uzunluğu(''m''), ''n'nin'' 2, 3 veya 4 katıdır. Bu nedenle, bir Simon şifreleme uygulaması Simon2''n''/''nm'' olarak gösterilebilir. Örneğin, Simon64/128, 64-bitlik düz metin bloğunda (''n'' = 32), 128 bit anahtar kullanmaktadır.<ref name="eprintSimon">{{konferans kaynağı|başlık=The Simon and Speck Families Of Lightweight Block Ciphers|url=http://eprint.iacr.org/2013/404.pdf|eser=ePrint|erişimtarihi=16 Haziran 2016|arşivurl=https://web.archive.org/web/20191222122434/https://eprint.iacr.org/2013/404.pdf|arşivtarihi=22 Aralık 2019|ölüurl=hayır}}</ref> Blok yapısı Simon implementasyonları arasında aynıdır, ancak anahtar oluşturma adımları seçilen anahtar uzunluğuna göre farklılık göstermektedir.

Simon aşağıdaki blok boyutu, anahtar boyutu ve tur sayısı kombinasyonlarını destekler: 
{| class="wikitable"
! Blok boyutu (bit) 
! Anahtar boyutu (bit) 
! Tur sayısı 
|-
| 32 
| 64 
| 32 
|-
| rowspan="2" | 48 
| 72 
| 36 
|-
| 96 
| 36 
|-
| rowspan="2" | 64 
| 96 
| 42 
|-
| 128 
| 44 
|-
| rowspan="2" | 96 
| 96 
| 52 
|-
| 144 
| 54 
|-
| rowspan="3" | 128 
| 128 
| 68 
|-
| 192 
| 69 
|-
| 256 
| 72 
|}

=== Anahtar çizelgesinin tanımı ===
<math> S^{j}</math>, <math>j</math> bit sola doğru [[:en:Circular shift|dairesel kaydırma]]olsun.

[[Anahtar Çizelgesi|Anahtar çizelgesi]] matematiksel olarak aşağıdaki şekilde tanımlanır:

<math>
 k_{i+m} = \left\{
\begin{array}{ll}
     c\oplus\left(z_j\right)_i\oplus k_i \oplus\left(I\oplus S^{-1}\right)\left(S^{-3}k_{i+1}\right),&m=2\\
     c\oplus\left(z_j\right)_i\oplus k_i \oplus\left(I\oplus S^{-1}\right)\left(S^{-3}k_{i+2}\right),&m=3\\
     c\oplus\left(z_j\right)_i\oplus k_i \oplus\left(I\oplus S^{-1}\right)\left(S^{-3}k_{i+3}\oplus k_{i+1}\right),&m=4\\
\end{array}\right.
</math>

Anahtar çizelgesi yapısı dengeli olmayabilir. Anahtar kelime sayısı <math>m</math>, anahtar genişlemesinin yapısını belirlemek için kullanılır ve toplam bit genişliği <math>m*n</math> olur. Anahtar kelime genişlemesi; sağa kaydırma, XOR ve sabit bir diziden oluşmaktadır. <math>z_x</math>Her turda bir kez anahtar kelimenin en düşük bitine uygulanmaktadır.<ref name="ieeeSimonTool"/>

==== Sabit dizinin tanımı ====
Sabit dizi, <math>z_x </math>, Linear Feedback Shift Register ([[:en:LFSR|LFSR]]) tarafından oluşturulur. Dizilerin sıralaması, anahtar ve blok boyutlarının değerlerine göre belirlenmektedir. LFSR, 5 bit alan ile oluşturulur. Her turda bir kere, anahtar çizelgesine anahtara bağlı olmayan [[entropi]] eklemek için en düşük bitte uygulanmaktadır. LFSR'nin her dizi için farklı yapısı vardır ancak, şifreleme için başlangıç durumu aynıdır. Şifre çözme için LFSR'nin başlangıç durumu turlar arası değişir. 
{| class="wikitable sortable"
! Sabit Dizi 
|-
| <math>z_0 = 11111010001001010110000111001101111101000100101011000011100110</math> 
|-
| <math>z_1 = 10001110111110010011000010110101000111011111001001100001011010</math> 
|-
| <math>z_2 = 10101111011100000011010010011000101000010001111110010110110011</math> 
|-
| <math>z_3 = 11011011101011000110010111100000010010001010011100110100001111</math> 
|-
| <math>z_4 = 11010001111001101011011000100000010111000011001010010011101111</math> 
|}

''' Kriptanaliz  '''

Tasarımcılar, Simon'ın "hafif" bir şifre olmasına rağmen, standart seçilmiş düz metin (CPA) ve seçilmiş şifreli metin (CCA) saldırılarına karşı her blok ve anahtar boyutu için mümkün olan tam güvenliğe sahip olacak şekilde tasarlandığını iddia ediyor. İlişkili anahtar saldırılara karşı direnç de bir hedef olarak belirtildi ancak bu modeldeki saldırılar tipik kullanım durumları ile ilgili olmadığı için daha az önemli bir hedef. [9] : 2&hairsp;<ref name="design_notes_jan2018">{{Web kaynağı |tarih=19 Ocak 2018|başlık= Notes on the design and analysis of Simon and Speck | url = https://eprint.iacr.org/2017/560.pdf |erişimtarihi=13 Haziran 2018| arşivurl = https://web.archive.org/web/20170709230944/https://eprint.iacr.org/2017/560.pdf | arşivtarihi = 9 Temmuz 2017}}</ref>{{rp|2}}  Bilinen anahtar ayırt edici saldırı modelinde saldırılara direnmek için hiçbir çaba gösterilmedi ve tasarımcılar Simon'u bir karma işlevi olarak kullanmak için değerlendirmediler . [10].<ref name="Beaulieu2013">{{Web kaynağı |başlık= The SIMON and SPECK Families of Lightweight Block Ciphers | ad1 = Ray | soyadı1 = Beaulieu | ad2 = Douglas | soyadı2 = Shors | ad3 = Jason | soyadı3 = Smith | ad4 = Stefan | soyadı4 = Treatman-Clark | ad5 = Bryan | soyadı5 = Weeks | ad6 = Louis | soyadı6 = Wingers | url = https://eprint.iacr.org/2013/404 |tarih=19 Haziran 2013|erişimtarihi=20 Eylül 2016| arşivurl = https://web.archive.org/web/20130903222533/https://eprint.iacr.org/2013/404 | arşivtarihi = 3 Eylül 2013}}</ref>

2018 itibarıyla, herhangi bir varyanttan tam kapsamlı Simon'a başarılı bir saldırı bilinmemektedir. Simon ve Speck'e olan ilgi nedeniyle, üzerlerinde yaklaşık 70 kriptanaliz makalesi yayınlandı. [9] : 10&hairsp;<ref name="design_notes_jan2018"/>{{rp|10}}  Yinelenen şifreler için tipik olduğu gibi, azaltılmış tur varyantları başarıyla saldırıya uğradı. Standart saldırı modelinde (bilinmeyen anahtarlı CPA/CCA) Simon'a yapılan en iyi yayınlanmış saldırılar, diferansiyel kriptanaliz saldırılarıdır. Bunlar, çoğu varyantın turlarının yaklaşık %70-75'ini başarır, ancak bu en iyi saldırılar kaba kuvvetten yalnızca marjinal olarak daha hızlıdır . [11] [12] [13] [9] : 12 <ref name="design_notes_jan2018"/>{{rp|12}}<ref name="linear_hull">{{Web kaynağı | soyadı1 = Chen | ad1 = Huaifeng | soyadı2 = Wang | ad2 = Xiaoyun |tarih=19 Ocak 2018|başlık= Improved Linear Hull Attack on Round-Reduced SIMON with Dynamic Key-guessing Techniques | url = https://eprint.iacr.org/2015/666.pdf |erişimtarihi=13 Haziran 2018| arşivurl = https://web.archive.org/web/20150908064357/https://eprint.iacr.org/2015/666.pdf | arşivtarihi = 8 Eylül 2015}}</ref>
<ref name="integral_attacks">{{Akademik dergi kaynağı
 | soyadı1=Chu
 | ad1=Zhihui 
 | soyadı2=Chen
 | ad2=Huaifeng 
 | soyadı3=Xiaoyun
 | ad3=Wang 
 | soyadı4=Dong
 | ad4=Xiaoyang 
 | soyadı5=Li
 | ad5=Lu 
 |tarih=19 Ocak 2018|başlık=Improved Integral Attacks on SIMON32 and SIMON48 with Dynamic Key-Guessing Techniques
 |dergi=Security and Communication Networks
 |cilt=2018 
 |sayfalar=5160237:1-5160237:11|doi=10.1155/2018/5160237 
 | doi-access=ücretsiz
 }}</ref><ref name="lee2018_differential">{{Akademik dergi kaynağı
 |başlık=Calculating the Approximate Probability of Differentials for ARX-Based Cipher Using SAT Solver
 | ad1=HoChang
 | soyadı1=Lee
 | ad2=Seojin
 | soyadı2=Kim
 | ad3=HyungChul
 | soyadı3=Kang
 | ad4=Deukjo
 | soyadı4=Hong
 | ad5=Jaechul
 | soyadı5=Sung
 | ad6=Seokhie
 | soyadı6=Hong
 |dergi=Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology
 |tarih=February 2018
 |cilt=28
 |sayı=1
 |sayfalar=15-24|dil=ko
 |doi=10.13089/JKIISC.2018.28.1.15
 }}</ref>  Tasarım ekibi, Simon'u tasarlarken, diferansiyel saldırıları sınırlayıcı saldırılar, yani en çok raundda başarılı olan saldırı türü olarak bulduklarını belirtiyor; daha sonra AES- 128'lere benzer bir güvenlik marjı bırakacak tur sayısını yaklaşık %30 olarak ayarlarlar. [9] : 12-13&hairsp;<ref name="design_notes_jan2018"/>{{rp|12–13}}

{| class="wikitable"
|+ Simon'a yapılan  bilinen en iyi saldırılar (standart saldırı modelinde)
|-
! Variant
! Rounds attacked
! Time complexity
! Data complexity
! Attack type
|-
| Simon128/256
| 53/72 (74%)
| 2<sup>248</sup>
| 2<sup>127.6</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon128/192
| 51/69 (74%)
| 2<sup>184</sup>
| 2<sup>127.6</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon128/128
| 49/68 (72%) 
| 2<sup>120</sup>
| 2<sup>127.6</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon96/144
| 38/54 (70%)
| 2<sup>136</sup>
| 2<sup>95.2</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon96/96
| 37/52 (71%)
| 2<sup>88</sup>
| 2<sup>95.2</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon64/128
| 31/44 (70%)
| 2<sup>120</sup>
| 2<sup>63.5</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon64/96
| 30/42 (71%)
| 2<sup>88</sup>
| 2<sup>63.5</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon48/96
| 25/36 (69%)
| 2<sup>80</sup>
| 2<sup>47.9</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon48/72
| 24/36 (67%) 
| 2<sup>56</sup>
| 2<sup>47.9</sup>
| Linear Hull<ref name="linear_hull"/>
|-
| Simon32/64
| 24/32 (75%)
| 2<sup>63</sup>
| 2<sup>32</sup>
| Integral<ref name="integral_attacks"/>
|}

Simon, ChaCha20 gibi daha muhafazakar şifrelere kıyasla çok küçük bir güvenlik marjına sahip olduğu için  yani en iyi saldırılar ve tam şifre arasında çok az tur olduğu için eleştirildi . [14] .<ref>{{tweet kaynağı
 | user=hashbreaker
 | number=719889001444839424
 | first=Daniel J.
 | last=Bernstein
 | date=12 Nisan 2016
 | access-date=13 Haziran 2018
 | title=NSA claims that having 70% of Simon+Speck broken is ok.
 | url=https://twitter.com/hashbreaker/status/719889001444839424
 | arşiv-url=https://web.archive.org/web/20220324123430/https://twitter.com/hashbreaker/status/719889001444839424
 | arşiv-tarihi=24 Mart 2022
 | ölüurl=hayır
 }}</ref>
Küçük güvenlik marjlarına sahip şifrelerin, kriptanalizdeki gelecekteki gelişmeler tarafından kırılması daha olasıdır . Simon'ın tasarım ekibi, özellikle hafif cihazlarda gereksiz derecede büyük güvenlik marjlarının gerçek bir dünya maliyeti olduğunu, tasarım aşamasında kriptanalizin tur sayısının uygun şekilde ayarlanmasına izin verdiğini ve AES'in güvenlik marjını hedeflediklerini söylüyor. [9] : 17&hairsp;<ref name="design_notes_jan2018"/>{{rp|17}}

Simon, anahtar programa yuvarlak bir sayaç ekler . Tasarımcılar, bunun kayma ve rotasyonel kriptanaliz saldırılarını engellemek için dahil edildiğini belirtiyor. [9] : 16&hairsp;<ref name="design_notes_jan2018"/>{{rp|16}}   Speck gibi ilgili şifrelerin azaltılmış yuvarlak sürümlerine karşı ayırt ediciler bulmak için rotasyonel-XOR kriptanalizi kullanılmıştır . [15] <ref name="liu2017_rotational">{{Web kaynağı |başlık= Rotational-XOR Cryptanalysis of Reduced-round SPECK | ad1 = Yunwen | soyadı1 = Liu | ad2 = Glenn | soyadı2 = De Witte | ad3 = Adrián | soyadı3 = Ranea | ad4 = Tomer | soyadı4 = Ashur |tarih= 2017 | url = https://eprint.iacr.org/2017/1036.pdf |erişimtarihi=13 Haziran 2018| arşivurl = https://web.archive.org/web/20180614095033/https://eprint.iacr.org/2017/1036.pdf | arşivtarihi = 14 Haziran 2018}}</ref> Yazarlar, ayırıcılarına dayalı olarak standart anahtar kurtarma saldırılarını tanımlamasalar da, belirli zayıf anahtarlar için bilinen anahtar ayırt edici saldırı modelinde en iyi ayırıcıları Simon32 ve Simon48'dir. Sınıflar, en iyi diferansiyel ayırıcılardan biraz daha fazla tur atıyor. Yazarlardan biri, araştırmasının kaynak kısıtlı olduğunu ve daha fazla turda rotasyonel-XOR ayırıcılarının muhtemelen mümkün olduğunu söyledi. Tasarımcılar ayrıca, Simon'ın bilinen anahtar ayırt edici saldırılara (şifrelerin gizliliğini doğrudan tehlikeye atmayan) direnmek için tasarlanmadığını belirtiyorlar. [10] : 8&hairsp;<ref name=Beaulieu2013/>{{rp|8}}

Tasarımcılar, NSA kriptoanalizinin, algoritmaların hiçbir zayıf yanı olmadığını ve anahtar uzunluklarıyla orantılı güvenlik bulduğunu belirtiyor. [8] : 2.<ref name="Beaulieu2015"/>{{rp|2}}  Tasarım ekibi, kriptanalizlerinin Matsui'nin algoritması ve SAT/SMT çözücüleri gibi standart teknikleri kullanan doğrusal ve diferansiyel kriptanalizi içerdiğini söylüyor, ancak kullanılan tekniklerin tam listesi verilmemiş. [9] : 10&hairsp;<ref name=design_notes_jan2018/>{{rp|10}}  Simon'ın tasarımcıları, şifrelerin NSA kriptanalizi hakkında daha fazla ayrıntı sağlamadıkları için eleştirildi. [16]<ref name="ashur_linux-crypto"/>

NSA, Simon128/256 ve Speck128/256'yı ABD Ulusal Güvenlik Sistemlerinde kullanım için onayladı ancak AES-256 kısıtlamasız uygulamalar için hala tavsiye ediliyor. [17].<ref name="Algorithms-IA-Needs-2016">{{Web kaynağı |başlık= Algorithms to Support the Evolution of Information Assurance Needs | url = https://www.iad.gov/iad/library/ia-guidance/ia-solutions-for-classified/algorithm-guidance/algorithms-support-evolution-ia-needs.cfm | yazar = National Security Agency |tarih=18 Kasım 2016| arşivurl = https://web.archive.org/web/20210406012723/https://www.iad.gov/iad/library/ia-guidance/ia-solutions-for-classified/algorithm-guidance/algorithms-support-evolution-ia-needs.cfm | arşivtarihi = 6 Nisan 2021}}</ref>

''' Standardizasyon çabaları ve tartışmalar '''

Simon ve Speck'i standartlaştırmaya yönelik ilk girişimler, sürecin gerektirdiği Uluslararası Standardizasyon Örgütü süper çoğunluğunu karşılayamadı ve şifreler kabul edilmedi. [18] [16] <ref name="ashur_linux-crypto">{{Web kaynağı |başlık= [PATCH v2 0/5] crypto: Speck support |ad= Tomer |soyadı= Ashur | url = https://www.spinics.net/lists/linux-crypto/msg33291.html | arşivurl = https://web.archive.org/web/20180602150157/https://www.spinics.net/lists/linux-crypto/msg33291.html | arşivtarihi = 2 Haziran 2018}}</ref><ref>{{Web kaynağı |url=https://www.spinics.net/lists/linux-crypto/msg33291.html |başlık=Insights an reasons why Speck and Simon have been rejected from ISO standardization |erişimtarihi=23 Mart 2022 |arşivurl=https://web.archive.org/web/20191213152301/https://www.spinics.net/lists/linux-crypto/msg33291.html |arşivtarihi=13 Aralık 2019 |ölüurl=hayır }}</ref> Almanya, [[Japonya]] ve [[İsrail]] de dahil olmak üzere birçok ülkeden ISO'ya uzmanlar, NSA'nın Simon ve Speck şifrelerini standartlaştırma çabalarına karşı çıkarak, NSA'nın kendi standartlaştırması için zorladığı endişelerini dile getirdiler. Konum, şifrelerdeki zayıflıkların kısmi kanıtlarına, yeni şifrelerin standardizasyonuna yönelik açık ihtiyaç eksikliğine ve NSA'nın arka kapılı Dual_EC_DRBG şifreleme algoritmasının oluşturulmasına ve tanıtımına daha önce dahil olmasına dayanıyordu.[19]<ref>{{Haber kaynağı|başlık=Distrustful U.S. allies force spy agency to back down in encryption fight|url=https://www.reuters.com/article/us-cyber-standards-insight/distrustful-u-s-allies-force-spy-agency-to-back-down-in-encryption-fight-idUSKCN1BW0GV|gazete=Reuters|tarih=21 Eylül 2017|erişimtarihi=23 Mart 2022|arşivurl=https://web.archive.org/web/20220323182518/https://www.reuters.com/article/us-cyber-standards-insight/distrustful-u-s-allies-force-spy-agency-to-back-down-in-encryption-fight-idUSKCN1BW0GV|arşivtarihi=23 Mart 2022|ölüurl=hayır}}</ref>

Endişelere yanıt olarak, NSA, dünyanın önde gelen kriptograflarından bazılarına ait 70'ten fazla güvenlik analizi raporunun, NSA'nın algoritmaların güvenli olduğu yönündeki sonucunu desteklediğini ve NSA'nın, kendisinin veya başka birinin bunu yapmasına izin verecek herhangi bir kriptanalitik tekniğin farkında olmadığını teyit ettiğini belirtti. Simon veya Speck'i kullanın.

Şifreleri standartlaştırmaya yönelik ilk girişimler başarısız olduktan sonra, ISO, Simon ve Speck'i diğer çalışma gruplarında standart hale getirdi. Ekim 2018 itibarıyla, Simon ve Speck şifreleri, [[RFID]] hava arayüzü standardı, Uluslararası Standart ISO/29167-21 (Simon için) ve Uluslararası Standart ISO/29167-22 (Speck için) kapsamında ISO tarafından standardize edilmiştir. ticari kuruluşlar tarafından kullanılabilir.

== Ayrıca bakınız ==

* [[:en:Balanced boolean function|Balanced boolean function]] 
* [[:en:Bent function|Bent function]]
* [[Dengeli boole işlevi]]
* [[Bükülmüş fonksiyon]]

== Kaynakça ==
{{Kaynakça}}

{{cryptography navbox | block}}

[[Kategori:Blok şifreler]]
[[Kategori:Block ciphers]]
[[Kategori:Feistel ciphers]]
[[Kategori:National Security Agency cryptography]]