Бент-функція
Бент-функція (від англ. bent — вигнутий, нахилений[1][2]) — булева функція з парним числом змінних, для якої відстань Геммінга від множини афінних булевих функцій з тим самим числом змінних найбільша. Бент-функції в цьому сенсі мають найбільший ступінь нелінійності серед усіх функцій з даним числом змінних і завдяки цьому широко застосовуються в криптографії для створення шифрів, максимально стійких до методів лінійного та диференціального криптоаналізу[1].
Близьким за змістом є термін «максимально нелінійна функція», кількість змінних таких функцій не обмежується парними числами. Максимально нелінійна функція з парною кількістю змінних є бент-функцією[1].
Відстань Геммінга для двох булевих функцій n змінних — кількість відмінностей у значеннях цих функцій на повній множині 2n наборів змінних.
Афінна (лінійна) булева функція — булева функція, поліном Жегалкіна якої не має нелінійних членів, тобто членів, що є кон'юнкцією декількох змінних.
Ступінь нелінійності булевої функції deg(f) — число змінних у найдовшому доданку її полінома Жегалкіна.
Нелінійність булевої функції N(f) — відстань Геммінга від даної функції до множини всіх афінних функцій.
Бент-функції запровадив у 1960-х роках Оскар Ротгауз (1927—2003), який тоді (від 1960 до 1966 року) працював у Інституті оборонного аналізу[en] (IDA), де займався криптографічними дослідженнями. Його перша робота з бент-функцій відноситься до 1966 року[3], проте вона була засекречена й у відкритій пресі з'явилася тільки 1976 року[4].
У 1960-х роках В. А. Єлісєєв та О. П. Степченков досліджували бент-функції в СРСР, проте їхні роботи досі засекречено[1]. Відомо, що вони називали бент-функції «мінімальними функціями» і запропонували побудову Макфарланда ще 1962 року.
Нелінійність бент-функцій із кількістю змінних n (n — парне) визначається співвідношенням[1][2]:
- .
Для максимально нелінійних функцій з непарним числом змінних точного виразу нелінійності невідомо[1].
Нижче наведено приклади бент-функцій чотирьох, шести та восьми змінних[5].
У книзі[1] наведено докладний огляд результатів у галузі бент-функцій. Розглянуто історію відкриття бент-функцій, описано їх застосування в криптографії та дискретній математиці. Досліджуються основні властивості та еквівалентні подання бент-функцій, класифікації бент-функцій від малої кількості змінних, комбінаторні та алгебричні побудови бент-функцій, зв'язок бент-функцій з іншими криптографічними властивостями. Вивчаються відстані між бент-функціями та група автоморфізмів бент-функцій. Розглянуто верхні та нижні оцінки числа бент-функцій та гіпотези про його асимптотичне значення. Наведено докладний систематичний огляд 25 різних узагальнень бент-функцій, розглянуто відкриті питання в цій галузі. Книга[1] 2015 року містить понад 125 теорем про бент-функції та суттєво розширює книгу[2], опубліковану 2011 року.
- ↑ а б в г д е ж и N. Tokareva. Bent functions: results and applications to cryptography : [англ.] // Acad. Press. Elsevier, 2015. 220 pages. : журнал.
- ↑ а б в Токарева Н. Н. Нелинейные булевы функции: бент-функции и их обобщения [Архівовано 2012-07-14 у Wayback Machine.] // Издательство LAP LAMBERT Academic Publishing (Saarbrucken, Germany), 2011. ISBN 978-3-8433-0904-2. 180 с.
- ↑ Rothaus O. On bent functions // IDA CRD W.P. No. 169. 1966.
- ↑ O. S. Rothaus. On "Bent" Functions : [англ.] // Journal of Combinatorial Theory, Series A : журнал. — 1976. — Vol. 20, № 3 (May). — С. 300—305. — ISSN 0097-3165. — DOI:10.1016/0097-3165(76)90024-8.
- ↑ Молдовян А. А. Криптография. Скоростные шифры // БХВ-Петербург, 2002. ISBN 594157214X, ISBN 9785941572144. 496 c.