Design, implementation and analysis of keyed hash functions based on chaotic maps and neural networks

Conception, mise en oeuvre et analyse de fonctions de hachage avec clé basées sur des cartes chaotiques et des réseaux neuronaux

Nabil Abdoun (1)

1 IETR - Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique

The hash functions are the most useful primitives in cryptography. They play an important role in data integrity, message authentication, digital signature and authenticated encryption. Thus, the design of secure hash functions is crucial. In this thesis, we designed, implemented, and analyzed the performance of two architectures, each with two keyed hash function structures based on chaotic maps and neural networks (KCNN). The first architecture is based on the Merkle-Dåmgard construction, while the second uses the Sponge function. The first structure of the first architecture consists of two KCNN layers with three different output schemes (CNN-Matyas-Meyer-Oseas, Modified CNN-Matyas-Meyer-Oseas and CNN-Miyaguchi-Preneel). The second structure is composed of a KCNN layer followed by a combination layer of nonlinear functions. The first structure of the second architecture is formed of two KCNN layers with two hash value lengths 256 and 512. The second structure is similar to that used in the first architecture. The chaotic system is used to generate KCNN parameters. The results obtained by the statistical tests, as well as the cryptanalytical analysis, demonstrate the security of the proposed KCNN hash functions. Finally, we are currently working on the KCNN-DUPLEX structure integrating the proposed KCNN hashing functions (Sponge-based) for use in an authenticated encryption application.

Les fonctions de hachage sont des primitives les plus utiles en cryptographie. En effet, elles jouent un rôle important dans l’intégrité des données, l’authentification des messages, la signature numérique et le chiffrement authentifié. Ainsi, la conception de fonctions de hachage sécurisées est cruciale. Dans cette thèse, nous avons conçu, implanté et analysé les performances de deux architectures comprenant chacune deux structures de fonctions de hachage avec clé basées sur des cartes chaotiques et des réseaux neuronaux (KCNN). La première architecture s’appuie sur la construction Merkle-Dåmgard, tandis que la seconde utilise la fonction Éponge. La première structure de la première architecture est formée de deux couches KCNN avec trois schémas de sortie différents (CNN-Matyas-Meyer-Oseas, CNN-Matyas-Meyer-Oseas Modifié et CNN-Miyaguchi-Preneel), tandis que la seconde structure est composée d’une couche KCNN suivie d'une couche de combinaison de fonctions non linéaires. La première structure de la deuxième architecture est formée de deux couches KCNN avec deux longueurs de hachage 256 et 512 bits. La seconde structure est comparable à celle utilisée dans la première architecture. Le système chaotique est utilisé pour générer les paramètres du KCNN. Les résultats obtenus par les tests statistiques, ainsi que l'analyse cryptanalytique, démontrent la sécurité des fonctions de hachage KCNN proposées. Enfin, nous travaillons actuellement sur la structure KCNNDUPLEX intégrant les fonctions de hachage KCNN proposées (basées Éponge) pour leur utilisation dans une application de chiffrement authentifiée.

Mots clés: Keyed hash functions; Chaotic Neural Networks; Merkle-Dåmgard structure; Sponge function; Cryptanalysis.

Mots clés: Fonctions de hachage avec clé; Réseaux neuronaux chaotiques; Structure Merkle- Dåmgard; Fonction Éponge; Cryptanalyse

Domaines: Electronique; Autre

Nabil Abdoun. Design, implementation and analysis of keyed hash functions based on chaotic maps and neural networks. Electronics. UNIVERSITE DE NANTES, 2019. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02271074⟩