Оптимізація організації ансамблю потокових криптоалгоритмів

Abstract

У роботі розглянуто проблему оптимізації організації ансамблю потокових криптоалгоритмів для досягнення оптимального балансу між криптографічною стійкістю та продуктивністю системи. Запропоновано математичну модель, що описує залежність швидкості шифрування та рівня безпеки від способу організації алгоритмів у паралельній, послідовній та гібридній конфігураціях. Проведено експериментальне дослідження ансамблів на базі алгоритмів ChaCha20, AES-CTR та Salsa20. Результати показали, що гібридна архітектура забезпечує на 45% кращий баланс показників порівняно з чисто паралельним або послідовним підходом. Визначено оптимальну конфігурацію, що містить 2-3 алгоритми в паралельному блоці та 1-2 в послідовному, яка забезпечує швидкість шифрування 1520 Мбіт/с при підвищенні криптостійкості у 4.5 рази. Розроблено практичні рекомендації щодо реалізації ансамблевих систем у додатках реального часу з урахуванням обмежень на обчислювальні ресурси та вимог до безпеки.

The paper addresses the problem of optimizing stream cipher ensemble organization to achieve an optimal balance between cryptographic strength and system performance. A mathematical model is proposed that describes the dependence of encryption speed and security level on the organization method of algorithms in parallel, sequential, and hybrid configurations. An experimental study of ensembles based on ChaCha20, AES-CTR, and Salsa20 algorithms was conducted. The results showed that the hybrid architecture provides a 45% better balance of indicators compared to purely parallel or sequential approaches. The optimal configuration was determined, containing 2-3 algorithms in the parallel block and 1-2 in the sequential block, which provides an encryption speed of 1520 Mbps while increasing cryptographic strength by 4.5 times. Practical recommendations for implementing ensemble systems in real-time applications were developed, taking into account computational resource constraints and security requirements.