A NOVEL ALGORITHM ENUMERATING BENT FUNCTIONS

By the relationship between the Walsh spectra at partial points and the Walsh spectra of its sub-functions, by the action of general linear group on the set of Boolean functions, and by the Reed-Muller transform, a novel method is developed, which can theoretically construct all bent functions. With this method, we enumerate all bent functions in 6 variables; in 8-variable case, our method is more efficient than the method presented by Clark though we still can not enumerate all bent functions; enumeration of all homogeneous bent functions of degree 3 in eight variables can be done in one minute by a P4 1.7G HZ computer; construction of homogenous bent function of degree 3 in 10 variables is efficient too; the nonexistence of homogeneous bent functions in 10 variables of degree 4 is prove

КЛАСС СОВЕРШЕННЫХ ТРОИЧНЫХ РЕШЕТОК

In recent decades, perfect algebraic constructions are successfully being use to signal systems synthesis, to construct block and stream cryptographic algorithms, to create pseudo-random sequence generators as well as in many other fields of science and technology. Among perfect algebraic constructions a significant place is occupied by bent-sequences and the class of perfect binary arrays associated with them. Bent-sequences are used for development of modern cryptographic primitives, as well as for constructing constant amplitude codes (C-codes) used in code division multiple access technology. In turn, perfect binary arrays are used for constructing correction codes, systems of biphase phase- shifted signals and multi-level cryptographic systems. The development of methods of many-valued logic in modern information and communication systems has attracted the attention of researchers to the improvement of methods for synthesizing many-valued bent-sequences for cryptography and information transmission tasks. The new results obtained in the field of the synthesis of ternary bent-sequences, make actual the problem of researching the class of perfect ternary arrays. In this paper we consider the problem of extending the definition of perfect binary arrays to three-valued logic case, as a result of which the definition of a perfect ternary array was introduced on the basis of the determination of the unbalance of the ternary function. A complete class of perfect ternary arrays of the third order is obtained by a regular method, bypassing the search. Thus, it is established that the class of perfect ternary arrays is a union of four subclasses, in each of which the corresponding methods of reproduction are determined. The paper establishes the relationship between the class of ternary bent-sequences and the class of perfect ternary arrays. The obtained results are the basis for the introduction of perfect ternary arrays into modern cryptographic and telecommunication algorithms.В настоящее время совершенные алгебраические конструкции успешно применяются для синтеза систем сигналов, конструирования блочных и поточных криптоалгоритмов, для создания генераторов псевдослучайных ключевых последовательностей. Среди совершенных алгебраических конструкций значительное место занимают бент-последовательности и связанный с ними класс совершенных двоичных решеток. Бент-последовательности применяются для построения современных криптографических примитивов, а также для построения кодов постоянной амплитуды (C-кодов), используемых в технологии кодового разделения каналов. В свою очередь, совершенные двоичные решетки используются для построения корректирующих кодов, систем бифазных фазоманипулированных сигналов и многоуровневых криптографических систем. Развитие методов многозначной логики в современных информационных и коммуникационных системах привлекло внимание исследователей к усовершенствованию методов синтеза многозначных бент-последовательностей для задач криптографии и передачи информации. Новые результаты, полученные в области синтеза троичных бент-последовательностей, делают актуальной задачу изучения класса совершенных троичных решеток. В настоящей статье результаты для совершенных двоичных решеток распространяются на трехзначный случай. На основе понятия разбаланса троичной функции введено определение совершенной троичной решетки. Полный класс совершенных троичных решеток третьего порядка получен регулярным методом, минуя перебор. Так, установлено, что класс совершенных троичных решеток является объединением четырех подклассов, в каждом из которых определены соответствующие методы размножения. В работе установлена взаимосвязь между классом троичных бент-последовательностей и классом совершенных троичных решеток. Полученные результаты являются основой для внедрения совершенных троичных решеток в современные криптографические и телекоммуникационные алгоритмы

МЕТОДЫ СИНТЕЗА АЛГЕБРАИЧЕСКОЙ НОРМАЛЬНОЙ ФОРМЫ ФУНКЦИЙ МНОГОЗНАЧНОЙ ЛОГИКИ

The rapid development of methods of error-correcting coding, cryptography, and signal synthesis theory based on the principles of many-valued logic determines the need for a more detailed study of the forms of representation of functions of many-valued logic. In particular the algebraic normal form of Boolean functions, also known as Zhegalkin polynomial, that well describe many of the cryptographic properties of Boolean functions is widely used. In this article, we formalized the notion of algebraic normal form for many-valued logic functions. We developed a fast method of synthesis of algebraic normal form of 3-functions and 5-functions that work similarly to the Reed-Muller transform for Boolean functions: on the basis of recurrently synthesized transform matrices. We propose the hypothesis, which determines the rules of the synthesis of these matrices for the transformation from the truth table to the coefficients of the algebraic normal form and the inverse transform for any given number of variables of 3-functions or 5-functions. The article also introduces the definition of algebraic degree of nonlinearity of the functions of many-valued logic and the S-box, based on the principles of many-valued logic. Thus, the methods of synthesis of algebraic normal form of 3-functions applied to the known construction of recurrent synthesis of S-boxes of length N = 3k, whereby their algebraic degrees of nonlinearity are computed. The results could be the basis for further theoretical research and practical applications such as: the development of new cryptographic primitives, error-correcting codes, algorithms of data compression, signal structures, and algorithms of block and stream encryption, all based on the perspective principles of many-valued logic. In addition, the fast method of synthesis of algebraic normal form of many-valued logic functions is the basis for their software and hardware implementation.Стремительное развитие методов помехоустойчивого кодирования, криптографии, теории синтеза сигналов, основанных на принципах многозначной логики, диктуют необходимость более полного изучения форм представления функций многозначной логики. В частности, для булевых функций широкое распространение получила алгебраическая нормальная форма, известная также как полином Жегалкина, которая хорошо описывает многие криптографические свойства булевых функций. В настоящей статье формализуется понятие алгебраической нормальной формы функции многозначной логики. Предложены методы синтеза алгебраической нормальной формы 3-функций и 5-функций, которые работают по аналогии с преобразованием Рида-Маллера для булевых функций: на основе рекуррентно синтезируемых матриц преобразования. Выдвинута гипотеза, определяющая правила синтеза матриц как для перехода от таблицы истинности к коэффициентам алгебраической нормальной формы, так и обратного преобразования для любого, наперед заданного количества переменных 3-функции либо 5-функции. В статье также введено определение алгебраической степени нелинейности функций многозначной логики и S-блока подстановки, основанных на принципах многозначной логики. Так, разработанный метод синтеза алгебраической нормальной формы 3-функций применен к известной конструкции рекуррентного синтеза S-блоков длины N = 3k, в результате чего вычислены их алгебраические степени нелинейности. Полученные результаты могут стать основой как для дальнейших теоретических исследований, так и для практического применения: разработки новых криптографических примитивов, корректирующих кодов, алгоритмов сжатия информации, сигнальных конструкций, алгоритмов блочного и поточного шифрования, основанных на перспективных принципах многозначной логики. Кроме того, методы синтеза алгебраической нормальной формы функций многозначной логики являются основой для их программной и аппаратной имплементации

РЕГУЛЯРНЫЙ МЕТОД СИНТЕЗА БАЗОВЫХ БЕНТ-КВАДРАТОВ ПРОИЗВОЛЬНОГО ПОРЯДКА

The paper is devoted to the class construction of the most non-linear Boolean bent-functions of any length N = 2k (k = 2, 4, 6…), on the basis of their spectral representation – Agievich bent squares. These perfect algebraic constructions are used as a basis to build many new cryptographic primitives, such as generators of pseudo-random key sequences, crypto graphic S-boxes, etc. Bent-functions also find their application in the construction of C-codes in the systems with code division multiple access (CDMA) to provide the lowest possible value of Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) k = 1, as well as for the construction of error-correcting codes and systems of orthogonal biphasic signals. All the numerous applications of bent-functions relate to the theory of their synthesis. However, regular methods for complete class synthesis of bent-functions of any length N = 2k are currently unknown. The paper proposes a regular synthesis method for the basic Agievich bent squares of any order n, based on a regular operator of dyadic shift. Classification for a complete set of spectral vectors of lengths (l = 8, 16, …) based on a criterion of the maximum absolute value and set of absolute values of spectral components has been carried out in the paper. It has been shown that any spectral vector can be a basis for building bent squares. Results of the synthesis for the Agievich bent squares of order n = 8 have been generalized and it has been revealed that there are only 3 basic bent squares for this order, while the other 5 can be obtained with help the operation of step-cyclic shift. All the basic bent squares of order n = 16 have been synthesized that allows to construct the bent-functions of length N = 256. The obtained basic bent squares can be used either for direct synthesis of bent-functions and their practical application or for further research in order to synthesize new structures of bent squares of orders n = 16, 32, 64, …Рассматриваются вопросы конструирования классов максимально нелинейных булевых бент-функций произвольной длины N = 2k (k = 2, 4, 6, …) на основе их спектрального представления – бент-квадратов Агиевича. Данные совершенные алгебраические конструкции являются основой для построения многих криптографических примитивов, таких как генераторы псевдослучайных ключевых последовательностей, криптографические S-блоки подстановки и т. д. Бент-функции находят свое применение для построения C-кодов в системах с кодовым разделением каналов, которые обладают минимально возможным значением пик-фактора k = 1, а также для построения систем ортогональных бифазных сигналов и помехоустойчивых кодов. Все многочисленные применения бент-функций связаны с теорией их синтеза. Однако регулярные методы синтеза полных классов бент-функций произвольной длины N = 2k в настоящее время неизвестны. В статье предложен регулярный метод синтеза базовых бент-квадратов Агиевича произвольного порядка n на основе регулярного оператора диадного сдвига. Выполнена классификация полного множества спектральных векторов длин (l = 8, 16, …) на основе критерия максимального абсолютного значения и набора абсолютных значений спектральных компонент. Показано, что любой спектральный вектор может быть основой для построения бент-квадрата. Обобщены результаты синтеза бент-квадратов Агиевича порядка n = 8, показано, что существуют только три базовых бент-квадрата для данного порядка, тогда как еще пять могут быть получены с помощью операции ступенчато циклического сдвига. Синтезированы все базовые бент-квадраты порядкаn = 16, позволяющие построение бент-функций длиной N = 256. Полученные базовые бент-квадраты могут служить как для непосредственного синтеза бент-функций и их практического использования, так и для проведения дальнейших исследований с целью синтеза новых структур бент-квадратов для порядков n = 16, 32, 64,

A Novel Algorithm Enumerating Bent Functions

By the relationship between the Walsh spectra at partial points and the Walsh spectra of its sub-functions, by the action of general linear group on the set of Boolean functions, and by the Reed-Muller transform, a novel method is developed, which can theoretically construct all bent functions