Accepting grammars and systems

We investigate several kinds of regulated rewriting (programmed, matrix, with regular control, ordered, and variants thereof) and of parallel rewriting mechanisms (Lindenmayer systems, uniformly limited Lindenmayer systems, limited Lindenmayer systems and scattered context grammars) as accepting devices, in contrast with the usual generating mode. In some cases, accepting mode turns out to be just as powerful as generating mode, e.g. within the grammars of the Chomsky hierarchy, within random context, regular control, L systems, uniformly limited L systems, scattered context. Most of these equivalences can be proved using a metatheorem on so-called context condition grammars. In case of matrix grammars and programmed grammars without appearance checking, a straightforward construction leads to the desired equivalence result. Interestingly, accepting devices are (strictly) more powerful than their generating counterparts in case of ordered grammars, programmed and matrix grammars with appearance checking (even programmed grammarsm with unconditional transfer), and 1lET0L systems. More precisely, if we admit erasing productions, we arrive at new characterizations of the recursivley enumerable languages, and if we do not admit them, we get new characterizations of the context-sensitive languages. Moreover, we supplement the published literature showing: - The emptiness and membership problems are recursivley solvable for generating ordered grammars, even if we admit erasing productions. - Uniformly limited propagating systems can be simulated by programmed grammars without erasing and without appearance checking, hence the emptiness and membership problems are recursively solvable for such systems. - We briefly discuss the degree of nondeterminism and the degree of synchronization for devices with limited parallelism

26. Theorietag Automaten und Formale Sprachen 23. Jahrestagung Logik in der Informatik: Tagungsband

Der Theorietag ist die Jahrestagung der Fachgruppe Automaten und Formale Sprachen der Gesellschaft für Informatik und fand erstmals 1991 in Magdeburg statt. Seit dem Jahr 1996 wird der Theorietag von einem eintägigen Workshop mit eingeladenen Vorträgen begleitet. Die Jahrestagung der Fachgruppe Logik in der Informatik der Gesellschaft für Informatik fand erstmals 1993 in Leipzig statt. Im Laufe beider Jahrestagungen finden auch die jährliche Fachgruppensitzungen statt. In diesem Jahr wird der Theorietag der Fachgruppe Automaten und Formale Sprachen erstmalig zusammen mit der Jahrestagung der Fachgruppe Logik in der Informatik abgehalten. Organisiert wurde die gemeinsame Veranstaltung von der Arbeitsgruppe Zuverlässige Systeme des Instituts für Informatik an der Christian-Albrechts-Universität Kiel vom 4. bis 7. Oktober im Tagungshotel Tannenfelde bei Neumünster. Während des Tre↵ens wird ein Workshop für alle Interessierten statt finden. In Tannenfelde werden • Christoph Löding (Aachen) • Tomás Masopust (Dresden) • Henning Schnoor (Kiel) • Nicole Schweikardt (Berlin) • Georg Zetzsche (Paris) eingeladene Vorträge zu ihrer aktuellen Arbeit halten. Darüber hinaus werden 26 Vorträge von Teilnehmern und Teilnehmerinnen gehalten, 17 auf dem Theorietag Automaten und formale Sprachen und neun auf der Jahrestagung Logik in der Informatik. Der vorliegende Band enthält Kurzfassungen aller Beiträge. Wir danken der Gesellschaft für Informatik, der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und dem Tagungshotel Tannenfelde für die Unterstützung dieses Theorietags. Ein besonderer Dank geht an das Organisationsteam: Maike Bradler, Philipp Sieweck, Joel Day. Kiel, Oktober 2016 Florin Manea, Dirk Nowotka und Thomas Wilk

On the Complexity of the Herding Attack and Some Related Attacks on Hash Functions

In this paper, we analyze the complexity of the construction of the $2^k$-diamond structure proposed by Kelsey and Kohno. We point out a flaw in their analysis and show that their construction may not produce the desired diamond structure. We then give a more rigorous and detailed complexity analysis of the construction of a diamond structure. For this, we appeal to random graph theory (in particular, to the theory of random intersection graphs), which allows us to determine sharp necessary and sufficient conditions for the {\it message complexity} (i.e., the number of hash computations required to build the required structure). We also analyze the {\it computational complexity} for constructing a diamond structure, which has not been previously studied in the literature. Finally, we study the impact of our analysis on herding and other attacks that use the diamond structure as a subroutine. Precisely, our results shows the following: \begin{enumerate} \item The message complexity for the construction of a diamond structure is $\sqrt{k}$ times more than the amount previously stated in literature. \item The time complexity is $n$ times the message complexity, where $n$ is the size of hash value. \end{enumerate} Due to the above two results, the herding attack~\cite{KK06} and the second preimage attack~\cite{ABFHKSZ08} on iterated hash functions have increased complexity. We also show that the message complexity of herding and second preimage attacks on ``hash twice\u27\u27 is $n$ times the complexity claimed by~\cite{ABDK09}, by giving a more detailed analysis of the attack

Generic Attacks on Hash Functions

The subject of this thesis is a security property of hash functions, called chosen-target forced-prefix preimage (CTFP) resistance and the generic attack on this property, called the herding attack. The study of CTFP resistance started when Kelsey-Kohno introduced a new data structure, called a diamond structure, in order to show the strength of a CTFP resistance property of a hash function. In this thesis, we concentrate on the complexity of the diamond structure and its application in the herding attack. We review the analysis done by Kelsey and Kohno and point out a subtle flaw in their analysis. We propose a correction of their analysis and based on our revised analysis, calculate the message complexity and the computational complexity of the generic attacks that are based on the diamond structure. As an application of the diamond structure on generic attacks, we propose a multiple herding attack on a special generalization of iterated hash functions, proposed by Nandi-Stinson

Inklusion von Patternsprachen und verwandte Probleme

A pattern is a word that consists of variables and terminal symbols. The pattern language that is generated by a pattern A is the set of all terminal words that can be obtained from A by uniform replacement of variables with terminal words. For example, the pattern A = a x y a x (where x and y are variables, and the letter a is a terminal symbol) generates the set of all words that have some word a x both as prefix and suffix (where these two occurrences of a x do not overlap). Due to their simple definition, pattern languages have various connections to a wide range of other areas in theoretical computer science and mathematics. Among these areas are combinatorics on words, logic, and the theory of free semigroups. On the other hand, many of the canonical questions in formal language theory are surprisingly difficult. The present thesis discusses various aspects of the inclusion problem of pattern languages. It can be divide in two parts. The first one examines the decidability of pattern languages with a limited number of variables and fixed terminal alphabets. In addition to this, the minimizability of regular expressions with repetition operators is studied. The second part deals with descriptive patterns, the smallest generalizations of arbitrary languages through pattern languages ("smallest" with respect to the inclusion relation). Main questions are the existence and the discoverability of descriptive patterns for arbitrary languages.Ein Pattern ist ein Wort aus Variablen und Terminalsymbolen. Die von einem Pattern A erzeugte Patternsprache ist die Menge aller Terminalwörter, die durch eine uniforme Ersetzung der Variablen in A durch Terminalwörter erzeugt werden können. So beschreibt das Pattern A = a x y a x (wobei x und y Variablen sind und a ein Terminal ist) die Menge aller Wörter, die ein Wort der Form a x sowohl als Präfix, als auch als Suffix haben (ohne dass sich diese beiden Vorkommen von a x überlappen). Wegen ihrer einfachen Definition besitzen Patternsprachen eine Vielzahl von Verbindungen zu verschiedenen anderen Gebieten der theoretischen Informatik und Mathematik, unter anderem zur Wortkombinatorik, Logik und der Theorie freier Halbgruppen. Andererseits führen viele der üblichen sprachtheoretischen Fragestellungen bei Patternsprachen zu kombinatorischen Problemen von überraschender Schwierigkeit. Die vorliegende Dissertation widmet sich verschiedenen Aspekten des Inklusionsproblems von Patternsprachen und kann in zwei Teile unterteilt werden. Der erste Teil untersucht die Entscheidbarkeit des Inklusionsproblems für Sprachen, die von Pattern mit beschränkter Variablenzahl über Terminalalphabeten von beschränkter Größe erzeugt werden. Darüber hinaus werden verschiedene Aspekte der Minimierbarkeit von regulären Ausdrücken mit Rückreferenzen betrachtet. Der zweite Teil der Dissertation handelt von deskriptiven Pattern; d.h. denjenigen Pattern, die die (hinsichtlich der Inklusion) kleinsten Verallgemeinerungen einer gegebenen Sprache erzeugen. Hauptfragen sind hierbei die Existenz und die Auffindbarkeit deskriptiver Pattern für beliebige Sprachen