Detail publikace

Semantic Mutation Operator for Fast and Efficient Design of Bent Boolean Functions

HUSA Jakub a SEKANINA Lukáš. Semantic Mutation Operator for Fast and Efficient Design of Bent Boolean Functions. Genetic Programming and Evolvable Machines, roč. 25, č. 3, 2024, s. 1-32. ISSN 1389-2576. Dostupné z: https://rdcu.be/ds8Zc
Název česky
Sémantický operátor mutace pro rychlý a efektivní návrh ohnutých booleovských funkcí
Typ
článek v časopise
Jazyk
angličtina
Autoři
URL
Klíčová slova

Nelinearita, ohnuté booleovské funkce, heuristická optimalizace, Genetické programování, Sémantická mutace

Abstrakt

Booleovské funkce jsou důležitá kryptografická primitiva s rozsáhlým využitím v symetrické kryptografii. Aby byly tyto funkce užitečné, musí mít různé vlastnosti, například nelinearitu. Hlavním limitujícím faktorem kvality booleovské funkce je dostatečně velký počet jejích vstupních proměnných. Současné konstrukční metody buď špatně škálují, nebo jsou schopny tvořit pouze malou podmnožinu všech booleovských funkcí s požadovanými vlastnostmi, což vyžaduje vývoj nových a efektivnějších způsobů jak je tvořit. V tomto článku navrhujeme nový operátor sémantické mutace pro tvorbu ohnutých booleovských funkcí pomocí genetického programování. Princip navrhovaného operátoru spočívá v podrobném vyhodnocení nelinearity funkce, tak, aby se zabránilo potenciálně rušivým mutacím, a ve využití skutečnosti, že nelinearita booleovské funkce zůstává při všech afinních transformacích neměnná. Abychom vyhodnotili efektivitu tohoto operátoru, experimentujeme se třemi různými variantami genetického programování, a jeho výkon porovnáváme vůči třem dalším, běžně používaným, ne-sémantickým operátorům mutace. Podrobné experimentální vyhodnocení prokázalo, že navrhovaný sémantický operátor mutace je nejen výrazně efektivnější z hlediska počtu jedinců kteří genetickým programování musejí být vyhodnoceni, ale je také téměř třikrát rychlejší než druhý nejlepší operátor při navrhování ohýbaných funkcí s 12 vstupy a téměř šestkrát rychlejší pro funkce s 20 vstupy.

Rok
2024
Strany
1-32
Časopis
Genetic Programming and Evolvable Machines, roč. 25, č. 3, ISSN 1389-2576
Vydavatel
Springer International Publishing
DOI
UT WoS
001117604500001
BibTeX
@ARTICLE{FITPUB13122,
   author = "Jakub Husa and Luk\'{a}\v{s} Sekanina",
   title = "Semantic Mutation Operator for Fast and Efficient Design of Bent Boolean Functions",
   pages = "1--32",
   journal = "Genetic Programming and Evolvable Machines",
   volume = 25,
   number = 3,
   year = 2024,
   ISSN = "1389-2576",
   doi = "10.1007/s10710-023-09476-w",
   language = "english",
   url = "https://www.fit.vut.cz/research/publication/13122"
}
Nahoru