TELK O M N I K A   Te l e c ommu n i c at i on ,   C omp u ti n g ,   El e c t r on i c s   an d   C on tr o l   V ol .   18 ,   N o .   2 ,  A pri l   2020 ,   p p.   6 8 5 ~ 69 4   IS S N :   1693 - 6930 ,   a c c r e di t e d   F i rs t   G r a de   by   K e m e n ri s t e kdi k t i ,   D e c r e e   N o:   21 / E / K P T / 2 018   D O I:   10 . 129 28/ T E L K O M N IK A . v1 8i 2 . 1355 6     685       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / j our nal . uad . a c . i d/ i nd e x . php / T E L K O MNIKA   A   n e w   mu l t i - l e v e l   k e y   b l o c k   c y p h e r   b a sed  o n     t h e   B l o w f i sh   a l g o r i t h m       S u h ad   M u h aje r   K a r e e m 1 ,  A b d u l   M on e m   S .   R ah ma 2   1 U ni ve r s i t y   o f   B a s r a h ,   C ol l a g e   of   C o m pu t e r   S c i e nc e   a nd   I nf or m a t i o n  T e c hno l o gy ,  I r a q   2 U ni ve r s i t y   o f   t e c hno l og y,   D e p a r t m e n t   of   C o m p ut e r   S c i e n c e ,  I r a q       A r ti c l e   I n fo     A BS TR A C T    Ar t i c l e   h i s t or y :   Re c e i v e d   J ul   10 ,   20 19   Re vi s e d  D e c   26 ,   20 19   A c c e pt e d  F e b  8 ,   2020     B l ow f i s h  i s   a   bl o c k  c yph e r   a l gor i t h m   us e d  i n  m a ny  a pp l i c a t i o ns   t o  e nh a nc e   s e c u r i t y ,   bu t   i t   i nc l ud e s   s e ve r a l   d r a w ba c ks .   F o r   e xa m p l e ,   t h e   m i x  b e t w e e n     t he   ke y   a n d  d a t a   i s   l i m i t e d .   T h i s   pa p e r   pr e s e nt s   a   ne w   m od i f i c a t i on  t o     t he   B l ow f i s h   a l g or i t hm   t o   ov e r c o m e   s u c h   pr obl e m s   r e a l i s e d   t hr o ugh     a   m u l t i - s t a t e   op e r a t i on   i ns t e a d  o f   a n   X O R .   O ur   pr opo s e d   a l go r i t h m   us e s   t hr e e   ke ys   i n  t he   e nc r yp t i o n  a nd   de c r y pt i on   p r oc e s s e s   i ns t e a d  o f   one   f or   c ont r ol l i ng     t he   va r i a b l e   bl o c k  bi t s   s i z e s   ( 1 ,   2 ,   4,   a nd   8 )   b i t s   a nd   f o r   d e t e r m i n i n g  t he   s t a t e   t a b l e   n um be r s .   T he s e   t a b l e s   a r e   f o r m e d   f r o m   t he   a dd i t i on   i n   a   G a l o i s   f i e l d   G F   ( 2 n )   ba s e d   on   b l oc k   b i t   s i z e   t o  i nc r e a s e   t h e   c o m p l e x i t y  o f   t he   pr o pos e d   a l go r i t h m .   R e s ul t s   a r e   e v a l u a t e d   b a s e d   on   t he   c r i t e r i a   of   c om pl e xi t y,   t i m e   e nc r yp t i o n,   t hr ough ou t ,   a nd   hi s t ogr a m ,   a nd   s h ow   t h a t   t he   o r i gi n a l   B l ow f i s h,   t hos e   m o di f i e d  by  ot h e r   s c ho l a r s ,   a nd  our   p r opo s e d   a l go r i t h m   a r e   s i m i l a r   i n   t i m e   c o m pu t a t i on .   O ur   a l go r i t h m   i s   d e m ons t r a t e d  t o  b e   t he   m o s t   c o m pl e x   c om pa r e d   w i t h   ot he r   w e l l - know n   a n d   m odi f i e d   a l g or i t hm s .   T hi s   i nc r e a s e d   c om pl e xi t y   s c or e   f o r   o ur   p r opo s e d   B l ow f i s h   m a k e s   i t   m or e   r e s i s t a nt   a ga i n s t   a t t e m p t s   t o   b r e a k  t h e   k e y s .   Ke y w or d s :   Bl ow fi s h   a l gor i t h m   E nc r ypt i on  s e c u ri t y   M ul t i - l e ve l   k e ys     S ym m e t r i c   bl oc k   c i ph e r   T hi s   i s   an   op e n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e n s e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   S uha d  M uha j e r   K a r e e m ,    U ni ve rs i t y   of   Ba s r a h,     Col l a ge   of   c om p ut e r  s c i e nc e   a nd   i nfo rm a t i on  t e c hno l ogy ,   Ba s ra h,   Ir a q .   E m a i l :   s uha d_ a l t h a he r @ y a hoo . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     Ra pi d   de v e l o pm e nt   i n   i nfor m a t i on   t e c hno l ogy   h a s   l e d   t o  a   re l i a nc e   on   t he   t r a ns m i s s i on   of     e l e c t roni c   i nfor m a t i on   vi a   n e t w or ks .   A s   i t   i s   n e c e s s a ry  t o  provi d e   s e c ur e   i nfor m a t i on   e nv i ron m e nt s ,   m a ny   re s e a rc h e rs   a d dre s s   t h i s   s e c uri t y   c ha l l e nge   [1,   2].   O n e   m e t ho d   for   pro t e c t i ng   i nfor m a t i o n   i s   t h e   us e   of  e nc ry pt i on  a l go ri t hm s   be t w e e n  t w o   pa rt i e s   i nvol ve d   i n   c om m uni c a t i on   by  c onv e rt i ng   t h e   m e s s a g e   i nt o     a   h um a n - un re c ogni s a bl e   for m   [3].   A l gor i t h m i c   e n c ryp t i on   i s   c l a s s i f i e d   i nt o   s y m m e t r i c   k e y   a nd   a s ym m e t ri c   ke y  e nc ry pt i on .   S y m m e t r i c   ke y  e nc ry pt i on  us e s   t h e   s a m e   k e y  t o   i m pl e m e nt   e n c ryp t i o n  a nd  d e c rypt i on ,   w h i l e   a s ym m e t ri c - ke y  e nc rypt i on   i n c orpor a t e s   d i ff e re n t   publ i c   a nd  pr i va t e   ke ys .   S ym m e t ri c   a l g ori t hm s   i n c l u de   bl oc k   a nd  s t re a m   c yph e rs   [4 ,   5],   a nd  Bl ow f i s h  i s   a n  e xa m p l e   of  a   b l oc k   c yph e r   [ 6] .    M os t   m ode rn   e nc ry pt i on  a l go ri t hm s   a re   b a s e d  on  t he   F e i s t e l   ne t w ork,   i n ve n t e d   by  H ors t   F e i s t e l ,   w hi c h   i s   d e fi n e d  a s   a   c om m on  m e t hod   for  c on v e r t i ng   a   fun c t i on  F   i nt o   ot h e r  pe r m ut a t i on .   F e i s t e l   n e t w o rks   c om p ri s e   m u l t i pl e   rounds   of  r e pe a t e d  op e ra t i ons ,   s uc h  a s   a   pe rm ut a t i on  pro c e s s   us i ng  P - box e s ,   s ubs t i t ut i on  us i ng   S - box e s ,   a nd   a   l ogi c a l   X O R   ope ra t i on   [ 7 ,  8 ] .   A n  e nc r ypt i on   a l gor i t h m   de pe nds   on   a   ke y   a s     t he   s i gn i fi c a n t   e l e m e n t   t ha t   c a n  b e   nu m e r i c ,   a l p ha nu m e ri c   t e xt   o r  s p e c i a l   s y m bol s   [ 9 ,  10 ].   H ow e ve r ,   m o de rn   c rypt ogra phi c   a l gori t h m s   d e p e nd   on   fun c t i ons   w i t h  t w o   s t a t e s   (0 ,   1)   for   e n c ryp t i o n  a nd   d e c r ypt i on .   A s   on e   of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol ,  V ol .   18 ,   N o.   2 ,  A pri l   2 020:    68 5   -   69 4   686   t he   bl o c k  a l go ri t hm s ,   B l ow fi s h  us e s   t he   c l a s s i c   X O R  l ogi c a l   ope r a t i on  t ha t   d e p e nds   on   t w o   s t a t e s   ( 0,   1)  t ha t   i nc l ude s   s e v e ra l   w e a k  poi n t s .   F or  i ns t a nc e ,   t h i s   l e ve l   o f  s i m pl i c i t y   c a n  b e   d e c i ph e re d   e a s i l y  by   a t t a c k e rs .   S t udi e s   pr e vi ous l y   a t t e m p t e d  t o  re p l a c e   t h e s e   t w o   s t a t e s   w i t h   four   (0 ,   1,   2 ,   3 )  f or  i nc re a s i ng   k e y  s p a c e ,   w h i c h   i s   n ot   p e rfe c t   w o rks   for   m a k i ng   a l gor i t h m   m ore   s t rong   a g a i ns t   a t t c ks   [1 1 ],   a s   de s c ri b e d   i n   t h e   fol l ow i n g  s e c t i on .   T he r e for e ,   i n  t hi s   s t udy ,   w e   fo c us   o n  t he   w e a k  po i n t s   of  X O R   by  r e p l a c i ng   i t   w i t h   a   ne w   #  o pe r a t i on  w i t h  va r i a b l e   bl oc k   bi t   s i z e s   (n) :   (1   or   2   or  4   or   8)   i ns t e a d  of   on e   bl o c k  s i z e .   E a c h   b l oc k   w i l l   ge n e r a t e   di ffe r e n t   s t a t e s   t a bl e s   b a s e d   on   a ddi t i on   i n  G F   (2 n ).   T he   ove ra l l   n e w   #  o pe r a t i on   i s   m a na g e d   by   us i n g  a ddi t i on a l   t w o   ke ys .   T h i s   w ork   i s   re pe a t e d   i n   e a c h   round   of   B l ow fi s h   t o   i n c re a s e   t he   s e c uri t y   l e ve l   of     t he   a l gor i t h m .   O ur   re s u l t s   s how   t h a t   t h i s   n e w   m od i fi c a t i on   on  B l ow fi s h   a l gor i t h m   w i l l   i nc re a s e   t h e   s e c ur i t y   l e v e l   of  t he   e nc ry pt i on  b y  i nc r e a s i ng  t he   c om p l e x i t y   i n   e a c h  ro und  a nd   t h us   t h e   prot e c t i on   of   e n c ryp t e d   m e s s a g e s   w i l l   b e   g ua r a nt e e d  a ga i ns t   a t t a c ks .   T he   re m a i nd e r  o f  t hi s   p a p e r  i s   org a ni s e d  a s   fo l l ow s .   S e c t i on  2  ove r vi e w s   t h e   pr i n c i p l e   w ork  of    t he   Bl ow fi s h   a l gor i t h m .   S e c t i on   3   re v i e w s   t h e   re l e v a nt   l i t e r a t ur e   a bo ut   m o di f i c a t i ons   o f  B l ow fi s h ,   a n d  S e c t i on   4  i nt r oduc e s   our  propos e d  w or k  a nd   e v a l u a t i on   o f  t h e   Bl ow f i s h  a l go ri t hm .   S e c t i on   5   e v a l u a t e s     t he   c o m p l e x i t y   of   our   prop os e d   a l gori t h m ,   fo l l ow e d  b y  c on c l us i ons   i n  S e c t i on   6 .       2.   BLO W F I S H   O V ER V I E W   Bl ow fi s h   i s   a   s ym m e t ri c   b l o c k  c yph e r  i nve n t e d   i n   1993   by   Bruc e   S c hne i e r   a s   a   g e ne ra l   purp os e ,   ra pi d ,   a nd   fr e e   a l t e rn a t i ve   t o  t he   D E S   (D a t a   E nc r ypt i on   S ys t e m )   a l gor i t h m .   B l ow fi s h   i nc l ude s   m a ny   f e a t ure s ,   s uc h  a s   e a s y,   ra p i d,   a n d  c o m p a c t   us e   i n   t h e   S e c ur e   S o c k e t   L a y e r  a s   w e l l   a s   o t he r  a ppl i c a t i ons ,   a nd   c a n  e nc ry pt   m ul t i m e d i a   f i l e s   w i t h   di ffe r e nt   s p e e ds   [ 8 ,   1 2 ] .   T h e   Bl ow fi s h   a l gor i t h m   i s   b a s e d   on   a   F e i s t e l   n e t w o rk  c om p ri s e d   of   a   16 - r ound   i t e r a t i on  w i t h   pl a i n t e x t   re pr e s e n t e d  i n   a   64 - b i t   bl oc k   a n d  t he   ke y  l e ng t h  c h a nge s   from   32   t o  4 48  b i t s .   Bl ow f i s h  s e p a ra t e s   t he   pl a i n t e x t   i n t o  l e f t   a nd  r i ght   ha l ve s   f or  a p pl y i ng  a n  X O R  op e r a t i on  a nd  a n  F - fun c t i on .   A l l   op e ra t i o ns   i n  e a c h  r ound  a re   a dd i t i ons   a nd  X O Rs   us i ng  3 2 - bi t   w ords   pe rfo rm e d  w i t hi n  four  s ubs t i t ut i on  b oxe s   (S - box e s )  [ 1 3 ,   1 4 ] .   T h e   proc e s s   of   B l ow fi s h  e nt a i l s   t he   fol l ow i ng  t w o  pha s e s   [1 5 ,   16 ].     -   K e y   ge n e r a t i on   ph a s e :  B l ow fi s h   us e s   m a ny   s ubke ys   for   ge n e ra t i ng   t he   i ni t i a l   c ont e nt s   o f  a n   a rra y  c a l l e d  t he   P - a rr a y.   T h e s e   ke ys   m us t   be   pre - c o m pu t e d   be fo re   d a t a   e n c ryp t i o n  or  de c ryp t i on .   T h e   P - a rr a y  c om p ri s e s   18   32 - b i t   (P 1,   P 2 ,   … ,   P 18)   s uba rr a ys   a nd   four   32 - bi t   S - box e s   w i t h  256   e n t ri e s   a s   fo l l ow s  :     S 1 , 0 , S 1, 1 ,   . . . ,   S 1 , 2 5 5 ;    S 2 , 0 ,   S 2 , 1 ,   … ,   S 2 , 2 5 5 ;    S 3 , 0 , S 3 , 1 ,   . . . ,   S 3 , 2 5 5 ;   S 4 , 0 ,   S 4 , 1 ,   … ,   S 4 , 2 5 5   (1)     -   E nc r ypt i on  pha s e :   64 - b i t   pl a i n t e xt   i s   e n c rypt e d   us i ng   t he   ke y   ge n e r a t e d  i n  t h e   pr e v i ous   p ha s e   t o  pr oduc e     a   64 - bi t   m e s s a ge .   F i gure   1  c l a r i fi e s   how   t he   F - f unc t i on   i n  e a c h  r ound  of   t he   Bl ow f i s h  a l gor i t h m   d e pe n ds   on     t he   s ubs t i t ut i on   c o nc e pt s   a nd   c o ns i s t s   of  fo ur  S - b oxe s .   T h e   i nput   of   t h e   3 2 - bi t   i s   d i vi d e d   i n t o  f our  8 - bi t   va l u e s ,   w h i c h   a re   m i x e d   us i n g  a n   a ddi t i on   m odu l o   a nd   c o m b i n e d   us i ng   X O R   [3 ,   17 ].   F i gur e   1  s h ow s   t he   f i ve   ope ra t i ons   i n c l ud e d   i n   a   s i ng l e   r ound   of   t w o   X O R,   t w o   a ddi t i on   m odul o,   32 ,   a nd   a d di t i on .   A c c ord i ngl y,     t he   e v a l ua t i on   c om p ut a t i ons   f or  e v e ry   round   a l s o   i n c l u de s   onl y   fi v e   ope ra t i ons .   Th e   w or k  of  Bl ow f i s h  i n  st e ps   i s   c i t e d   w i t h  d e t a i l s   i n  [ 18 ].           F i gure   1 .   A   s t ru c t ur e   of  F - f unc t i on   i n  o ne   roun d  of   b l ow fi s h   a l gor i t h m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         A   n e w   m ul t i - l e v e l   k e y   b l oc k   c y phe r   bas e d  o n  t he   B l ow f i s h   al g or i t hm   ( Suhad   M uhaj e r   K ar e e m )   687   3.   R ELA TED   WO R K   In  t hi s   s e c t i on ,   w e   ove r vi e w   t h e   re l a t e d   l i t e r a t u re   on   va r i ous   m odi f i c a t i ons   us i ng   four   s t a t e s   t a bl e s   i n   ke y  g e ne ra t i on  a nd   a pp l yi e d  i t   i n  t he   Bl ow f i s h  a l gor i t hm .   In  2009   [1 1 ] ,   r e s e a rc h e rs   c om b i n e d  t he   c urv e   s e c ur i t y   m e t h ods   us i ng  t h e   B - s p l i n e   c urv e   w i t h  q u a n t um   c ry pt ogr a phy   c o nc e pt s   t o   i n c re a s e   s e c uri t y  a nd   k e y  s pa c e .   M ore o ve r ,   t hi s   m od i fi c a t i on   on   t h e   b a s e   prot o c o l   foc us e d  o n   t he   m a ni pu l a t i o n  of   t h e   b i t s   i n    t he   m e s s a ge   b y  re p l a c i ng  t h e   or i gi na l   X O R  op e ra t i on   w i t h   a   ne w   h a s h  ope ra t i on .   H ow e ve r ,   t he   m e s s a ge   w a s   e nc o de d   w i t h  fou r  d i ffe r e n t   s t a t e s   (0 ,   1 ,   2 ,   a nd   3)  i ns t e a d   o f  t w o  (0,   1)  t o  m a ke   va r i a t i o ns   i n   t h e   p ol a r i s e d  a ngl e s   u s e d  i n   t h e   q ua n t um   d e s c ri pt i on.   T h e s e   va r i a t i ons   a re   e nc ry pt e d  i n  t he   four  t a bl e s ,   a nd  t he   ou t put   de s c r i pt i on  i nc orpor a t e d  t he   po l a r i s e d   s t a t e   a ngl e s   a c c ordi n g   t o   t h e   t a b l e .   T he n   m a n i pu l a t i on   c y phe rs   c o nve r t   t he   p l a i nt e xt   i nt o   c i ph e r t e x t   by   re pl a c i ng   t h e   c ur re n t   s t a t e   p a t t e rn   of   e a c h   c ha r a c t e r   us i ng   a   n e w   l og i c a l   ope ra t or   ( #).   I n   ot h e r   w ords ,   t h e   ha s h   ope r a t i on   r e qu i re s   t hre e   i npu t s   of   t h e   t a bl e   nu m b e r   t o   b e   us e d   for   c om p ut i ng   t h e   r e s ul t   a s   w e l l   a s   t h e   c orr e s pond i ng   row   a nd   c ol u m ns .   T he   n e w   e n c odi ng  i s   a pp l i e d  us i ng   (#)   ope ra t i on  w h i c h   d e pe nds   on   fou r  s t a t e   t a bl e s   s how n   i n   fo l l o w i ng  F i gure   2 .             F i gure   2 .   T he   t rut h   t a bl e   for   #  o pe r a t i on       In  201 1,   a   n e w   m o d i fi c a t i on   w a s   i n t rodu c e d  i n   [19 ]   t o   i nc re a s e   t h e   s e c u ri t y  a nd   ke y  s p a c e   of   Bl ow fi s h  by  re pl a c i ng  t h e   pr e d e fi n e d  X O R  o pe r a t i on  a ppl i e d  i n  e a c h  roun d  of  t he   s t a nd a rd  F e i s t e l   a l g ori t hm   w i t h   a   m odi f i e d  bi t   pr oc e s s   of   a   n e w   ha s h   op e r a t i on   ba s e d  o n  t w o   ke ys .   H e r e ,   e a c h   ke y   c ons i s t s   of     a   c o m b i n a t i on   of   f our   s t a t e s   (0 ,   1 ,   2,   3)   i ns t e a d   o f   t h e   ori gi na l   t w o - s t a t e   ke y   (0,   1)   us i ng   t he   t rut h   t a b l e s   propos e d   i n  [11 ] .   T he   fi rs t   ke y  i s   us e d  t o  d e t e r m i n e   t he   t a b l e   nu m be r   a m ong   t h e   fo ur  a va i l a bl e   w hi l e     t he   s e c ond   k e y  i s   us e d   i n   t he   e n c ryp t i o n  a l g ori t hm .   T h i s   r e pl a c e m e nt   pr ovi d e s   a   ne w   l e ve l   of   s e c uri t y  t o     t he   a l g ori t hm   a g a i ns t   a t t a c k e rs   by   i n c re a s i ng   i t s   c o m pl e x i t y .   In  our  pr opos e d ,   w e   e x t e nd  b l oc k   s i z e   of   Bl ow fi s h   a l go i rt hm   fro m   s t a t i c   b l oc k   ( 2   bl o c k s   a nd   four   t a b l e s )   i nt o   dy na m i c   bl o c ks     (4  bl oc ks   a n d  16   t a b l e s )   a nd   (8   b l oc ks   a n d  2 56  t a b l e s ) .       4.   P R O P O S ED   M U LTI - S TA TE   BL O W F I S H     T oda y,   t h e   Bl ow f i s h  a l gor i t hm   i s   c ons i de r e d  i ns e c ur e   fo r   m a ny   a pp l i c a t i ons .   F or   i ns t a n c e ,   onl y    a   s i ng l e   bi t   i s   us e d   for  m a ni p ul a t i o n  (0   or  1),   w hi c h  d oe s   no t   c ont a i n   s uffi c i e nt   ra ndom ne s s   m a k i ng     t he   a l gor i t h m   vu l ne ra b l e   t o   bru t e   fo rc e   a t t a c ks .   T o   ov e r c om e   t hi s   i s s ue ,   w e   i n t rodu c e   a   n e w   m od i fi c a t i o n   t o   Bl ow fi s h   t o   e nha nc e   i t s   e n c rypt i on   pe rfor m a n c e   a nd  i nc re a s e   i t s   c o m p l e x i t y   a ga i ns t   a t t a c ks .     A s   de s c ri be d   a bo ve ,   t h e   X O R  ope r a t i on  us e d  i n  t he   F e i s t e l   n e t w ork   de p e nds   o n  t w o   s t a t e s   ( 0  or  1 )  i n   t he   b i t   m a ni pul a t i on   for   m i x i ng   t h e   i np ut   ke y  a nd   p l a i nt e xt .   T hi s   pa pe r   pr e s e n t s   a   m o di f i c a t i on   t o   t he   F e i s t e l   a l gor i t h m   b y  r e pl a c i ng  t he   X O R  w i t h  a   ne w   l og i c a l   ope r a t i on  c a l l e d  #.   T h i s   ope ra t i on   i s   b a s e d  on  a   ne w   bi t   m a n i pul a t i on   for  m i xi ng   t h e   i nput   ke y  a nd  t he   pl a i n t e xt   i n  v a ri a bl e   b i t s   s i z e s   of  1 ,   2,   4,   a nd   8 - b i t s   w i t h   bl o c k   one ’s   b i t   s i z e s   ope r a t i ng  o n  a   t w o - s t a t e   t a b l e   ( 0  or  1 ),   bl o c k  t w o ’s   bi t   s i z e s   op e ra t e s   on  a   four - s t a t e   t a b l e     (0  or   1   a nd  2  or  3),   b l oc k   fo ur’s   bi t   s i z e s   op e ra t e s   on   a   16 - s t a t e   t a b l e   (0   or   1 ,   or  …   or   15) ,   a nd   bl oc k   e i gh t ’s   bi t   s i z e s   o pe r a t i ng  on  a   256 - s t a t e   t a b l e   (0   or   1  or  …  2 55).   T h e s e   t a bl e s   a re   c o ns t ru c t e d  f rom   t he   a dd i t i on   ope ra t i on   i n   t he   G a l oi s   f i e l d   G F   (2 n ) ,   w he r e   n   i s   t h e   va l u e   t h a t   d e p e nds   on   t h e   bl oc k   b i t   s i z e   s p e c i fi e d   by    t he   k e y   n u mb er   o f   b i t s .   In   t hi s   w ork ,   four   v a ri a bl e   bl oc k   b i t   s i z e s   of   1,   2 ,   4,   a nd   8   a re   us e d   w i t h  a   2 - s t a t e   t a bl e     (#0  a n d  #1)  f or  G F   (2 1 ),   4 - s t a t e   t a bl e   (#0 ,   #1 ,   # 2,   a nd  #3)  fo r  G F   (2 2 ) ,   16 - s t a t e   t a b l e   (#0,   #1 ,   … ,   #15 )  for  G F   (2 4 ),   a nd   256 – s t a t e   t a bl e   ( #0,   #1 ,   … ,   # 255)   for   G F   (2 8 ) .   S a m p l e s   of   t h e s e   t a bl e s   a re   pr e s e n t e d   i n  t he   n e xt   s e c t i on   a s   T a bl e s   1   t hr ough   6.     T o   c o nt ro l   t h e   nu m b e r   of   b i t s   a nd   s t a t e s ,   t h e   n e w   #   op e ra t i on   re qui r e s   t w o   a dd i t i ona l   ke ys ,   e a c h  ge ne r a t e d   i n de p e nd e nt l y .   T he   f i rs t   ke y,   k e y n u m b e r   o f   b i t s ,   i s   ge n e ra t e d   r a ndo m l y   i n  bi n a ry   for m   f or   de t e r m i n i ng   t he   b l o c k  b i t   s i z e   t a ke n   fro m   t he   i npu t   k e y  a nd  t he   p l a i nt e x t .   T he n ,   t he   num be r  of  s t a t e s   i s   g e ne ra t e d  ba s e d  on   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol ,  V ol .   18 ,   N o.   2 ,  A pri l   2 020:    68 5   -   69 4   688   t he   bl oc k   b i t   s i z e   a s   s e l e c t e d  b y  k e y n u m b er   o f   b i t s .   T he   s e c ond   ke y,   k e y n o   o f   t a b l e ,   i s   a l s o   ge ne r a t e d   ra n dom l y   i n   de c i m a l   for m   for   s e l e c t i ng  one   of  t h e   s t a t e   t a b l e s .   A ft e r   s e l e c t i ng   t h e   b l o c k  b i t   s i z e   a nd   s t a t e   nu m be r ,   t h e   #   ope ra t i on  i s   a ppl i e d   w i t h  t hre e   i npu t s   c om pri s e d  of   t he   s t a t e   t a b l e   nu m be r   for   c a l c ul a t i ng   t h e   r e s ul t   a m o ng    t he   di f fe r e nt   s t a t e   t a b l e s   a s   w e l l   a s   t he   row   a nd   c ol u m n   nu m b e rs   t o  c ros s - re f e r e nc e   t he   r e s ul t   i n  t he   t a bl e .     L e t ,   K b=   k e y   nu m b e r  of   bi t s ,   a n d  K c   =   k e y   no .   o f  t a bl e ,   t he n:   K b=   0 001101 101010 10   .   .   .     (ge ne ra t e d   ra ndo m l y   for   e n c ryp t i o n  a nd   de c ryp t i on ):   A t   e a c h   round ,   t a ke   t w o   bi t s   f rom   t h e   K b  a nd   c h e c k  i t :   -   If  K b =   0 0,   t h e n   t h e   bl o c k   bi t   s i z e   =   1  a nd   r e c a l l   2 -   s t a t e   t a bl e s :   K c   s e l e c t   ra nd om l y  one   t a bl e   e i t h e r   0  or   1  for  e nc ry pt i ng  a nd   d e c ry pt i ng.   -   If  K b=   0 1,   t h e n  t he   b l o c k  bi t   s i z e   =   2   a n d  re c a l l   4 - s t a t e   t a bl e s :   K c   s e l e c t   r a ndo m l y   one   t a bl e   a m on g    (0,   1,   .   .   .   ,   4)  f or  e n c rypt i ng   a n d  d e c rypt i ng .   -   If  K b=   10 ,   t he n  t h e   bl o c k  b i t   s i z e   =   4  a nd  re c a l l   16 -   s t a t e   t a b l e s :   K c   s e l e c t   r a ndo m l y   one   t a bl e   a m ong     (0,   1,   .   .   .   ,   15)   for   e n c ryp t i ng   a nd  de c rypt i ng .   -   If  K b=   11 ,   t he n   t h e   b l oc k  b i t   s i z e   =   8   a nd   re c a l l   256 - s t a t e   t a b l e s :   K c   s e l e c t   r a ndo m l y   on e   t a b l e   a m ong     ( 0,   1,   .   .   .   ,   255)   for   e n c ryp t i n g  a nd   de c ryp t i ng .   T he   pro c e s s   of   t h e   #   ope ra t i on   c om pri s e s   t h re e   s t e ps   for   a ppl y i ng   (x L #   P )  i n   e a c h   r ound   i n   t he   or i gi na l   bl ow fi s h   a l gori t h m   a s   s how n   i n   F i gur e   3 .   F i gur e   3   s how s   t he   ov e r a l l   op e ra t i o n  du ri ng   on e   m odi fi e d  ro und  t ha t   c o ns i s t s   of  f i v e   ope ra t i ons   ( #  w i t h  di f fe r e nt   s t a t e s ,   X O R,   t w o  a dd i t i on  m odu l o  32 ,   a nd  a ddi t i on )  a s   de s c r i be d   i n  S e c t i on   5 .          F i gure   3 .   T he   m odi f i e d  pr oc e s s   of   t h e   #  op e r a t i on  i n   one   rou nd         4. 1 .     C on s tr u c t i on   th e   s tate   tab l e s   T hi s   s e c t i on   s how s   s a m p l e   t a b l e s   t h a t   c ons t r uc t e d   b a s e d   on   t he   a dd i t i on   op e ra t i o n  i n   t h e   G a l oi s   fi e l d  G F   (2 n ).   Ta bl e s   1 - 3   a nd  T a bl e s   4 - 6   r e pre s e nt   t he   a dd i t i on   i n   G F   (2 4 )   a n d  G F   (2 8 )   c ons e c ut i ve l y .       T a b l e   1 .   S t a t e   (#0)   a dd i t i on   i n   G F   (2 4 )                                                   #   8   b its 8   b its 8   b its 8   b its 32   b its F P i xL i - 1   xR i - 1   n u m b e r   o f  b its   Ke y   n u m b e r  o f   sta te   Gen er ate  d if f er e n t  s tates   tab les   S e lec t  o n e   sta te t a b le   Ou tp u t  a s th e   in ters e c ti o n   b e tw e e n   th e   ro w   a n d   c o l u m n   in   sta te  tab le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         A   n e w   m ul t i - l e v e l   k e y   b l oc k   c y phe r   bas e d  o n  t he   B l ow f i s h   al g or i t hm   ( Suhad   M uhaj e r   K ar e e m )   689   T a b l e   2 .   S t a t e   (#3)   a dd i t i on   i n   G F   (2 4 )     T a b l e   3 .   S t a t e   (#15)   a d di t i on   i n   G F   ( 2 4 )         T a b l e   4 .   S t a t e   (#0)   a dd i t i on   i n   G F   (2 8 )         T a b l e   5 .   S t a t e   (#170)   a ddi t i on   i n  G F   (2 8 )         T a b l e   6 .   S t a t e   (#200)   a ddi t i on   i n  G F   (2 8 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol ,  V ol .   18 ,   N o.   2 ,  A pri l   2 020:    68 5   -   69 4   690   4. 2 .     M od i fi e d   B l ow f i s h   al gor i th m  i n   s t e p s   T hi s   s e c t i on  i nt ro duc e s   t h e   pro pos e d  bl ow f i s h  a l gori t h m   i n  s t e ps   a s   s how n  he re un de r .   M od i fi e d   s t e ps   h a v e   b e e n  h i gh l i gh t e d   w i t h  t h e   r e d   c o l our :     A l gor t hi m 1 - pr opos e d   bl owf i s h  us i ng   m ul t i - l e v e l   k e y s   Inpu t :   P l ai nt e x t   64 - bi t   ( X )  and   k e y   O ut put :   C i phe r t e x t   64 - bi t   B e g i n       S t e p1 :   s ub   k e y  ge n e ra t i o n.      S t e p   2:   G e ne r a t e   ra nd om l y   c on t ro l   k e y   32   bi t s   i n   bi n a ry   for m   c a l l e d   K bi   (nu m be r   of   b i t s )   for   16   round.      S t e p3 :   E n c rypt i on             b e gi n                 S t e p3 . 1:   D i v i d e   x   i nt o   t w o   32 - b i t   h a l v e s :   xL ,   xR                 S t e p3 . 2:   F or   i = 0  t o   16 ,   c om p ut e   x L   a nd   xR   a s   fo l l ow s :                       b e gi n                             s t e p3 . 2. 1  C om pu t e   x L i   = x L i   #   P i   a s   fol l ow s :   a.   S pl i t   K bi   t o  t w o   bi t s   ( N b ),   t he n   t e s t   a s   fol l ow s :   w he re   n   i s   t he   b l oc k  b i t   s i z e   s e l e c t e d   fro m   xL i   a nd   P i      1.   If  N b   =   00 ,   t he n   n   =   1 ;   go   t o  b ;      2.   If  N b   =   01 ,   t he n   n   =   2 ;   go   t o  b ;      3.   If  N b   =   10 ,   t he n   n   =   4 ;   go   t o  b ;      4.   If  N b   =   11 ,   t he n   n   =   8 ;   go   t o  b .   b.   D e pe nd i ng   on   t h e   pre v i ous   s t e p ,   re c a l l   s t a t e s   t a b l e s   us i ng  a dd i t i o n  o n  G F   (2 n ).   c.     G e n e ra t e   ra ndo m   k e y   ( K ci   )  f or  s e l e c t i ng   on e   s t a t e   t a bl e   t ha t   re c a l l   i n  s t e p   (b) .   d.   Com pu t e   x L i   by   a p pl y i ng   t he   op e r a t i on   on   (x L i   # P i )   a c c ord i ng   t o   t h re e   i np ut s   (i nde x   =   n um b e r   of  s t a t e   t a bl e ,   row   =   xL i ,   a nd   c o l um n   =   P i ).   e.   T he   ou t pu t   of   s t e p   ( d)  a s   t h e   c ros s   poi nt   b e t w e e n   t h e   row   a n d  c ol u m n   i n   t he   s p e c i fi e d  s t a t e   t a b l e   t o   g i ve   t he   re s u l t .                                               S t e p3 . 2. 2 :   Com put e   xR i =   F (x L i )    xR i ;   (F = fu n c t i on  i n  F i gur e   1 )                                               S t e p3 . 2. 3 :   S w a p   t h e   v a l u e s   ( xR i ,   xL i )                                       e nd for                 S t e p3 . 3:   S w a p   t he   va l ue s   (xR ,   xL )                 S t e p3 . 4:   Co m pu t e   xR   = x R  #  P 17   a n d  x L =   x L # P 18 ,   w h e r e   #   c om pu t e d  a s   pr e vi ous                                             S t e p   ( 3. 2 . 1)                 S t e p3 . 5:   R e c o m b i ne   x L   a nd   xR   t o   ge t   t h e   c i ph e r t e x t               E nd           S t e p4:   D e c ryp t i on                 D e c ryp t i on  i s   e xa c t l y  t he   s a m e   a s   e nc ry pt i on,   e xc e pt   t h a t   P 1,   P 2…P 18   a r e   us e d   e x a c t l y                    i n   re ve rs e   or de r   bu t   s ho ul d   t h e   ke e p  t he   K bi  a nd   K c i   for   r e t ri e v i ng   t h e   p l a i nt e xt .   E nd         5.   EV A LU A TI O N   T hi s   s e c t i on  pre s e nt s   fo ur  e va l ua t i on   m e t r i c s   of   c o m p l e xi t y ,   e nc ry pt i on  t i m e   a nd  t hrou ghput ,     N IS T   t e s t s   a nd   h i s t ogr a m   of   t h e   propos e d  m od i fi e d   Bl ow f i s h   a l gori t h m .     5. 1 .     C omp l e xi ty  c omp u ti n g   A l gori t hm   c o m pl e x i t y  i s   c o m pu t e d  a g a i ns t   t h e   a t t a c k e rs   t o  e s t i m a t e   t he   k e y  [ 20 ]  fo l l ow e d  by     t he   e n c ryp t i o n  t i m e s .   T he   c o m p l e x i t y   i s   c a l c ul a t e d  from   t h e   pos s i bl e   nu m b e r  of  k e ys   a n   a t t a c k e r  ne e ds   t o  de c ry pt   t he   c i phe r t e xt   w i t h  64  bi t s .   T h e   c om p l e x i t y   of  t he   B l ow fi s h  a l go ri t hm   i n  s i xt e e n  rounds   i s   c a l c ul a t e d  a s   (t h e   prob a bi l i t y  of  pl a i nt e x t )  ×   (t h e   pr oba bi l i t y   of   k e y n o   o f   r o u n d ).   -   F i r s t ,   w e   c om p ut e   t h e   c o m pl e xi t y   of   t he   ori g i na l   Bl ow fi s h  a l go ri t hm   us i ng   a   p re d e fi ne d   X O R   b i na ry  ope ra t i on  ( 0,   1) ,   t he r e by   gi vi ng   t he   nu m be r   of   pos s i b l e   k e ys   us e d  i n  t h e   e nc r ypt i on   a nd   d e c ry pt i on  a s :     2  ×   (2) 8  ×   32   ×   2   =   2 15   ( 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         A   n e w   m ul t i - l e v e l   k e y   b l oc k   c y phe r   bas e d  o n  t he   B l ow f i s h   al g or i t hm   ( Suhad   M uhaj e r   K ar e e m )   691   -   Se c o nd ,   w he n   us i ng   t h e   #  o pe r a t i on  i n  t he   m od i fi e d  B l o w fi s h  a l gor i t h m   fro m   [ 1 9 ]  w i t h  f our  s t a t e s     (#0,   #1 ,   #2,   a nd   #3)   a nd   t w o   bi t s   i ns t e a d   of   o ne ,   t he   n um b e r  of   t he   pos s i b l e   k e ys   us e d   i n   t he   e nc ry pt i on  a nd  de c ryp t i on   i s :     (2 2 ) 1 6   ×   (2 2 ) 8  ×   2 2  ×   32   ×   2   =   2 72   ( 3 )     -   T hi r d ,   w e   c o m put e   t h e   c om p l e x i t y   of   t h e   propos e d   a l gor i t hm   us i ng   t h re e   ke ys   a s   ( t h e   prob a bi l i t y   of  pl a i nt e xt ) × (t he   pr oba b i l i t y   of   k e y n o .   o f   r o u n d ) × (t h e   pro ba b i l i t y   o f  t he   s t a t e   t a b l e s ) .   T h e   ov e ra l l   c o m pl e xi t y   of   our  pr opos e d   a l gor i t h m   i s   a s   fo l l ow s :     ((2 1 ) 3 2   ×   ( 2 2 ) 16  ×   (2 4 ) 8  ×   (2 8 ) 4 )  ×   (( 2 1 ) 32   ×   (2 2 ) 1 6   ×   (2 4 ) 8  ×   (2 8 ) 4  ) 8  ×   (2   ×   2 2  ×   2 4  ×   2 8 )  ×   32   ×   2   =  2 1 2 8   ×   2 1 0 2 4   ×   2 15  ×   2 5  ×   2 1  =  2 1 1 7 3   ( 4 )     T a b l e   7   s u m m a ri s e s   t h e   re s u l t s   fro m   c o m pu t i n g   t h e   c o m pl e xi t y   of   16   rounds   fro m   t he   t hre e   a l gor i t h m s   (o ur  pr opos e d   a l gor i t h m ,   t h e   o ri g i na l   B l ow fi s h,   a nd   t h e   pr e v i o us l y   m o di f i e d   a l gori t h m     from   [19 ]) . T he   a l gor i t h m   c o m pl e xi t y   c o m pu t a t i on   r e s ul t s   a re   c a l c ul a t e d   i n   ke y  s i z e   of   6 4 - bi t s .   F i gur e   4   e xpl a i ns   how   t h e   propos e d  Bl ow f i s h  a l g ori t hm   f e a t ure s   hi ghe r   c o m pl e x i t y   c om p a re d  t o  t h e   o ri g i na l   a nd   m odi f i e d  B l ow fi s h   fro m   [19 ]   i n   s i x t e e n   rounds .       T a b l e   7 .   T he   c om p l e x i t y   c om pa r i s on  o f  or i gi na l ,   pr e vi ous l y  m odi f i e d,   a n d  pr opos e d .    Bl ow fi s h   a l gor i t h m   for  s i xt e e n   rou nds   A l g o ri t h m   T h e   c o m p l e x i t y   W e l l - k n o w n   Bl o w fi s h   2 15   = 3 2 , 7 6 8   M o d i fi e d   Bl o w fi s h   [1 9 ]   2 7 2   = 4 , 7 2 2 , 3 6 6 , 4 8 2   O u r  p ro p o s e d   Bl o w fi s h   2 1 1 7 3 = 1 . 2 8 2 8 7 6 6 8 9 4 6 2 7 9 2 1 7 4 3 7 4 1 1 e + 3 5 3           F i gure   4 .   T he   ov e ra l l   c om p a ri s o n  of   t he   c o m p l e x i t y       5. 2 .     En c r yp ti on   ti me   an d   th r ou p h u t   A s   a no t he r   m e t ri c   fo r  m e a s uri n g  t he   p e rfor m a n c e   of   t h e   a l go ri t h m ,   t he   e n c ryp t i on   t i m e   i s   c o m put e d   by  t he   t i m e   r e qu i re d   for   c onve rt i ng  t he   p l a i nt e xt   i n t o   a n   unr e c ogni s e d  for m .   W hi l e   t h e   t hroug hput   m e t ri c   a s   a ppl i e d   i n  t hi s   c on t e x t   i s   c a l c u l a t e d   a s   [21 ,  22 ]:     Thr o u g h p u t = p l ai n t ex t   s i ze     ( in   ki l o b y t e ) t o t al   en c r y p t i o n   t i m e     ( ms )     ( 5 )     T a b l e   8  a nd  F i gur e   5   s how   t he   e xp e ri m e nt a l   re s ul t s   fro m   c a l c u l a t i ng   t h e   e nc r ypt i on  t i m e   a n d  t hrough put   for   t he   prop os e d   a n d  t he   m odi f i e d   B l ow fi s h   a l gor i t h m s .   F ro m   t he s e   t a bl e   a nd   f i gure ,   t h e   o ri g i na l ,   m odi f i e d,   a n d  t he   pr opos e d   B l ow f i s h  a l gori t hm s   a re   e qu i va l e n t   i n   t e r m s   of   c om put a t i on   t i m e .   H ow e v e r,   ou r   propos e d  m e t hod   off e rs   m or e   e f fe c t i ve   r e s ul t s   r e l a t e d  t o   t h e   c o m p l e x i t y  e v a l u a t i on   a g a i ns t   a t t a c ks ,   w h i c h   e na bl e s   o ur  Bl ow fi s h   a l g or i t h m   t o   be   m ore   di ffi c ul t   f or  a n   a t t a c k e r  t o  re t r i e v e   t he   or i gi n a l   m e s s a g e .     0 200 400 600 800 1000 1200 W el l - k n ow n  B l ow f i s h M odi f i ed   B l ow f i s h [ 1 9 ] O ur   pr op os e d B l ow f i s h Co m p a r s io n  c o m p le x it y   f o r   s ix t e e n  r o u n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol ,  V ol .   18 ,   N o.   2 ,  A pri l   2 020:    68 5   -   69 4   692   T a b l e   8 .   T he   e nc ry pt i on  t i m e   a nd  t hrou ghput   of   or i gi n a l   a nd  propos e d .     Bl ow fi s h   a l gor i t h m s   F i l e   s i z e s (k b )   E x e c u t i o n   t i m e s   (i n   m i l l i s e c o n d s )  fo r:   O ri g i n a l   B l o w fi s h   a l g o ri t h m   O u r  p ro p o s e d   B l o w fi s h   a l g o ri t h m   15   8   8   25   13   12   50   31   31   80   46   46   150   50   49   500   72   72   A v e ra g e   t i m e   3 6 . 6 6   3 6 , 3 3   T h ro u g h p u t   2 2 . 3 6 7   2 2 . 5 7 0           F i gure   5 .   T he   ov e ra l l   a na l ys i s   o f  e nc r ypt i on   t i m e       5 . 3 .     N I S T  an a l ys i s   T he   out p ut   of   t h e   e nc ry pt i on  a l gor i t h m   s hou l d  b e   m ore   ra n d om ”   a nd  unpr e di c t a bl e .   S e v e ra l   m e t h ods   e xi s t   f or   c o m pu t i ng   t he   ra nd om n e s s ,   s uc h  a s   N IS T   ( N a t i ona l   “ Ins t i t u t e   of   S t a nd a rds   “ a nd   T e c hno l ogy ) ,   D i e h a rd  t e s t s ,   a nd  T e s t U 0 1  [23 ,   2 4 ].   In  t hi s   p a p e r,   w e   us e   1 5  s t a t i s t i c a l   t e s t s   fro m   N IS T   s t a t i s t i c a l   for  t e s t i ng   t he   ra ndo m ne s s   of  t he   b i na ry  s e qu e nc e s ,   a s   s how n   i n   T a b l e   9.   T h i s   a nd   t h e   m od i fi e d   t e s t s   a re   c a l c u l a t e d   ov e r  m ul t i p l e   c y phe r - t e x t   p rodu c e d   fro m   t h e   o r gi n a l   Bl ow fi s h .   T h e   pr oba b i l i t y   v a l u e   ( p - va l u e )  i s   s e t "   t o   a   va l u e   of   0. 01   t o   c onfi r m   i f   t h e   out p ut   i s   r a ndo m .   T he   a ve r a g e   t e s t s   a r e   c o m pu t e d   a nd  l i s t e d   i n   T a bl e   9.       T a b l e   9 .   R e s ul t   o f  Ru nni n g  N IS T   o n  t he   G e n e r a t e d  K e y  by  B l ow fi s h   a nd   t he   p rop os e d   Bl ow f i s h   T e s t   n o .   S t a t i s t i c a l   T e s t   N a m e   W e l l - k n o w n   Bl o w fi s h   P ro p o s e d   Bl o w fi s h   P - V a l u e   S t a t u s   P - V a l u e   S t a t u s   1   A p p ro x i m a t e   E n t ro p y   -   F a i l     0 . 8 4 8   p a s s   2   Bl o c k   F re q u e n c y   0 . 0 7 3   p a s s   0 . 2 1 6   p a s s   3   Cu m u l a t i v e   S u m s   0 . 6 4 4   p a s s   0 . 1 3 3   p a s s   4   FFT   0 . 0 6 1   p a s s   0 . 8 6 7   p a s s   5   F re q u e n c y   0 . 0 4 3   p a s s   0 . 7 9 1   p a s s   6   L i n e a r  c o m p l e x i t y   0 . 1 3 8   p a s s   0 . 9 9 8   p a s s   7   L o n g e s t   Ru n   0 . 1 2 6   p a s s   0 . 3 6 7   p a s s   8   N o n   O v e rl a p p i n g   T e m p l a t e   0 . 2 4 1   p a s s   0 . 4 9 0   p a s s   9   O v e rl a p p i n g   T e m p l a t e   0 . 1 7 6   p a s s   0 . 5 0 6   p a s s   10   Ra n d o m   E x c u rs i o n s   0 . 5 2 0   p a s s   0 . 8 6 4   p a s s   11   Ra n d o m   E x c u rs i o n s   V a ri a n t   0 . 3 2 9   p a s s   0 . 8 7 1   p a s s   12   Ra n k   0 . 1 8 7   p a s s   0 . 8 4 6   p a s s   13   Ru n s   0 . 1 8 0   p a s s   0 . 6 4 8   p a s s   14   S e ri a l   -   F a i l   0 . 4 9 0   p a s s   15   U n i v e rs a l   0 . 4 4 7   p a s s   0 . 9 4 0   p a s s   0 20 40 60 80 E n c r y p t io n   t im e s                             E x ecut i o n  t i m e s   ( i n   m i l l i s e cond s ) f or :   O r i gi na l   bl ow f i s h  a l gor i t hm                             E x ecut i o n  t i m e s   ( i n   m i l l i s e cond s ) f or :   O ur   pr opo s ed   bl ow f i s h   a l gor i t hm Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         A   n e w   m ul t i - l e v e l   k e y   b l oc k   c y phe r   bas e d  o n  t he   B l ow f i s h   al g or i t hm   ( Suhad   M uhaj e r   K ar e e m )   693   If  t he   t e s t   r e s ul t s   pr ovi d e   a   p - v a l ue   “ a s y m pt o t i c a l l y   a ppro a c hi ng   1 ,   t he n  t h e   out p ut   s hou l d   a pp e a r  t o   ha ve   c o m pl e t e   r a ndo m ne s s .   A   p - v a l u e   e q ua l   t o  z e ro  s i gn i fi e s   t ha t   t h e   ou t put   i s   non - r a ndo m .   T he   p a s s   s t a t us   re pre s e nt s   t h a t   t he   p - va l ue   of   t he s e   t e s t s   i s   gr e a t e r   t h a n  0 . 001   a nd   de n ot e s   t he   ou t pu t   i s   a c c e p t a bl e     (e . g . ,   offe rs   go od   ra n dom n e s s ).   T he   p - va l ue s   of   m os t   of   t h e   t e s t s   fro m   t h e   propos e d  Bl ow f i s h  a l gori t h m   a re   gre a t e r   t ha n   t h e   p - va l u e s   of   t h e   w e l l - know n  B l ow fi s h ,   a s   s h o w n  i n   T a b l e   9.     5. 4 .     H i s togr am   an al ys i s   A   hi s t o gra m   i s   us e d   t o   m e a s ur e   t h e   s e c ur i t y   of   t h e   ori g i n a l ,   e nc rypt e d ,   a nd   de c ryp t e d   i m a ge s   [25]   us i ng   t h e   w e l l - k now n   a nd   prop os e d   B l ow fi s h .   T he   e xpe ri m e n t a l   re s u l t s   a re   s how n   i n   F i gu re s   6   a nd   7   fo r    t w o  i m a ge s   ( B a boon   a n d  L e n a ) .               F i gure   6 .   R e s ul t s   a nd  hi s t o gra m   of  w e l l - know n   Bl ow fi s h   a n d  p ropos e d  B l ow fi s h   for   B a boon   i m a ge   (orgi n a l   a n d  e nc r ypt e d)   F i gure   7 .   R e s ul t s   a nd  hi s t o gra m   of  w e l l - know n   Bl ow fi s h   a n d  p ropos e d  B l ow fi s h   for   L e n a   i m a ge   (orgi n a l   a n d  e nc r ypt e d)       6.   C O N C LU S I O N   A   ne w   m e t hod   i s   propos e d  for   e nha n c i ng  t he   s e c uri t y  a nd  pe rfor m a nc e   of   t h e   B l ow fi s h   a l gor i t h m   a c h i e v e d  b y  a n  a ddi t i on a l   ke y   a n d  r e pl a c i ng  t he   X O R  w i t h  a   n e w   o pe r a t i on.   T he s e   m o di f i c a t i ons   pro vi d e   m ore   s t re ngt h  t o  t he   B l ow f i s h  a l gori t h m   a n d  m a ki n g  i t   r e s i s t a nt   a ga i ns t   a n  a t t a c k.   U s i ng  m ul t i pl e   k e ys   i ns t e a d  o f  on e   i n c r e a s e s   t h e   re l i a bl y  of  t he   ke y,   w h i c h  a l s o  i n c re a s e s   t he   e ff i c i e n c y  of   t h e   e nc ry pt i on  a nd  de c r e a s e s   t he   prob a bi l i t y  of   bre a k i ng   fro m   bru t e   fo rc e   a t t a c ks .   M or e ov e r,   a   va r i a bl e   bl o c k   bi t   s i z e   i n   e a c h   round  i nc r e a s e s   t h e   r a ndo m ne s s   a nd  s e c ur i t y   of  t he   a l gori t h m .   Ba s e d  on  our  s t a t i s t i c a l   r e s ul t s ,   w e   c o nc l ude   t ha t   o ur  propos e d  a l g ori t hm   pr ovi d e s   m or e   c o m pl e xi t y   c o m pa re d   t o  t h e   o ri g i na l   Bl ow f i s h  w h i l e   m a i n t a i ni ng   a pprox i m a t e l y   t he   s a m e   c o m pu t a t i on   t i m e .         R EF ER EN C ES     [ 1]   S w a t h i   S ,   I I L a h a r i   P . ,   “ E nc r yp t i o n  a l g or i t h m s :   a   s u r ve y , ”   I nt e r na t i onal   J o ur n al   of   A d v anc e d  R e s e ar c h  i n   C om pu t e r   Sc i e nc e   &   T e c hno l og y ,   vo l .  4 ,   no .   2,   p p.   81 - 88 ,   201 6 .   [ 2]   S e pt a f i a n s ya h  D .   P ,   M a r i o  Y . ,   S a r w on o  S . ,   Y us u f   K . ,   A da n g  S .   A . ,   “ P ow e r   a n a l y s i s   a t t a c k  a g a i ns t   e n c r ypt i o n  de vi c e s :   a   c o m pr e he n s i ve   a n a l ys i s   o f   A E S ,   D E S ,   a nd   B C 3 , ”  T E L K O M N I K A   T e l e c om m u n  C om pu t   E l   C on t r ol ,    vol .   17,   n o.   3 ,   pp.   1 282 - 128 9,   J une   20 19.   [ 3]   S oni a   R . ,   H a r p r e e t   K . ,   “ T e c hn i c a l   s u r ve y  on  c r ypt ogr a ph y  a l g or i t h m s   f or   ne t w o r k   s e c ur i t y ,”   I n t e r na t i ona l   J ou r na l   of   A dv a nc e d  R e s e ar c h  i n   C om p ut e r   Sc i e n c e   and   S of t w ar e   E ng i ne e r i ng   v ol .   4,   no .   9 ,   p p.   2 04 - 209 .   2016 .   [ 4]   C hr i s t i n a   L . ,   J oe   I r uda ya r a j   V .   S. ,   “ O p t i m i z e d   B l ow f i s h   e n c r y pt i on   t e c hn i qu e , ”   I n t e r nat i o nal   J our n al   o f   I nno v a t i v e   R e s e a r c h   i n   C om pu t e r   a nd   C om m un i c a t i on   E ng i n e e r i ng ,   vo l .   2 ,   no .   7 ,   p p.   50 09 - 5015 ,   201 4 .   [ 5]   M .   A .   H a m e e d ,   A h m e d   I .   J a b e r ,   J a m hoo r   M .   A l oba i dy ,   A l a a   A .   H a j e r ,   “ D e s i g n   a nd   S i m u l a t i on   D E S   A l go r i t h m   o f   E nc r y pt i on   f or   I nf o r m a t i o n  S e c u r i t y , ”   A m e r i c an   J ou r na l   of   E ngi n e e r i n g  R e s e ar c h  ( A J E R ) ,   vo l .   7 ,   no .   4,   pp.   13 - 22 ,   201 8.   [ 6]   A yus h i ,   “ A   S y m m e t r i c   K e y   C r yp t og r a p hi c   A l go r i t h m , ”  I nt e r nat i ona l   J o ur n al   o f   C om pu t e r   A pp l i c a t i o ns     ( 097 5 - 8 887 ) ,   vo l .   1 ,   n o .   15 ,   p p.   1 - 4 ,   2 010 .   [ 7]   W i l l i a m   S . ,   “ C r ypt ogr a ph y   a nd   ne t w or k   s e c ur i t y:   pr i nc i p l e s   a n d  p r a c t i c e , ”   P e a r s o n   E du c at i on / P r e n t i c e   H a l l ,    5t h   E d i t i on ,   201 1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   1693 - 6930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol ,  V ol .   18 ,   N o.   2 ,  A pri l   2 020:    68 5   -   69 4   694   [ 8]   H a r s h r a j   N ,   A n i r uddh a   S ,   S hubh a m   R .   V ,   R oh i t   V ,   V i j a y   A . ,   “ A   R e vi e w   o f   V a r i ous   E nc r y pt i on   T e c hni que s , ”   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   E ngi ne e r i ng  and   C om p ut e r   Sc i e n c e ,   vol .   3 ,   no .   9,   pp .   809 2 - 8 096 ,   2014 .   [ 9]   G okha n   D . ,   M e hm e t   H . ,   H a _z e   S _   e n   C _   A K I R ,   “ I n c r e a s i ng   k e y   s p a c e   a t   l i t t l e   e xt r a   c o s t   i n   R F I D   a u t he nt i c a t i on s , ”   T ur k i s h   J our nal   o f   E l e c t r i c a l   E ngi ne e r i ng   &   C om p ut e r   Sc i e n c e s ,   v ol .   2 2,   no .   1,   p p.   15 5 - 1 65 ,   2 014 .   [ 10]   R a j d e e p  B h.   a nd  R a hu l   H .   “ A   R e v i e w   a nd  C o m p a r a t i ve   A na l ys i s   o f   V a r i ous   E nc r yp t i on  A l go r i t h m s , ”   I n t e r na t i ona l   J our nal   o f   Se c ur i t y   a nd   I t s   A pp l i c a t i ons ,   vo l .   9 ,   no.   4 ,   pp .   289 - 306 ,  2015 .   [ 11]   H a l a   B . ,   A bdu l   M on e m   S .   R a h m a ,   H i l a l   M . ,   “ P r opo s e d   ne w   qua n t u m   c r yp t og r a phy  s ys t e m   u s i ng  q ua n t u m   de s c r i pt i on   t e c hni que s   f o r   ge n e r a t e d  c u r ve s , ”   In   P r o c e e di ngs   o f   t h e   2 009   I nt e r na t i ona l   c on f e r e n c e   on   s e c u r i t y   a nd   m anage   m e n t ,   S A M ,  J u l y  2009 .   [ 12]   P r i y a da r s hi n i   P . ,   P r a s ha nt   N . ,   N a r a ya n   D .   G . ,   M e e n a   S .   M . ,   “ A   c o m pr e he n s i ve   e v a l ua t i o n  of   c r y pt o gr a ph i c   a l go r i t h m s :   D E S ,   3D E S ,   A E S ,   R S A   a nd   B l ow f i s h , ”   In   P r o c e e d i ngs   I n t e r na t i ona l   C on f e r e n c e   o n   I n f o r m at i on   Se c u r i t y   &   P r i v ac y   ( I C I SP 2 015) ,  pp .   617 - 62 4 ,   I nd i a ,   D e c e m b e r   20 1 5.   [ 13]   V .   K u m a r a   S . ,   P r a bh u  B . ,   “ P r e do m i na n c e   of   B l ow f i s h   ov e r   t r i pl e   da t a   e nc r y pt i on   s t a n da r d  s y m m e t r i c   ke y   a l go r i t h m   f or   s e c ur e   i nt e g r a t e d  c i r c u i t s   us i ng  ve r i l og  H D L , ”   I n t e r na t i ona l   J our na l   of   N e t w or k   Se c ur i t y   &   I t s   A pp l i c a t i ons ,   vol .   9,   no .   6,   p p.   29 - 38 ,   201 7.   [ 14]   S .   S w e e t l i n ,   D .   M a he n dr a n,   S .   J ohn   P e t e r ,   “ I nt e r b i t   e xc ha ng e   a n d   m e r ge   ( I B E M )   pa t t e r n   o f   b l ow f i s h   a l go   r i t h m , ”   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   R e c e nt   T e c hno l o gy   and   E n gi n e e r i n g ,   vo l .   7 ,   no.   5 ,   pp .   129 - 132 ,   201 9 .   [ 15]   K i r t i   A . ,   J a s pa l   K . ,   H a r s h  K . ,   “   P e r f or m a n c e   e v a l u a t i on   o f   R C 6,   B l ow _ s h ,   D E S ,   I D E A ,   C A S T - 128  bl oc k     ci - phe r s , ”   I nt e r na t i ona l   J ou r na l   of   C om p ut e r   A pp l i c a t i ons ,   vo l .   68 ,   no.   25 ,   pp .   10 - 16,   2 013 .   [ 16]   S ha f i ’ i   A . ,   N a f i s a t   S . ,   M o ha m m e d   A . ,   N a d i m   R . ,   H a r una   C h . ,  a nd  D a da   G . ,   “ D e ve l op m e n t   o f   B l ow f i s h  E nc r yp t i on   S c he m e   f o r   S e c u r e   D a t a   S t or a ge   i n  P ub l i c   a nd   C om m e r c i a l   C l ou d  C o m pu t i ng  E n vi r on m e nt , ”   2nd   I n t e r na t i ona l   C onf e r e n c e   on   I nf or m a t i on  and   C om m un i c at i on   T e c hn ol o gy   and   I t s   A pp l i c a t i o ns ,   pp.   2 31 - 237 ,   S e p t e m b e r   201 8.   [ 17]   S m a r a j i t   G h .   a nd   V i nod   K . ,   “ B l ow f i s h   H yb r i di z e d   W e i gh t e d   A t t r i but e - B a s e d   E nc r ypt i o n  f o r   S e c ur e   a nd   E f f i c i e n t   D a t a   C o l l a bo r a t i o n  i n   C l oud   C o m pu t i ng , ”   A pp l i e d   S c i e n c e s   M D P I ,   pp.   1 - 15 ,   2018 .   [ 18]   M on i ka   A ,   P r a de e p   M . ,   “ A   M odi _e d   a p pr o a c h   f or   s y m m e t r i c   ke y  c r yp t og r a p hy  ba s e d  on  bl ow f i s h   a l go r i t h m , ”   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   E ngi ne e r i ng  and   A d v anc e d   T e c hno l og y ,   v o l .   1 ,   no.   6 ,   pp .   79 - 83 ,   2 012 .   [ 19]   A f a f   M . ,   R e ha b   F . ,   “ N e w   A pp r oa c h   f or   M od i f yi ng   B l ow f i s h   A l g or i t h m   b y   U s i ng   M u l t i p l e   K e ys , ”   I nt e r n at i ona l   J our nal   o f   C om pu t e r   S c i e nc e   and   N e t w or k   S e c u r i t y ,   vo l .   11 ,   no .   3,   pp.   21 - 26 ,   201 1 .   [ 20]   A t he e r   M .   A bba s ,   A b du l   Mo ne m   S .   R a h m a ,   “ A   M odi f i e d   M e t r i c s   A pp r oa c h   i n   A dv a nc e d   E n c r ypt i on   S t a nda r d   A l go r i t h m , ”   E ng i ne e r i ng   and   T e c hn ol ogy   J o ur n al ,  vol .   37 ,   P a r t   B ,   n o.   3 ,   pp.   86 - 9 1,   20 19 .   [ 21]   D .   S .   A bdu l .   E l m i na a m ,   H .   M .   A bdu l   K a d e r ,   M .   M .   H a dh oud ,   “ P e r f o r m a n c e   E va l u a t i on   o f   S y m m e t r i c   E nc r yp t i on   A l go r i t h m s , ”   C om m un i c at i on s   of   t he   I B I M A .   v o l u m e   8 ,   pp .   58 - 64,   I S S N :   1943 - 77 65 ,   2 009 .   [ 22]   N a r a n de r   K .   a nd  P r i ya nka   C h . ,   “ P e r f or m a nc e   E v a l ua t i o n  o f   E nc r y pt i on / D e c r yp t i on  M e c h a ni s m s   t o   E nh a nc e   D a t a   S e c u r i t y , ”  I n di an  J ou r na l s   o f   Sc i e nc e   and   T e c hno l o gy ,   v ol .   9,   no .   2 0,   pp .   2 - 1 0,   20 16 .   [ 23]   A l a a   M .   R i a d   a nd   e t c . ,   “ E v a l u a t i on   of   t he   R C 4   A l go r i t h m   a s   a   s ol u t i on   f or   C o nve r ge d   N e t w or k s , ”   J o ur na l   O f   e l e c t r i c al   e ng i ne e r i ng ,   v ol .   60 ,   no. 3,   pp .   155 – 160 ,   200 9.   [ 24]   V .   B .   S ur e s h ,   D .   A nt oni ol i   a nd   W .   P .   B u r l e s o n,   " O n - c hi p  l i gh t w e i gh t   i m pl e m e n t a t i on  of   r e du c e d   N I S T     r a nd om ne s s   t e s t   s u i t e , "   2013   I E E E   I n t e r na t i ona l   Sy m p os i um   on   H ar dw ar e - O r i e nt e d   Se c ur i t y   and   T r us t   ( H O ST ) ,  pp.   93 - 98 ,  201 3 .   [ 25]   M oh a m m e d   F . ,   “ A   N ove l   E n c r y pt i on   M e t ho d   f or   I m a ge   S e c ur i t y , ”  I nt a r na t i ona l   J o ur n al   of   S e c u r i t y   and   I t s   A ppl i c a t i ons ,   vo l .   6 ,   no .   1,   pp .   1 - 8,   20 12 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.