I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   2 A p r il   20 25 ,   p p .   2 4 5 5 ~ 2 4 6 7   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . pp 2 4 5 5 - 2 4 6 7           2455       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   An impro v ed k ey   schedulin g  f o r   a dv a nced encryptio n standa rd  with  e x pa nde d ro und con sta nts  and no n - linea r  prop erty of  cubic poly no mia ls       M uthu  M ee na k s hi G a nes a n ,   Sa been  Selv a ra j   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e   a n d   H u ma n i t i e s,  S R M   I n st i t u t e   o f   S c i e n c e   a n d   Te c h n o l o g y ,   K a t t a n k u l a t h u r ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   2 8 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct  1 1 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  2 3 ,   2 0 2 4       Th e   a d v a n c e d   e n c ry p ti o n   sta n d a rd   (AES )   o ffe rs   stro n g   sy m m e tri c   k e y   e n c ry p ti o n ,   e n su ri n g   d a ta  se c u rit y   in   c lo u d   c o m p u ti n g   e n v ir o n m e n ts  d u rin g   tran sm issio n   a n d   st o ra g e .   Ho we v e r,   it s k e y   sc h e d u li n g   a l g o rit h m   is k n o w n   t o   h a v e   flaw s,  i n c lu d in g   v u l n e ra b il it ies   to   re late d - k e y   a tt a c k s,  i n a d e q u a t e   n o n li n e a rit y ,   les c o m p l ica ted   k e y   e x p a n si o n ,   a n d   p o ss ib le  si d e - c h a n n e l   a tt a c k   su sc e p ti b il it ies .   Th is  stu d y   a ims   to   stre n g th e n   t h e   in d e p e n d e n c e   a m o n g   ro u n d   k e y g e n e ra ted   b y   t h e   k e y   e x p a n si o n   p ro c e ss   o AES th a is,   th e   v a lu e   o f   o n e   ro u n d   k e y   d o e n o re v e a a n y th i n g   a b o u t   t h e   v a l u e   o f   a n o th e r o u n d   k e y b y   imp ro v i n g   th e   k e y   sc h e d u li n g   p ro c e ss .   Da ta  se ts  o ra n d o m ,   lo w,  a n d   h ig h - d e n sity   i n it ial  se c re k e y we re   u se d   to   e v a lu a te  th e   stre n g th   o th e   imp r o v e d   k e y   s c h e d u li n g   a lg o rit h m   th r o u g h   t h e   Na ti o n a l   In stit u te  o S ta n d a rd a n d   Tec h n o lo g y   ( NIS T )   fre q u e n c y   tes t,   t h e   a v a lan c h e   e ffe c t,   a n d   th e   Ha m m in g   d istan c e   b e twe e n   two   c o n se c u ti v e   ro u n d   k e y s.  A   re late d - k e y   a n a ly sis  wa p e rfo rm e d   to   a ss e ss   th e   ro b u stn e ss   o t h e   p ro p o se d   k e y   sc h e d u li n g   a lg o rit h m ,   re v e a li n g   imp r o v e d   re sista n c e   to   k e y - re late d   c ry p tan a ly sis.   K ey w o r d s :   Ad v an ce d   e n cr y p tio n   s tan d ar d   c lo u d   co m p u tin g   C r y p to g r ap h y   C u b ic  p o ly n o m ials   Key   s ch ed u le   Natio n al  in s titu te  o f   s tan d ar d s   an d   tech n o lo g y   R o u n d   co n s tan ts   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sab ee n   S elv ar aj   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce ,   Facu lty   o f   Scien ce   an d   H u m an ities ,   SR I n s titu te  o f   Scien ce   an d   T ec h n o lo g y   Kattan k u lath u r ,   C h e n g alp attu   Dis tr ict,   T am il Na d u ,   6 0 3 2 0 3 ,   I n d ia   E m ail:  s ab ee n s @ s r m i s t.e d u . in       1.   I NT RO D UCT I O N   Natio n al  I n s titu te  o f   Stan d ar d s   an d   T ec h n o lo g y   ( N I ST)   lau n ch ed   t h ad v an ce d   en cr y p tio n   s tan d ar d   ( AE S)   co m p etitio n   to   s ea r ch   f o r   a   b etter   s ec u r e   cr y p to g r a p h ic  alg o r ith m .   Vin ce n R ijm en   an d   J o a n   Dae m e n   d ev elo p e d   th R ijn d ae alg o r ith m .   R ijn d ae ev o lv ed   in to   AE f o llo win g   NI ST’ s   2 0 0 1   d ec lar atio n   o f   th e   win n er   [ 1 ] ,   [ 2 ] B ec au s o f   its   r o b u s s ec u r ity ,   ef f ec tiv e n ess ,   an d   ad a p tab ilit y   i n   s af eg u ar d in g   d ata  wh ile   it’s  in   tr an s it  an d   at  r est,  it  is   ex ten s iv ely   u tili ze d   in   clo u d   c o m p u tin g   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   I t   is   s y m m etr ic  b lo ck   cip h e r   th at   g u ar an tees  tr u s two r th y   a n d   ef f icien in f o r m atio n   s ec u r ity   te ch n iq u es  b y   s u p p o r tin g   1 6   b y tes  d ata  b lo ck   s izes  an d   k ey   le n g th s   o f   1 6 ,   2 4 ,   a n d   3 2   b y tes  [ 5 ] .   T h th r ee   e s s en tial  co m p o n en ts   o f   AE ar k ey   ex p an s io n ,   d ec r y p tio n ,   an d   en cr y p tio n .   An   XOR  o p er atio n   is   p er f o r m e d   at  ea ch   en c r y p tio n   r o u n d   o p er atio n   b etwe en   th e   s tate  ar r ay   o f   d ata  an d   th r o u n d   k ey   o b tain ed   d u r in g   th k e y   ex p an s io n   p r o ce d u r to   in c o r p o r ate  r a n d o m n ess   an d   d if f u s io n   [ 6 ] [ 8 ] .   well - d esig n ed   k ey   s ch ed u lin g   alg o r ith m   ( KSA)   ca n   p r ev en co m p u tatio n al  g u ess in g   o f   th p lain tex o r   k ey .   Desp ite  th d if f icu lty   o f   ex ec u tin g   b r u te  f o r ce   attac k s   with   lar g er   k ey s ,   m ain tain in g   s ec u r ity   in   th k e y   ex p an s io n   p r o ce s s   r eq u ir es  s tick in g   to   t h co n ce p ts   o f   co n f u s io n   a n d   d if f u s io n   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] E n cr y p tio n   g ar n er s   m o r r ese ar ch   f o cu s   d u to   its   d ir ec im p ac o n   d ata  s ec u r ity ,   wh ile  k ey   ex p an s io n ,   v ital  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   2 4 5 5 - 2 4 6 7   2456   f o r   alg o r ith m s   lik AE S,  is   co n s id er ed   an   a u x iliar y   co m p o n en [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Fin ite  n o n lin ea r ity   in   th AE k ey   s ch ed u le  is   th s o u r ce   o f   AE k ey   e x p an s io n   wea k n ess es,  in clu d in g   r elate d   k ey   attac k s .   Du to   th ese  f laws ,   th er ar s ig n if ican s ec u r ity   v u ln er a b ilit ies,  as  ad v er s ar ies  ca n   r ec o v er   k ey s ,   ex p lo it  s lo d if f u s io n ,   an d   m an ip u late  s u b k ey s   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] T o   in cr ea s th e   b it  tr a n s itio n   b etwe en   s u b k ey s ,   KSA  s h o u l d   g en e r ate  s u b k ey s   th at  ar in d ep en d en o f   o n an o th er   a n d   r an d o m .   C o n s eq u en tly ,   th is   s tu d y   aim s   to   im p r o v e   th o v er al l   s ec u r ity   o f   th e   AE S   e n cr y p tio n   tech n iq u b y   d esig n in g   n e an d   en h a n ce d   v er s io n   o f   A E S KSA.   Ma n y   r esear ch er s   h av c o n d u cted   ex te n s iv r esear ch   t o   im p r o v th KSA’ s   ef f ic ien cy   an d   r an d o m n ess   ac r o s s   v ar io u s   en cr y p tio n   al g o r ith m s .   Ham m o d   et  a l [ 1 5 ]   s u g g est  an   im p r o v ed   ap p r o ac h   to   th e   AE KSA  u s in g   m o d i f ied   cip h er   f ee d b ac k   ( MCF B )   m o d e.   I d o es  th is   b y   im p lem en tin g   t wo   p r o ce s s es:  s h if t   r o ws  an d   s u b s titu tio n   b y tes,  wh ich   r ed u ce   co m p lex ity   a n d   in cr ea s s p ee d ,   e f f icien cy ,   an d   p er f o r m a n ce   f o r   a   r an g o f   k ey   le n g th s .   R ey es  et  a l.   [ 1 6 ]   u s ed   s im p le  o p e r atio n s   lik XOR  an d   m o d u lo   ar it h m etic  to   m o d if y   th AE cip h er   r o u n d   a n d   KSA  to   f ix   lo d if f u s io n   r ates  in   ea r ly   r o u n d s .   T h ey   im p r o v ed   t h KSA  b y   ad d in g   b y te  s u b s titu tio n   an d   r o u n d   c o n s tan ad d itio n .   I n   r o u n d s   1   an d   3 ,   t h m o d if ied   AE in c r ea s ed   d if f u s io n   r ate  an d   im p r o v e d   e n cr y p tio n   o u t p u r a n d o m n ess .   Peh liv an o g l u   et  a l.  [ 1 7 ]   ex p lo r e   b lo ck   ci p h er s   an d   th ei r   k e y   s ch ed u le  alg o r ith m ,   in s p ir ed   b y   AE S,  with   d esira b le   p r o p er t ies  lik g o o d   av alan c h ef f ec t   an d   b it   co n f u s io n .   Similar ly ,   C ao   et  a l.   [ 1 8 ]   o p tim ize  th AE KSA  u s in g   th r ee   i m p r o v em en s tr at eg ies:   ir r ev er s ib le   im p r o v em e n t,  wo r d   s h if t,  a n d   r an d o m   n u m b er   s tr ateg y ,   to   r ed u ce   r o u n d - k e y   co r r elatio n ,   im p r o v s ec u r ity ,   an d   en s u r e   ef f icien o p er atio n .   Ku m ar   et  a l.   [ 1 9 ]   p r o p o s ed   a n d   s im u lated   n ew  s u b k ey   g e n er atio n   alg o r ith m   f o r   AE o n   th FP GA  Vir tex   5   XC 5 VL X5 0 T ,   e n h an ci n g   its   s p ee d ,   m ain tain in g   w o r d   d i f f u s io n ,   an d   m in im izin g   tim co n s u m p tio n .   De  L eo n   et  a l.   [ 2 0 ]   m o d if ied   th tin y   e n cr y p tio n   alg o r ith m   ( T E A) ,   lig h tweig h t   en cr y p tio n   m eth o d ,   to   im p r o v s ec u r ity   b y   r o tati n g   s u b k e y s   an d   s h if tin g   k ey s ,   o u tp er f o r m in g   th o r ig in al  T E A.   B y   ad d in g   a   s altin g   alg o r ith m   t o   th e   s u b k e y ,   Gala s   an d   Ger ar d o   [ 2 1 ]   en h an ce d   t h s ec u r ity   o f   th c o r r ec ted   b l o ck   tin y   en cr y p tio n   alg o r ith m ,   XXT E A,   an d   im p r o v e d   its   r an d o m n ess   an d   av alan ch e f f ec t.  T h is   ap p r o ac h   was  m o r e   ef f ec tiv th an   th o r ig in al  ap p r o ac h ,   wh ich   f ailed   th e   f r eq u en c y   test .   T h k ey   ex p an s io n   p r o ce s s   o f   PR E SENT - 1 2 8   is   en h a n ce d   b y   I m d ad   et  a l.   [ 2 2 ]   with   im p r o v ed   r an d o m n ess ,   av ala n ch e   ef f ec t,  an d   Ham m i n g   d is tan ce   b etwe en   r o u n d   k ey s   th r o u g h   ex p er im en tal  test s   with   r an d o m ,   lo w,   a n d   h i g h - d en s ity   in itial  s ec r et  k ey s .   Z ak ar ia   et  a l.   [ 2 3 ]   im p r o v ed   th R E C T ANGL E   k ey   s ch ed u le  alg o r ith m   b y   in c r ea s in g   r an d o m izatio n   an d   co n f u s io n   p r o p er ties ,   s p ee d ,   an d   t h r o u g h p u t.    T h is   ar ticle  ar r an g es  its   s ec ti o n s   as  f o llo ws,  s ec tio n   2   p r o v id es  co m p r eh e n s iv d escr ip tio n   o f   th e   s tan d ar d   an d   im p r o v ed   AE k ey   ex p an s io n   p r o ce d u r es.  T h is   s ec tio n   also   d e s cr ib es  th e   s tati s tical  test s   an d   k ey   e x p an s io n   p r o ce s s   ass ess m en p ar a m eter s   to   e v alu ate  t h r o b u s tn ess   o f   th s tan d a r d   an d   im p r o v e d   AE S   k ey   ex p an s io n   alg o r ith m s .   Sec tio n   4   co n clu d es with   th f in d i n g s   an d   d is cu s s io n s   f r o m   s ec tio n   3.       2.   M E T H O D   2 . 1 .     Sta nd a rd  AE S K S A   T h is   ar ticle  co n s id er s   AE S - 1 2 8   KSA  an d   Fig u r e   1   d ep icts   i ts   d etailed   k ey   s ch ed u lin g   p r o ce s s .   T h e   r o u n d - k ey   g en er atio n   p r o ce s s   wo r k s   at  th wo r d   lev el  ( 3 2   b i ts ) .   So ,   th p r o ce d u r s tar ts   b y   d iv id in g   th in itial  s ec r et  k ey   o f   len g th   1 2 8   b its   in to   f o u r   wo r d s   ( W 0 ,   W 1 ,   W 2 ,   W 4 ) .   T h f ir s t f o u r   wo r d s   o f   t h k ey   s ch ed u le  ar e   th s am as  t h f o u r   wo r d s   o f   th in itial  s ec r et  k ey .   KSA  d er iv es  th r e m ain in g   4 0   wo r d s   it er ativ ely   th r o u g h   a   s eq u en ce   o f   t r an s f o r m atio n s ,   as  AE S - 1 2 8   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   n ec ess itate  th g en e r atio n   o f   1 0   r o u n d   k ey s   f r o m   th e   in itial  s ec r et  k e y .   T h ese   4 0   wo r d s   ar f u r th e r   d iv id e d   in to   1 0   r o u n d   k ey s .   I n   ( 1 ) ( 1 0 )   g en e r ate  th wo r d s   W 3 ,   W 7 ,   W 1 1 . . .   W 3 9   [ 2 4 ] .     3’ =       (  ( 3 ) )      _      ( 1 )     7’ =       (  ( 7 ) )      _      ( 2 )     11’ =       (  ( 11 ) )      _      ( 3 )         ( 4 ) - ( 9 )     39’ =       (  ( 39 ) )      _      ( 1 0 )     wh er     is   th cir cu lar   lef t sh if t o f   o n b y te,       is   th s u b s titu tio n   m eth o d   u s in g   a   b u ilt - in   16 × 16      an d     is   th XOR   o p er atio n   an d    _      ar in   th f o r m   o f   (  , 00 , 00 , 00 )   as   s h o wn   in   th T a b le   1.   T h s u b s eq u en t w o r d s   ar g en er ate d   b y   s im p le  XOR o p er atio n ,   as f o llo ws :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       A n   imp r o ve d   ke s ch ed u lin g   f o r   a d va n ce d   en cryp tio n   s ta n d a r d   w ith . . .   ( Mu th u   Meen a ksh i G a n esa n )   2457   W4 = W 3     W 0 ,   W 5 = W 4     W 1 ,   W 6 = W 5     W 2 ,   W 7 = W 6     W 3 ,   W 8 = W 7     W 4 ,   W 9 = W 8     W 5 ,   W 1 0 = W 9     W 6 ,   W 1 1 = W 1 0     W 7 ,   W 1 2 = W 1 1     W 8 ,   W 1 3 = W 1 2     W 9 ,   W 1 4 = W 1 3     W 1 0 ,   W 1 5 = W 1 4     W 1 1 ,   W 1 6 = W 1 5     W 1 2 ,   W 1 7 = W 1 6     W 1 3 ,   W 1 8 = W 1 7     W 1 4 ,   W 1 9 = W 1 8     W 1 5 ,   W 2 0 = W 1 9     W 1 6 ,   W 2 1 = W 2 0     W 1 7 ,   W 2 2 = W 2 1     W 1 8 ,   W 2 3 = W 2 2     W 1 9 ,   W 2 4 = W 2 3     W 2 0 ,   W 2 5 = W 2 4     W 2 1 ,   W 2 6 = W 2 5     W 2 2 ,   W 2 7 = W 2 6     W 2 3 ,   W 2 8 = W 2 7     W 2 4 ,   W 2 9 = W 2 8     W 2 5 ,   W 3 0 = W 2 9     W 2 6 ,   W 3 1 = W 3 0     W 2 7 ,   W 3 2 = W 3 1     W 2 8 ,   W 3 3 = W 3 2     W 2 9 ,   W 3 4 = W 3 3     W 3 0 ,   W 3 5 = W 3 4     W 3 1 ,   W 3 6 = W 3 5     W 3 2 ,   W 3 7 = W 3 6     W 3 3 ,   W 3 8 = W 3 7     W 3 4 ,   W 3 9 = W 3 8     W 3 5 ,   W 4 0 = W 3 9     W 3 6 ,   W 4 1 = W 4 0     W 3 7 ,   W 4 2 = W 4 1     W 3 8 ,   W 4 3 = W 4 2     W 3 9 .       B o t h   t h e   e n c r y p t i o n   a n d   d e c r y p t i o n   p r o c e s s es   wi l l   u s e   t h es e   4 4   w o r d s   f r o m   t h e   A E S   1 2 8   k e y   s c h e d u l e .             Fig u r 1 .   AE S k e y   ex p a n s io n   p r o ce s s       T ab le   1 .   R o u n d   co n s tan ts   in   s tan d ar d   AE S KSA   R o u n d   ( j )   R o u n d _ c o n st a n t s   ( R C j )   1   0 x 01   2   0 x 02   3   0 x 04   4   0 x 08   5   0 x 10   6   0 x 20   7   0 x 40   8   0 x 80   9   0 x 1b   10   0 x 36   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   2 4 5 5 - 2 4 6 7   2458   Ps eu d o co d o f   s tan d ar d   AE S KSA   ASE128KeyExpansion (byte initial_secretkey [16], word w [44])   {        word tmp_word;        Round_constants = [0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x04, 0x80, 0x1b, 0x36]        for (x=0; x<4; x++)            w[x] = (initial_secretkey[4*x],  initial_secr etkey  [4*x+1],  initial_se cretkey  [4*x+2],  initial_secretkey [4*x+3]);        for (x=4; x<44; x++)        {            tmp_word = w[x - 1];            if (x mod 4 = 0)          tmp_word = SubWord (RotateWord(tmp_word))    Round_constants [x/4];            w[x]=tmp_word    w[x - 4];        }   }     2 . 2 .     E nh a nced  AE S K SA   2 . 2 . 1 .   E nh a nced  k ey   ex pa ns io n us ing   S - B o x   ba s ed  ex pa n ded r o un d c o n s t a nts   T h AE k ey   s ch ed u lin g   tech n iq u u s es  an   im p lem en tatio n   o f   cy clic  r o tatio n ,   S - b o x ,   an d   XOR  wit h   r o u n d   co n s tan ts   to   f in d   t h te m p o r ar y   wo r d s   ( W 3 ,   W 7 ,   W 1 1 . . . ,   W 3 9 ) .   All  th r em ain in g   r o u n d   k ey s   ca n   b p r o d u ce d   f r o m   th e   o r i g in al  k ey   u s in g   th ese  tem p o r ar y   v ar iab les.  Ho wev e r ,   t h e   r o u n d   co n s tan ts   (  , 0 , 0 , 0 )   in   AE leav e   th r ee   b y tes  as   ze r o s ,   as   s h o wn   i n   Fig u r e   1 ,   wh ich   less en s   th am o u n t   o f   c o n f u s io n   an d   d if f u s io n   in   th e   r o u n d   k e y   g e n er atio n   p r o ce s s .   Attack er s   ca n   e x p lo it  c h o s en ,   k n o wn ,   an d   r elate d   k e y   ass au lts   b ec au s o f   th is   f law.   T o   p u it  an o th er   way ,   XORi n g   with   ze r o   d o esn c r ea te  m o r co n f u s io n ,   wh ich   m ak es it e asier   f o r   ad v er s ar ies   to   d ed u ce   p ar ts   o f   th k e y .   As s h o wn   in   Fig u r e   2 ,   t h s tr etch ed   r o u n d   co n s tan ts   ( R C j,  S - B o x   [ R C j] ,   S - B o x   [ S - B o x   [ R C j] ] ,   S - B o x   [ S - B o x   [ S - B o x   [ R C j] ] ] )   ar e   u s ed   in   p lace   o f   th r o u n d   co n s tan ts   (  , 0 , 0 , 0 )   in   th p r o p o s ed   AE KSA.   T h ex p a n d ed   r o u n d   co n s tan ts   u s in g   S - B o x   a r e   g iv en   in   T ab le   2 .   T h ese  ex p an d ed   r o u n d   co n s tan ts   ar g en er ate d   b y   ap p ly i n g   S - B o x   o n   t h r o u n d   c o n s tan ts   R C iter ativ ely .           Fig u r 2 .   E n h an ce d   AE S k ey   ex p an s io n   p r o ce s s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       A n   imp r o ve d   ke s ch ed u lin g   f o r   a d va n ce d   en cryp tio n   s ta n d a r d   w ith . . .   ( Mu th u   Meen a ksh i G a n esa n )   2459   T ab le  2 .   E x p an d ed   r o u n d   co n s tan ts   u s in g   S - B o x   R o u n d ( j )   1   2   3   4   5   R o u n d _ c o n st a n t s   0 x 0 1 7 c 1 0 c a   0 x 0 2 7 7 f 5 e 6   0 x 0 4 f 2 8 9 a 7   0 x 0 8 3 0 0 4 f 2   0 x 1 0 c a 7 4 9 2   R o u n d ( j )   6   7   8   9   10   R o u n d _ c o n st a n t s   0 x 2 0 b 7 a 9 d 3   0 x 4 0 0 9 0 1 7 c   0 x 8 0 c d b d 7 a   0 x 1 b a f 7 9 b 6   0 x 3 6 0 5 6 b 7 f       2 . 2 . 2 .   E nh a nced  k ey   ex pa ns io n us ing   cubic  po ly no m ia l f un ct io n   AE KSA  u s e s   cir cu lar   lef s h if o f   o n b y te,   S - b o x   s u b s titu tio n s ,   an d   XOR  o p er atio n   with   r o u n d   co n s tan ts .   Ho wev er ,   r o u n d   k e y s   s till   s h o s o m lev el   o f   c o r r elatio n ,   b ec au s e   ea ch   r o u n d   k e y   is   g e n er ated   s eq u en tially ,   with   ea ch   s u b s eq u en r o u n d   k ey   b ei n g   d er iv ed   f r o m   th e   p r e v io u s   o n e.   T h is   o p er atio n   is   p er f o r m ed   wo r d - wis e,   m ea n in g   th at  ea ch   co r r esp o n d in g   wo r d   f r o m   th p r ev io u s ly   g e n er ated   r o u n d   k ey   is   XORed   with   th cu r r en wo r d   to   g en er ate  th e   n ex wo r d .   Fo r   in s tan ce ,   W 5   ( 6 th   wo r d )   is   g en er ated   f r o m   W 4   an d   W 1 ,   W 6   ( 7 th   wo r d )   f r o m   W 5   an d   W 2 ,   an d   W 7   ( 8 th   wo r d )   f r o m   W 6   an d   W 3   a n d   s o   o n .   So ,   AE n ee d s   im p r o v em e n ts   to   r ed u ce   c o r r elatio n s   b etwe en   r o u n d   k ey s ,   wh ich   m ak es  th k ey   s ch ed u le  s tr o n g er .   Su c h   im p r o v em e n ts   ca n   c o n s is o f   r ef in in g   th e   d er i v atio n   tec h n iq u es,  wh ich   in cl u d m o r n o n li n ea r   p r o ce s s es.  T o   ac co m p lis h   th is ,   c u b ic  p o ly n o m ial  f u n ctio n   is   u s ed   in   th e   p r o p o s ed   KSA  to   in tr o d u ce   c h ao s   b etwe en   r o u n d   k ey s .   T h g en e r ic  f o r m   o f   th i s   ty p o f   p o ly n o m ial  is   ( ) :   3 + 2 +  + ,   wh e r m   d o es  n o eq u al  ze r o .   T h b e h av io r   o f   th ese  c u r v es  is   d eter m i n ed   b y   t h v a lu es  o f   th e   r ea c o ef f icien ts   ( ,   an d   ) .   cu b ic  p o ly n o m ial  f u n ctio n ,   f o r   ex am p le,   h as  co e f f icien ts   m = 1 ,   n = - 3 ,   o = 2 ,   an d   p = - 1   as  s h o wn   in   Fig u r e   3 .   T h en h a n ce d   AE KSA  u s es  th ese  co ef f icien v alu es  b ec au s it  im p r o v es  th co m p lex ity   o f   t h e   k ey   ex p an s io n   p r o ce s s .   T h ese  f u n ctio n s   ca n   b e   em p lo y ed   as  p o wer f u s u b s titu tio n   tec h n i q u to   im p r o v th e   d if f u s io n   a n d   co n f u s io n   p r o p e r ties   o f   th r o u n d   k ey   g en er ati o n   m ec h a n is m s   u s ed   in   b lo c k   cip h er s .           Fig u r e   3.   Gr a p h ical  r ep r esen tatio n   o f   f ( x )       I n   AE KSA,   f o r   ea ch   wo r d   g en er atio n ,   ea ch   c o r r esp o n d i n g   wo r d   f r o m   th p r e v io u s ly   g en er ated   r o u n d   k ey   is   XORed   with   th cu r r en wo r d   to   g e n er ate  th e   n ex wo r d .   T h p r o p o s ed   KSA  ap p lies   th f ( x )   m o d   2 5 6 ( )   o p e r atio n   o n   e ac h   cu r r en wo r d   wh ich   d ir e ctly   p ar ticip ates  in   th e   XOR   o p er atio n   with   th e   co r r esp o n d in g   wo r d   f r o m   th e   p r ev io u s   k e y .   Fo r   in s tan ce ,   th wo r d   W 5   is   g en er ated   eq u al   to   ( f ( W 4 )   m o d   2 5 6     W 1 )   in s tead   o f   W 4     W 1 .   I n   th e   p r o p o s ed   KSA,   th k ey   s ch ed u le  is   g en er ated   as f o llo ws:     W4 = W 3     W 0 ,   W 5 = f ( W 4 )   m o d   2 5 6     W1 ,   W 6 = f ( W 5 )   m o d   2 5 6     W2 ,   W 7 = f ( W 6 )   m o d   2 5 6     W3 W8 = W 7     W 4 ,   W 9 = f ( W 8 )   m o d   2 5 6     W5 ,   W 1 0 = f ( W 9 )   m o d   2 5 6     W6 ,   W 1 1 = f ( W 1 0 )   m o d   2 5 6     W 7 ,   W 1 2 = W 1 1     W 8 ,   W 1 3 = f ( W 1 2 )   m o d   2 5 6     W9 ,   W 1 4 = f ( W 1 3 )   m o d   2 5 6     W 1 0 ,   W 1 5 = f ( W 1 4 )   m o d   2 5 6     W 1 1 ,   W 1 6 = W 1 5     W 1 2 ,   W 1 7 = f ( W 1 6 )   m o d   2 5 6     W 1 3 ,   W 1 8 = f ( W 1 7 )   m o d   2 5 6     W 1 4 ,   W 1 9 = f ( W 1 8 )   m o d   2 5 6     W 1 5 ,   W 2 0 = W 1 9     W 1 6 ,   W 2 1 = f ( W 2 0 )   m o d   2 5 6     W 1 7 ,   W 2 2 = f ( W 2 1 )   m o d   2 5 6     W 1 8 W 2 3 = f ( W 2 2 )   m o d   2 5 6     W 1 9 ,   W 2 4 = W 2 3     W 2 0 ,   W 2 5 = f ( W 2 4 )   m o d   2 5 6     W 2 1 ,   W 2 6 = f ( W 2 5 )   m o d   2 5 6     W 2 2 ,   W 2 7 = f ( W 2 6 )   m o d   2 5 6     W 2 3 ,   W 2 8 = W 2 7     W 2 4 ,   W 2 9 = f ( W 2 8 )   m o d   2 5 6     W 2 5 ,   W 3 0 = f ( W 2 9 )   m o d   2 5 6     W 2 6 ,   W 3 1 = f ( W 3 0 )   m o d   2 5 6     W 2 7 ,   W 3 2 = W 3 1     W 2 8 ,   W 3 3 = f ( W 3 2 )   m o d   2 5 6     W 2 9 W 3 4 = f ( W 3 3 )   m o d   2 5 6     W 3 0 ,   W 3 5 = f ( W 3 4 )   m o d   2 5 6     W 3 1 ,   W 3 6 = W 3 5     W 3 2 ,   W 3 7 = f ( W 3 6 )   m o d   2 5 6     W 3 3 ,   W 3 8 = f ( W 3 7 )   m o d   2 5 6     W 3 4 ,   W 3 9 = f ( W 3 8 )   m o d   2 5 6     W 3 5 ,   W 4 0 = W 3 9     W 3 6 ,   W 4 1 = f ( W 4 0 )   m o d   2 5 6     W 3 7 ,   W 4 2 = W 4 1     W 3 8 ,   W 4 3 = f ( W 4 2 )   m o d   2 5 6     W 3 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   2 4 5 5 - 2 4 6 7   2460   T h o u tp u o f   th wo r d   to   b XORed   with   co r r esp o n d in g   w o r d s   f r o m   t h p r ev i o u s   k ey   is   d eter m in ed   b y   th e   cu b ic  p o ly n o m ial  f u n c tio n s   m o d u lu s   o f   2 5 6 .   On ce   it  h as  g e n er ated   all  th e   wo r d s   o r   r o u n d   k e y s ,   it   co m p letes  th k ey   s ch e d u lin g   p r o ce s s .   As  s h o wn   in   Fig u r e   2 ,   th e   f u n ctio n   ( f ( x )   m o d   2 5 6 )   is   d en o ted   b y   t h e   s y m b o .   T h e   r elatio n s h ip   b etwe en   th i n p u t   ( x )   o f   t h o p er atio n   ( )   a n d   its   o u tp u is   s h o wn   i n   Fig u r e   4 .   A   co m p lex   r elatio n s h ip   ca n   b s ee n   b y   an al y zin g   th b ac k tr ac k in g   o f   t h in p u ( )   v alu e   f r o m   th f ( x )   m o d   2 5 6   ( )   o p e r atio n   o u tp u t,  wh ich   h as  s ev er al  b en d s   an d   o s cillatio n s   as  illu s tr ated   in   Fig u r e   4 .   T h er ar ir r e g u lar   s h if ts   in   th o u tp u ts   d u t o   th n o n lin e ar   r elatio n s h ip   b etwe en   in p u ts   ( x )   an d   th e   o u tp u ts   o f   th is   r e d u ce s   th co r r elatio n   b etwe en   wo r d s   an d   r o u n d   k ey s   in   th e   k e y   s c h ed u le.   Du to   th is   n o n - lin ea r   b eh a v io r ,   attac k er s   o f ten   f i n d   it   ch allen g i n g   to   i n f er   th e   in p u k e y   f r o m   th r o u n d   k ey s ,   as  th s am e   o u tp u m ay   n o t   alwa y s   co r r esp o n d   to   th s am in p u t   in   th o p er atio n .   I d ep e n d s   o n   th r ea co ef f icien v alu es   u s ed   in   th cu b ic   p o ly n o m ial  f u n ctio n .   T h b ac k tr ac k in g   p r o ce s s   is   m o r i n tr icate   an d   u n p r e d ictab le,   wh ich   m ak es  th f u n ctio n   m o r r esil ien t to   cr y p to g r ap h i attac k s .           Fig u r 4 .   R elatio n s h ip   b etwe e n   in p u t   ( x )   a n d     o p er atio n       Ps eu d o co d o f   en h a n ce d   AE KSA   EnhancedAES128KeyExpansion (byte initial_secretkey [16], word w [44], int m, int n, int o,  int p)   {   word tmp_word;   Round_constants = (0x017c10ca, 0x0277f5e6, 0x04f289a7, 0x083004f2, 0x10ca7492, 0x20b7a9d3,  0x4009017c, 0x80cdbd7a, 0x1baf79b6, 0x 36056b7f );   for (x=0; x<4; x++)   w[x] = (initial_secretkey [4*x], initial_secretkey [4*x+1], initial_secretkey [4*x+2],  initial_secretkey [4*x+3]);   for (x=4; x<44; x++)   {        tmp_word = w[x - 1];        if (x mod 4 = 0)       {            tmp_word =SubWord (RotateWord(tmp_word))    Round_constants[x/4];            w[x]=tmp_word    w[x - 4];       }      else      {        for (y=0; y<4; y++)        {          tmp_word[y] = (m * tmp_word[y] ^ 3 + n * tmp_word[y] ^ 2 + o * tmp_word[y] + p) % 256                 tmp_word = [tmp_word [0], tmp_word [1], tmp_word [2], tmp_word [3]];          w[k] = tmp_word    w[k - 4];      }     }   }   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       A n   imp r o ve d   ke s ch ed u lin g   f o r   a d va n ce d   en cryp tio n   s ta n d a r d   w ith . . .   ( Mu th u   Meen a ksh i G a n esa n )   2461   2 . 3 .     E v a lua t i o n   T h is   s ec tio n   d is cu s s es  th ev alu atio n   m eth o d   to   m ea s u r t h s tr en g th   o f   t h en h an ce d   AE KSA.   Hig h   d en s ity ,   lo d e n s ity ,   a n d   r a n d o m   d e n s ity   in p u t   k ey   s ets  wer u s ed   f o r   th e   ev al u atio n   p r o ce s s .   T h e     h ig h - d e n s ity   k ey   ( HDK) ,   with   its   lar g n u m b er   o f   1   b its   an d   a   s m all  n u m b er   o f   0   b its   ( at  m o s two ) ,   p o s es   ch allen g to   alg o r ith m s   wit h   ex tr em b iases   to war d s   th e   1   b its .   On   th o th er   h a n d ,   t h lo w - d en s ity   k e y   ( L DK) ,   with   its   lar g n u m b e r   o f   0   b its   a n d   a   s m all  n u m b er   o f   1   b its   ( at  m o s two ) ,   p o s es  ch allen g e   to   alg o r ith m s   with   ex tr em b ia s es  to war d s   th e   0   b its .   R an d o m   d en s ity   k ey s   ( R DK)   co n s is o f   r an d o m   s eq u en ce s   o f   0   an d   1   b its ,   s er v in g   as  b aselin e   f o r   m o r ty p ical  k ey   d is tr ib u tio n s .   T h f o llo win g   test s   wer u s ed   to   ev alu ate  th p r o p o s ed   an d   s tan d ar d   AE KSA s f r eq u en cy   test ,   av alan ch e f f ec t,  b it  d if f er en ce   b etwe en   s u cc ess iv s u b k ey s ,   a n d   r elate d   k ey   an al y s is .     2 . 3 . 1 .   F re qu ency   t est   T h in d eter m in ac y   o f   r o u n d   k ey s   g en er ated   f r o m   KSA  in   b lo ck   cip h er s   ca n   b ev alu ated   u s in g   th e   f r eq u e n cy   test ,   w h ich   is   in te n d ed   to   e v alu ate  th e   r a n d o m n ess   o f   r a n d o m   n u m b e r   g en e r ato r s   ( R NGs).   B y   ass es s in g   th d is tr ib u tio n   o f   0   a n d   1   b its   in   th e   b in ar y   s eq u en ce   o f   r o u n d   k ey s ,   th t est  d eter m in es  if   it   d is p lay s   th ess en tial  r an d o m n ess   f o r   s ec u r e   en cr y p tio n   o p er atio n s   [ 2 5 ] .   Pas s in g   th test   in d icate s   an   e q u al  d is tr ib u tio n   o f   0 s   an d   1 s ,   r ev e alin g   th s tr en g t h   o f   th KSA;  f ailu r im p lies   p o ten tial  b ias o r   n o n - r a n d o m n ess .   T o   co n d u ct  th f r eq u e n cy   test ,   th f o llo win g   s tep s   a   th r o u g h   s tep   d   ar f o llo we d :   a.   C o n v er tin g   th b in ar y   s eq u en ce   p atter n   ( ε)   i n to   ± 1 T h is   p r o ce d u r c o n v e r ts   th s eq u en c in to   v alu es  - an d   +1 .   T h f o r m u la  = 2 1   r ep r esen ts   co n v er s io n   o f   th is   ty p e.   T h at   is ,   if   =   0 ,   th en   =   - 1 ,   an d   if   =   1 ,   th en   =   1 .   b.   T h o v e r all   co m p u tatio n   o f   Su m   ( S n ):     1 + 2 + . . . +   =     wh er n   is   th to tal  n u m b er   o f   b its .   c.   Dete r m in th test   s tatis tic  e s ti m ato r   (  ):      = | |     d.   P - v alu ass ess m en t:  T h p - v a lu is   co m p u te d   an d   in v esti g ated   u s in g   th e   co m p lem en tar y   er r o r   f u n ctio n   (  )   as g iv en   b elo w.       =  (  ⎷2 )   ( 1 1 )     T o   ev alu ate   th s tr en g t h   o f   b o th   e x is tin g   an d   p r o p o s ed   KSA,   1 0 , 0 0 0   in itial  r a n d o m   s ec r et  k ey s   wer e   g en er ated   a n d   s to r ed   in   s in g le  f ile.   Usi n g   th ese  in itial  s ec r et  k ey s   1 0   r o u n d   k e y s   wer g en er ated   an d   s to r ed   in   1 0   d if f er en f iles   f o r   e x is tin g   an d   p r o p o s ed   KSAs .   E v er y   f ile  is   ex am in ed   s ep ar ately .   T h o u tco m es  o f   th e   p r o p o s ed   an d   ex is tin g   o n es we r co m p ar e d .   T h f r eq u e n cy   t est ev alu ates th r an d o m n ess   o f   b it seq u en ce   b y   ca lcu latin g   th p - v alu u s in g   ( 1 1 )   an d   an aly zi n g   th o u tco m es.  I f   th p - v alu is   m o r th an   o r   eq u al  to   0 . 0 1 ,   a   s eq u en ce   is   co n s id er ed   p s eu d o - r an d o m ; if   n o t,  it is   co n s id er e d   n o n - r an d o m   [ 2 5 ] .     2 . 3 . 2 .   Av a la nche  ef f ec t   o f   r o un d k ey s   I n   cr y p to g r ap h y ,   th e   p h e n o m e n o n   k n o wn   as  th a v alan ch e   ef f ec t   ( AE )   o cc u r s   wh en   a n   alter atio n   o f   a   s in g le   b it  in   th in p u ( p la in tex in   e n cr y p ti o n   o r   s ec r et  k ey   in   KSA)   ca u s es  n o ticea b ly   d if f er en o u tp u t   ( cip h er tex in   en cr y p tio n   o r   r o u n d   k ey s   in   KSA) .   T h AE   t est  f o r   th KSA  ca n   b ca r r ie d   o u b y   c o m p ar i n g   two   k ey   s ch e d u les  g en e r ated   b ef o r e   an d   af ter   c o m p lem en ti n g   o n b it  o f   t h o r i g in al  s ec r et  k ey   [ 2 6 ] [ 2 8 ] T o   d o   th is ,   it is   n ec ess ar y   to   f in d   th Ham m in g   d is tan ce   ( n u m b e r   o f   b its   f lip p ed )   b etwe en   t h two   Key   s ch ed u les,  g en er ated   b ef o r f lip p in g   an y   b its   o f   th e   o r ig in al   s ec r et  k e y   an d   af ter   f lip p in g   s in g le   b it  o f   th o r ig in al   s ec r et  k ey t h n ex t b it  o f   th e   o r ig in al  k e y   ch an g es with   ea ch   iter atio n   to   d ete r m in th A E .   T h co m p u tatio n   o f   th av e r ag AE   f o r   th e   ex is tin g   an d   p r o p o s ed   KSA  is   g iv e n   b elo w.           =             100           ( 1 2 )     2 . 3 . 3 .   B it   diff er ence   bet wee n r o un d k ey s   T h Ham m in g   d is tan ce   b etwe en   two   s u cc ess iv s u b k ey s   w as  ca lcu lated   u s in g   th XOR  f u n ctio n   in   th is   test   to   as s es s   th eir   co r r elatio n .   T h s tatis tical  r elatio n s h ip   b etwe en   th r o u n d   k ey s   b ec o m es  ex tr em el y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   2 4 5 5 - 2 4 6 7   2462   co m p licated   wh e n   th r eliab le   KSA   o f f er s   b it  d if f er e n ce   o f   m o r e   th an   5 0 [ 2 2 ] ,   [ 2 7 ] .   T o   ev alu ate  t h is ,   1 0 0   R DK,   1 0 0   L DK,   an d   1 0 0   HD wer u s ed .   Sin ce   th AE KSA  alg o r ith m   g en er ates  1 0   r o u n d   k ey s   f r o m   an   in itial  s ec r et  k ey ,   in   ea ch   r o u n d ,   th k ey s   g en e r ated   f r o m   th ex is tin g   an d   p r o p o s ed   alg o r ith m s   ar also   wr itten   to   s ep ar ate  f iles ,   an d   th ese  1 0   r o u n d   k ey s ,   in clu d in g   th i n itial  s ec r et  k ey ,   i.e . ,   1 1   s ep ar ate  f iles   f o r   b o th   alg o r ith m s ,   wer tak e n   f o r   test in g .   T h e   Ham m in g   d is tan ce   b etwe en   two   s u cc ess iv e   f ile  co n ten ts   was  d eter m in ed   iter ativ el y .   T h is   test   was  p er f o r m ed   f o r   b o th   e x is tin g   an d   p r o p o s ed   KSA  wi th   all  th r ee   ty p es  o f   k ey s ,   an d   av e r ag Ham m in g   d is tan ce s   b etwe en   r o u n d   k ey s   wer u s ed   to   m ea s u r th c o r r elatio n   b etwe en   r o u n d   k ey s .     2 . 3 . 4 .   Rela t ed  k e y   a na ly s is   T h r elate d   k e y   an aly s is   id en tifie s   k ey   s ch ed u le  v u ln e r ab ilit ies  an d   ev alu ates  cr y p to g r ap h ic  p r o tectio n .   I t   p r ev e n ts   k ey   r ec o v er y   b y   attac k er s   a n d   en h a n c es  cr y p to g r ap h ic   d esig n   b y   ex p o s in g   wea k n ess es.  T o   p e r f o r m   r elate d   k ey   an aly s is ,   g iv en   an   o r ig i n al  k e y     an d   p lain tex   with   a   p r e d eter m in e d   d if f er en ce   Δ ,   th r elate d   k ey   K’   is   g e n er at ed   as  =   an d   th r elate d   p lain t ex X’   is   g en er ated   as  = wh er   d en o tes  th b itwis XOR  o p er atio n .   T o   f in d   th c ip h er tex C ,   en cr y p th p lain t ex with   th k ey   u s in g   = ( ) .   Fo r   th r elate d   cip h er tex C ,   en cr y p th r elate d   p lain tex X’   with   th r elate d   k ey   K   u s in g   = ( ) .   I f   th o u tp u t   d if f e r en c d is tr ib u tio n   ( )   is   n o u n i f o r m ,   an   attac k e r   co u ld   u s th is   ir r eg u lar ity   to   d ed u ce   th k ey   f o r   en cr y p tin g   m ess ag es  with   th in p u d if f e r en ce   b etwe e n   in p u d if f er e n ce s   ( ) .   T h Ham m in g   d is tan ce     m ea s u r es  th b it  d i f f er en ce   b etwe en   C   an d   C ′  [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   T h m ea n   Ham m in g   d is tan ce   ( μ )   b etwe en   cip h er tex ts   is   ca lcu lated   as  ( 1 3 ) :     μ = 1   ( , ) = 1   ( 1 3 )     wh er   is   th n u m b er   o f   b y tes  in   .   T h v ar ian ce   o f   th e   Ham m in g   d is tan ce   ( σ d 2 )   is   ca lcu lated   as  th e   av er ag o f   th s q u ar e d   d if f er en ce s   b etwe en   ea ch   Ham m in g   d is tan ce ,   (C i ,   C i ′)  an d   th m ea n   Ham m in g   d is tan ce   ,   g iv en   b y   ( 1 4 ) :     σ d 2 = 1 ( ( , )     μ ) 1 2   ( 1 4 )     T h v a r ian ce   o f   th Ham m i n g   d is tan ce   is   u s ed   to   ass ess   th u n i f o r m ity   in   th d is tr ib u tio n   o f   th e   o u tp u d if f er en ce s   .   L o w   v ar ian ce   i n d icate s   co n s is ten an d   u n if o r m   b e h av io r ,   r ed u cin g   th li k elih o o d   o f   ex p lo itab le  p atter n s   in   r elate d   k ey   an aly s is .   T o   f in d   th m ea n   Ham m in g   d is tan ce   b etwe en   cip h er tex ts   an d   r elate d   cip h er tex ts ,   1 0 0 0   r an d o m   k ey s   an d   p lain tex ts   wer u s ed .   T h m ea n   Ham m in g   d is tan ce   was  ca lcu lated   b y   av er a g in g   th Ham m i n g   d is tan ce s   b etwe en   N   b y tes  o f   cip h er tex ts   C i   an d   th eir   co r r esp o n d i n g   r elate d   cip h er tex ts   C i   u s in g   ( 1 3 )   an d   its   v ar ian ce   was  ca lcu lated   u s in g   ( 1 4 ) .   T h o v er all   m ea n   Ham m in g   d is tan ce   an d   th v ar ian ce   wer e   ca lcu la ted   b y   tak i n g   th e   av er a g o f   in d iv id u al  Ham m in g   d is tan ce s   an d   th eir   v ar ian ce s   r esp ec tiv ely   f r o m   1 0 0 0   d if f er e n t tr ials .     2 . 3 . 5 .   E x ec utio n t im e   E x ec u tio n   tim is   cr u cial  f a cto r   in   ev alu atin g   th ef f icien cy   o f   an   alg o r ith m ,   as  f aster   ex ec u tio n   lead s   to   im p r o v e d   u s er   ex p e r ien ce   an d   m o r ef f icien r eso u r ce   u tili za tio n .   T o   g et   th e x ec u tio n   tim e,   o n e   m u s r ec o r d   th s tar an d   co m p letio n   tim es  o f   th e   alg o r ith m   an d   s u b tr ac th s tar f r o m   th co m p letio n   tim [ 3 1 ] .   T h ex ec u tio n   tim f o r   b o th   KSAs   was c alcu lated   an d   co m p ar ed   in   th is   way .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   3 . 1 .     F re qu ency   t est   T ab le  3   d is p lay s   th f r eq u e n c y   test   p - v alu es  f o r   1 0   r o u n d   k ey s   g en er ated   b y   t h s tan d ar d   AE KS A   an d   th en h an ce d   AE KSA.   T h s tan d ar d   v er s io n   o f   AE KSA  h as  an   av er ag p - v alu o f   0 . 5 1 0 3 9 2 1 7 4 ,   b u t   th im p r o v ed   AE KSA  h as  a n   av er ag e   p - v alu o f   0 . 5 2 9 1 3 9 9 4 1 .   T h a v er ag p - v al u es  ar g r ea ter   th a n   0 . 0 1   f o r   th r o u n d   k ey   s eq u en ce s   g en er ated   b y   th s tan d a r d   AE KSA  an d   E n h an ce d   A E KSA  p ass e s   th e   f r eq u e n cy   test .   So ,   th test   r e s u lts   r ev ea th at  th e   s u b k e y   s eq u en ce s   g e n er ated   b y   b o t h   m eth o d s   h a v n ea r ly   id en tical  r atio s   o f   1   t o   0   s.     3 . 2 .     Av a la nche  ef f ec t   o f   ro u nd   k ey s   T h r ee   s ec r et  k e y s o n f o r   e ac h   ty p e R DK,   L DK,   an d   HDK wer u s ed   to   test   th AE   o f   b o th   m eth o d s .   T h ese  r esu lts   wer o b tain ed   b y   ap p ly in g   f o r m u l ( 1 2 ) .   T h s u b s eq u e n b it  o f   th in itial  k ey   is   co m p lem en ted   with   ea c h   iter atio n   to   p r o d u ce   n ew  AE   v alu e.   I n   th is   way ,   th AE   f o r   ea ch   r o u n d   k e y   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       A n   imp r o ve d   ke s ch ed u lin g   f o r   a d va n ce d   en cryp tio n   s ta n d a r d   w ith . . .   ( Mu th u   Meen a ksh i G a n esa n )   2463   ca lcu lated   an d   th e   av er ag e   v al u es  o f   test   r esu lts   ar e   g iv e n   in   T ab le  4 .   As  p er   th r esu lts   o f   t h is   s tu d y   s h o wn   in   Fig u r 5 ,   f o r   th e n h an ce d   A E KSA,   th av er ag v alu es   o f   AE   o f   t h r ee   ty p es  o f   in it ial  s ec r et  k ey s   ar e     R DK - 3 6 . 7 4 %,  L DK - 3 5 . 8 1 %,   an d   HDK - 3 2 . 0 9 %.  Me a n wh ile,   th s tan d ar d   AE KSA  h as  th ese  r esu lts   R DK - 3 4 . 2 3 %,  L DK - 3 3 . 1 6 %,  an d   HDK - 2 9 . 1 4 %.  I n   all  r o u n d s ,   th ese  test   r esu lts   in d icate   th at  th en h an ce d   AE KSA  ca n   p r o v id b etter   d if f u s io n   ( av ala n ch ef f ec t)   th an   th s tan d a r d   AE KSA.   As  r esu lt,  th e   im p r o v e d   KSA  is   b etter   at  s p r ea d in g   in f o r m atio n ,   with   a v er ag e   av alan ch e   ef f ec ts   o f   3 5 %,  wh er ea s   th s tan d ar d   AE KSA  h as  3 2 %.   T h im p r o v ed   AE KSA  d o es   not   af f ec th e n cr y p tio n   m eth o d s   av ala n ch e   ef f ec t a s   s h o wn   in   T a b le  5 ,   wh ich   r em ain s   alm o s t c o n s tan t a t   4 9 . 9 0 % c o m p ar ed   to   t h o r ig i n al’ s   4 9 . 5 5 %.       T ab le  3 .   P - v al u o f   f r eq u en cy   test   R o u n d   N o .   p - v a l u e   o f   S t a n d a r d   A ES  K S A   p - v a l u e   o f   i mp r o v e d   A ES  K S A   1   0 . 6 9 9 9 6 0 9 3 9   0 . 0 8 5 7 4 7 4 7 4   2   0 . 2 7 0 7 5 7 9 2 7   0 . 8 7 3 5 9 0 8 5 6   3   0 . 3 8 6 3 7 7 3 0 9   0 . 9 0 8 5 2 0 5 3 9   4   0 . 5 6 9 2 0 6 1 9 9   0 . 7 8 0 0 0 9 0 9 8   5   0 . 1 9 5 6 6 3 5 5 2   0 . 7 3 5 6 3 1 8 6 6   6   0 . 1 7 0 1 2 9 7 0 7   0 . 7 0 2 5 8 1 7 8 1   7   0 . 6 1 1 9 0 9 8 8 2   0 . 0 0 7 6 4 0 4 1 7   8   0 . 5 9 2 2 1 1 9 5   0 . 8 1 6 8 6 6 2 0 8   9   0 . 7 1 1 7 8 2 4 2 9   0 . 3 3 0 0 3 6 8 8 2   10   0 . 8 9 5 9 2 1 8 5 1   0 . 0 5 0 7 7 4 2 9   A v e r a g e   p - v a l u e   0 . 5 1 0 3 9 2 1 7 4   0 . 5 2 9 1 3 9 9 4 1         T ab le  4 .   Av e r ag a v alan ch e f f ec t o f   r o u n d   k e y s     R D K   LD K   HDK   R o u n d   N o .   S t a n d a r d   A ES   K S A   En h a n c e d   A ES  K S A   S t a n d a r d   A ES   K S A   En h a n c e d   A ES  K S A   S t a n d a r d   A ES   K S A   En h a n c e d   A ES  K S A   1   1 0 . 3 0 2 7 3 4 3 8   1 0 . 5 8 9 5 9 9 6 1   5 . 8 5 9 3 7 5   7 . 5 7 4 4 6 2 8 9 1   4 . 6 8 0 4 6 1 7 1 2   4 . 9 8 3 1 0 8 1 0 8   2   2 0 . 8 2 5 1 9 5 3 1   1 9 . 8 1 2 0 1 1 7 2   1 8 . 3 3 4 9 6 0 9 4   1 6 . 0 0 9 5 2 1 4 8   1 5 . 7 2 3 5 3 6 0 4   1 4 . 7 8 7 4 4 3 6 9   3   3 0 . 2 8 5 6 4 4 5 3   2 9 . 0 6 4 9 4 1 4 1   2 9 . 1 6 2 5 9 7 6 6   2 8 . 4 9 1 2 1 0 9 4   2 4 . 2 3 9 8 6 4 8 6   2 1 . 8 0 4 6 1 7 1 2   4   3 7 . 7 2 5 8 3 0 0 8   3 7 . 2 4 3 6 5 2 3 4   3 8 . 0 3 1 0 0 5 8 6   3 6 . 1 8 7 7 4 4 1 4   3 2 . 4 3 9 4 7 0 7 2   3 3 . 2 8 4 0 6 5 3 2   5   4 1 . 0 7 6 6 6 0 1 6   4 3 . 2 7 3 9 2 5 7 8   3 9 . 8 7 4 2 6 7 5 8   4 3 . 6 4 6 2 4 0 2 3   3 7 . 1 5 5 1 2 3 8 7   3 7 . 7 6 7 4 5 4 9 5   6   4 0 . 3 4 4 2 3 8 2 8   4 4 . 3 9 6 9 7 2 6 6   4 0 . 4 6 6 3 0 8 5 9   4 5 . 0 3 1 7 3 8 2 8   3 6 . 0 0 7 8 8 2 8 8   4 0 . 5 0 5 3 4 9 1   7   3 9 . 1 6 0 1 5 6 2 5   4 5 . 7 3 3 6 4 2 5 8   4 0 . 3 0 1 5 1 3 6 7   4 5 . 1 3 5 4 9 8 0 5   3 6 . 0 0 7 8 8 2 8 8   4 0 . 6 2 5   8   4 1 . 2 0 4 8 3 3 9 8   4 5 . 7 5 8 0 5 6 6 4   4 0 . 0 0 2 4 4 1 4 1   4 5 . 7 0 3 1 2 5   3 6 . 0 4 3 0 7 4 3 2   4 2 . 0 7 4 8 8 7 3 9   9   4 0 . 2 7 0 9 9 6 0 9   4 5 . 7 5 1 9 5 3 1 3   3 9 . 5 8 1 2 9 8 8 3   4 5 . 3 5 5 2 2 4 6 1   3 5 . 1 1 4 0 2 0 2 7   4 2 . 0 6 7 8 4 9 1   10   4 1 . 1 2 5 4 8 8 2 8   4 5 . 7 7 0 2 6 3 6 7   3 9 . 9 5 9 7 1 6 8   4 4 . 9 5 2 3 9 2 5 8   3 4 . 0 3 7 1 6 2 1 6   4 3 . 0 0 3 9 4 1 4 4   A v e r a g e   3 4 . 2 3 2 1 7 7 7 3   3 6 . 7 3 9 5 0 1 9 5   3 3 . 1 5 7 3 4 8 6 3   3 5 . 8 0 8 7 1 5 8 2   2 9 . 1 4 4 8 4 7 9 7   3 2 . 0 9 0 3 7 1 6 2             Fig u r e   5 .   Av ala n ch ef f ec t o f   r o u n d   k ey s       T ab le  5 .   Av e r ag av ala n ch ef f ec t o f   cip h er   tex t   S t a n d a r d   A ES   K S A   En h a n c e d   A ES  K S A   4 9 . 5 5 %   4 9 . 9 0 %   0 5 10 15 20 25 30 35 40 RDK LDK HDK A v alan ch E f f ec ( %) T y p o f   s ec r et  k ey s A v al anche  ef f ect  of  r ound  key s S tan d a rd   A E S   KSA En h a n c e d   A E S   KSA Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   2 4 5 5 - 2 4 6 7   2464   3 . 3 .     B it   diff er ence   bet wee n r o un d k ey s   T a b l e s   6   a n d   7   p r o v i d e   t h H am m i n g   d i s ta n c e   b e tw e e n   t w o   s u c c e s s i v e   r o u n d   k e y s   a n d   t h e   p e r c e n t a g o f   t h e   H a m m i n g   d is t a n c es   b etw e e n   t w o   s u b k e y s   f o r   s t a n d a r d   A E S   K SA   a n d   e n h a n c e d   A E K S A ,   r e s p ec t i v e l y .   B as e d   o n   t h e s e   t e s t   r e s u l ts   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   6 ,   t h e   o v e r a l a v e r a g e   v a l u e s   o f   b it   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   s u b k e y s   f o r   e n h a n c e d   A E KS A   a r e   R D K - 5 9 . 2 8 % ,   L D K - 5 9 . 8 7 % ,   a n d   H D K - 5 8 . 6 0 % .   M e a n w h ile ,   t h e   s t a n d a r d   A E K S A   h as   t h es e   r e s u l ts :   R D K - 4 9 . 9 1 % ,   L D K - 5 0 . 1 6 % ,   a n d   H DK - 5 0 . 6 0 % .   R es u l ts   s h o w   t h a t   th e   e n h a n c e d   v e r s i o n   o f   A E S   K SA   c o n s is t e n tl y   y i e ld s   h i g h e r   b i t   d i f f e r e n c e s   b e tw ee n   t w o   s u c c es s i v e   s u b k e y s ,   s u g g e s t i n g   p o t e n t i al l y   e n h a n c e d   s e c u r i t y   t h r o u g h   g r e at e r   v a r i a b i li t y   i n   g e n e r a t e d   s u b k e y s .       T ab le  6 .   B it d if f er e n ce   b etwe e n   r o u n d   k ey s   o f   s tan d a r d   AE KSA   R o u n d   N o . ( i )   R D K   LD K   HDK   k ( i )     k ( i + 1 )   H a mm i n g   d i st a n c e   o f   B i t   d i f f .   H a mm i n g   d i st a n c e   o f   B i t   d i f f .   H a mm i n g   d i st a n c e   o f   B i t   d i f f .   k1 k2   6 3 0 3   4 9 . 2 4 2 1 8 7 5   6 0 5 5   4 7 . 3 0 4 6 8 7 5   7 1 8 4   5 6 . 1 2 5   k2 k3   6 4 0 8   5 0 . 0 6 2 5   7 4 1 7   5 7 . 9 4 5 3 1 2 5   6 4 0 5   5 0 . 0 3 9 0 6 2 5   k3 k4   6 4 4 7   5 0 . 3 6 7 1 8 7 5   6 4 9 3   5 0 . 7 2 6 5 6 2 5   6 2 6 4   4 8 . 9 3 7 5   k4 k5   6 4 3 6   5 0 . 2 8 1 2 5   6 5 4 9   5 1 . 1 6 4 0 6 2 5   6 3 9 4   4 9 . 9 5 3 1 2 5   k5 k6   6 3 9 3   4 9 . 9 4 5 3 1 2 5   6 3 6 5   4 9 . 7 2 6 5 6 2 5   6 4 5 7   5 0 . 4 4 5 3 1 2 5   k6 k7   6 3 3 1   4 9 . 4 6 0 9 3 7 5   6 2 0 8   4 8 . 5   6 0 5 7   4 7 . 3 2 0 3 1 2 5   k7 k8   6 3 4 8   4 9 . 5 9 3 7 5   6 0 8 3   4 7 . 5 2 3 4 3 7 5   6 4 8 6   5 0 . 6 7 1 8 7 5   k8 k9   6 4 1 2   5 0 . 0 9 3 7 5   6 1 1 5   4 7 . 7 7 3 4 3 7 5   6 5 1 9   5 0 . 9 2 9 6 8 7 5   k9 k 1 0   6 4 2 0   5 0 . 1 5 6 2 5   6 7 5 0   5 2 . 7 3 4 3 7 5   6 9 8 8   5 4 . 5 9 3 7 5   k 1 0 k11   6 3 8 1   4 9 . 8 5 1 5 6 2 5   6 1 7 5   4 8 . 2 4 2 1 8 7 5   6 0 1 0   4 6 . 9 5 3 1 2 5   A v e r a g e   6 3 8 7 . 9   4 9 . 9 0 5 4 6 8 7 5   6 4 2 1   5 0 . 1 6 4 0 6 2 5   6 4 7 6 . 4   5 0 . 5 9 6 8 7 5       T ab le  7 .   B it d if f er e n ce   b etwe e n   r o u n d   k ey s   o f   e n h an ce d   AE S KSA   R o u n d   N o . ( i )   R D K   LD K   HDK   k ( i )     k ( i + 1 )   H a mm i n g   D i s t a n c e   o f   B i t   D i f f .   H a mm i n g   D i s t a n c e   o f   B i t   D i f f .   H a mm i n g   D i s t a n c e   o f   B i t   D i f f .   k1 k2   7 5 9 9   5 9 . 3 6 7 1 8 7 5   7 5 9 9   5 9 . 3 6 7 1 8 7 5   7 4 9 6   5 8 . 5 6 2 5   k2 k3   7 6 5 1   5 9 . 7 7 3 4 3 7 5   7 9 6 1   6 2 . 1 9 5 3 1 2 5   6 8 1 0   5 3 . 2 0 3 1 2 5   k3 k4   7 6 0 2   5 9 . 3 9 0 6 2 5   7 3 4 9   5 7 . 4 1 4 0 6 2 5   7 7 1 7   6 0 . 2 8 9 0 6 2 5   k4 k5   7 5 9 8   5 9 . 3 5 9 3 7 5   8 1 6 4   6 3 . 7 8 1 2 5   7 2 4 9   5 6 . 6 3 2 8 1 2 5   k5 k6   7 6 3 9   5 9 . 6 7 9 6 8 7 5   7 2 7 2   5 6 . 8 1 2 5   8 0 9 7   6 3 . 2 5 7 8 1 2 5   k6 k7   7 6 6 5   5 9 . 8 8 2 8 1 2 5   8 0 3 0   6 2 . 7 3 4 3 7 5   7 1 2 4   5 5 . 6 5 6 2 5   k7 k8   7 5 0 6   5 8 . 6 4 0 6 2 5   7 0 9 9   5 5 . 4 6 0 9 3 7 5   8 0 2 8   6 2 . 7 1 8 7 5   k8 k9   7 5 3 2   5 8 . 8 4 3 7 5   7 9 3 1   6 1 . 9 6 0 9 3 7 5   7 2 7 4   5 6 . 8 2 8 1 2 5   k9 k 1 0   7 5 3 5   5 8 . 8 6 7 1 8 7 5   7 2 4 5   5 6 . 6 0 1 5 6 2 5   8 0 8 2   6 3 . 1 4 0 6 2 5   k 1 0 k11   7 5 5 6   5 9 . 0 3 1 2 5   7 9 8 8   6 2 . 4 0 6 2 5   7 1 3 5   5 5 . 7 4 2 1 8 7 5   A v e r a g e   7 5 8 8 . 3   5 9 . 2 8 3 5 9 3 7 5   7 6 6 3 . 8   5 9 . 8 7 3 4 3 7 5   7 5 0 1 . 2   5 8 . 6 0 3 1 2 5             Fig u r e   6 .   Av e r ag b it  d if f er e n ce   b etwe en   r o u n d   k ey s     49.90546875 50.1640625 50.596875 59.28359375 59.8734375 58.603125 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 R DK L DK H DK B it d if f er en ce   b etw ee n   r o u n d   k ey s   ( %) T y p o f   s ec r et  k ey s A v er age  bi t  di f f er ence be t w een  r ound  key s En h a n c e d   A E S   KSA S tan d a rd   A E S   KSA Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.