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2013 | OriginalPaper | Chapter

How Lightweight Is the Hardware Implementation of Quasigroup S-Boxes

Authors : Hristina Mihajloska, Tolga Yalcin, Danilo Gligoroski

Published in: ICT Innovations 2012

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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In this paper, we present a novel method for realizing S-boxes using non-associative algebraic structures - quasigroups, which - in certain cases - leads to more optimized hardware implementations. We aim to give cryptographers an iterative tool for designing cryptographically strong S-boxes (which we denote as Q-S-boxes) with additional flexibility for hardware implementation. Existence of the set of cryptographically strong 4-bit Q-S-boxes depends on the non-linear quasigroups of order 4 and quasigroup string transformations. The Q-S-boxes offer the option to not only iteratively reuse the same circuit to implement several different strong 4-bit S-boxes, but they can also be serialized down to bit level, leading to S-box implementations below 10 GEs. With Q-S-boxes we can achieve over 40% area reduction with respect to a lookup table based implementation, and also over 16% area reduction in a parallel implementation of

Present

. We plan to generalize our approach to S-boxes of any size in the future.

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Metadata
Title
How Lightweight Is the Hardware Implementation of Quasigroup S-Boxes
Authors
Hristina Mihajloska
Tolga Yalcin
Danilo Gligoroski
Copyright Year
2013
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-37169-1_12

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