Detail publikace

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

HUSA, J.; SEKANINA, L. Semantic Mutation Operator for Fast and Efficient Design of Bent Boolean Functions. Genetic Programming and Evolvable Machines, 2024, vol. 25, no. 3, p. 1-32. ISSN: 1389-2576.
Název česky
Sémantický operátor mutace pro rychlý a efektivní návrh ohnutých booleovských funkcí
Typ
článek v časopise
Jazyk
anglicky
Autoři
Husa Jakub, Ing., Ph.D. (UPSY)
Sekanina Lukáš, prof. Ing., Ph.D. (UPSY)
URL
Klíčová slova

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

Abstrakt

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

Rok
2024
Strany
1–32
Časopis
Genetic Programming and Evolvable Machines, roč. 25, č. 3, ISSN 1389-2576
DOI
10.1007/s10710-023-09476-w
UT WoS
001117604500001
BibTeX 
@article{BUT186770,
  author="Jakub {Husa} and Lukáš {Sekanina}",
  title="Semantic Mutation Operator for Fast and Efficient Design of Bent Boolean Functions",
  journal="Genetic Programming and Evolvable Machines",
  year="2024",
  volume="25",
  number="3",
  pages="1--32",
  doi="10.1007/s10710-023-09476-w",
  issn="1389-2576",
  url="https://rdcu.be/ds8Zc"
}
Nahoru