AvalancheAnteil

AvalancheAnteil ist ein Begriff aus der Kryptographie und bezeichnet das Ausmaß, in dem eine kleine Änderung der Eingabe eines kryptografischen Primitives eine Veränderung der Ausgabe bewirkt. Er wird üblicherweise als der durchschnittliche Bruchteil der Ausgabebits definiert, der sich ändert, wenn ein einzelnes Eingabebit umgelegt wird. Der Wert liegt zwischen 0 und 1, und Werte um 0,5 sprechen für eine starke Diffusion.

Definition und Messung: Für eine Funktion F: {0,1}^n → {0,1}^m gilt der AvalancheAnteil als E[H(F(x), F(x ⊕ e_i))]/m, wobei e_i ein Basisvektor ist, der das i-te Eingabebit flippt, und H die Hamming-Distanz misst. In Praxis werden viele Eingaben mit einem geänderten Bit getestet und die durchschnittliche Anzahl veränderter Ausgabebits berechnet. Ziel ist oft ein Wert nahe 0,5 für gute Diffusion.

Bedeutung: Ein hoher AvalancheAnteil ist ein Designkriterium für kryptografische Primitives, da er sicherstellt, dass eine kleine Eingabeänderung sich auf viele Ausgabebits auswirkt. Dadurch werden Differential- und statistische Angriffe erschwert. Der Begriff steht in engem Zusammenhang mit dem Avalanche-Effekt, Diffusion und Nichtlinearität.

Anwendungsgebiete: Ingenieure streben einen AvalancheAnteil nahe 0,5 über die Mehrzahl der Runden und Eingabemuster hinweg an. Er wird zur Beurteilung von S-Boxen, Rundfunktionen in Blockverschlüsselungen und der Kompressionsfunktion von Hash-Algorithmen herangezogen. Abweichungen von 0,5 deuten in der Praxis auf unzureichende Diffusion hin.

Einschränkungen: Der AvalancheAnteil ist eine statistische Messgröße und kann je nach Eingaben, Schlüssel oder Struktur variieren. Er erfasst keine Korrelationen zwischen Ausgabebits, Bias oder andere sicherheitsrelevante Eigenschaften. Er sollte zusammen mit weiteren Kennzahlen verwendet werden.