Avalancheeffekten

Avalancheeffekten är en egenskap hos kryptografiska algoritmer där en liten förändring i ingången eller nyckeln orsakar en stor och till synes slumpmässig förändring i utgången. Vid ett väl utformat system bör ändringen av en enskild ingångsbit i genomsnitt påverka ungefär hälften av utgångsbitarna.

Fenomenet speglar diffusion och nonlinearitet. Diffusion sprider varje ingångsbits påverkan över många utgångsbitar, medan nonlinearitet säkerställer att effekten sprids på ett komplext sätt över rundor. I blockkryptosystem uppnås diffusion genom permutationslager och blandningsoperationer; icke-linjära komponenter såsom S-boxar ger den nödvändiga nonlineariteten.

Mätning: man bedömer genom att jämföra par av ingångar som skiljer sig åt med en bit och observera hur utgångsbitarna ändras. Avalanchekravet (AC) säger att varje utgångsbit har ungefär 50 procents sannolikhet att vända; i praktiken testas många ingångspar för att verifiera att det genomsnittliga Hammingavståndet närmar sig hälften av utgångslängden.

Historik och användning: begreppet härstammar från Claude Shannons diffusion-principer och har blivit en standardkriterium vid kryptografidesign och analys. Det är också relevant för hashfunktioner, där goda avalanche-egenskaper bidrar till jämn utgångsfördelning och motstånd mot kollisioner.

Begränsningar och tolkning: även om en stark avalancheeffekt är önskvärd garanterar den inte säkerhet i sig. Den måste kombineras med motstånd mot differential- och linjär kryptanalys, säker implementering och motstånd mot sidokanala attacker.