Avalanchevaikutus

Avalanchevaikutus (engl. avalanche effect) on ominaisuus, jossa pienellä muutoksella syötteessä on laaja, usein arvaamaton vaikutus tulosteeseen. Tavoitteena on diffuusio: muutos syötteessä vaikuttaa suurimmaksi osaksi tulosteen bitteihin siten, ettei syötteiden välillä säily korrelaatiota. Tämä ominaisuus on keskeinen kryptografian turvallisuudessa, koska se estää ennustettavien yhteyksien hyödyntämisen tulosten laskemisessa.

Kryptografiassa avalanche-vaikutus on keskeinen diffuusion ilmiö; hyvä kryptosysteemi muuttaa pienet syöte-erot sellaisiksi, että tulosteesta tulee mahdollisimman epäsäännöllinen. Avalanche-ominaisuutta arvioidaan yleisesti avalanche-criterionilla (AC) sekä strict avalanche criterionilla (SAC). AC:n mukaan yhden syöteen bitin muutos tulostaa vaikutuksen siten, että noin puolet tulosteen biteistä muuttuu. SAC vaatii, että kunkin tulosteen bitin muutos tapahtuu todennäköisyydellä noin 1/2. Diffuosiota edistetään käyttämällä useita kiertoja, S-boxeja ja diffuusiokerroksia; esimerkkejä suunnittelussa ovat DES, AES ja eräät hajautusfunktiot.

Elektroniikassa termiä avalanche käytetään myös kuvaamaan ilmiöitä, joissa pienellä muutoksella virrantekijöissä tai jännitteissä seuraa jyrkkä, moninkertainen vaste, kuten avalanche-breakdown diodeissa tai avalanche-photodiodeissa. Näissä yhteyksissä kyse on fyysisestä multiplaatioilmiöstä, joka on erillinen mutta saman niminen konsepti.

Lisäksi avalanche-vaikutus määrittelee monia turvallisuusvaatimuksia ja arviointikriteerejä kryptografisissa algoritmeissa sekä osin hajautusfunktioissa, ja sen ymmärrys on keskeinen osa modernien salausmenetelmien suunnittelua.