In this thesis, we present new ideas in cryptography, cryptanalysis and designing high-speed secure applications. We used the Advanced Encryption Standard (AES), to demonstrate the application of our proposals. In the field of cryptography, we propose new encryption models, while in the filed of cryptanalysis, we propose a secure key schedule for AES and developed new attacks that we applied on AES. We used our proposed models to design and develop new network encryption schemes and new modes of operations dedicated to disk encryption applications. We propose five new encryption models. All the proposed models share a main idea, which is splitting the encryption key to a primary and a secondary key. The secondary key together with the primary key, are used to determine how the plaintext will be encrypted. The main functionality of the secondary key is to change the way the block cipher behaves, in other words by encrypting two identical plaintexts with the same primary key but two different secondary keys, the result will be two different ciphertexts. We have also presented the guidelines to use these models securely and the possibility to combine some of the proposed models with each other. In order to increase the security of our proposed encryption models, we propose a generalized secure block cipher key schedule, using a secure cipher in the counter mode. This key schedule increases the block ciphers' resistance to related-key attacks, along with some other attacks. It also increases the complexity of the exhaustive key search attack. Additionally we propose new ideas that can improve some chosen plaintext, chosen ciphertext, chosen plaintext-adaptive chosen ciphertext and chosen ciphertext-adaptive chosen plaintext attacks. Using these new ideas, we managed to mount attacks on 5 and 6 rounds of AES, these attacks use the least amount of chosen plaintext in the literature. To demonstrate the usage of our proposed encryption models in realistic scenarios, we developed new network encryption schemes and disk encryption modes of operations. In networking we constructed several secure network encryption schemes. We show, that these schemes allow a higher throughput than the current solutions. Furthermore these schemes require much lower memory, which increases the number of concurrent clients a server can serve. For the application in disk encryption we developed several new encryption modes of operations and also improved some of the current modes of operations. These new modes of operations offer a higher throughput in accessing disks than current solutions.      «

In this thesis, we present new ideas in cryptography, cryptanalysis and designing high-speed secure applications. We used the Advanced Encryption Standard (AES), to demonstrate the application of our proposals. In the field of cryptography, we propose new encryption models, while in the filed of cryptanalysis, we propose a secure key schedule for AES and developed new attacks that we applied on AES. We used our proposed models to design and develop new network encryption schemes and new modes of...     »

In dieser Arbeit stellen wir neue Ideen in der Kryptographie, der Kryptoanalyse und beim Design von Hochgeschwindigkeits-Anwendungen. Wir verwenden dabei den Advanced Encryption Standard (AES) um die Anwendung unserer Vorschläge zu demonstrieren. Im Bereich der Kryptographie schlagen wir neue Verschlüsselungs-Modelle vor. In der Kryptoanalyse zeigen wir eine Methode zur Ableitung von Schlüsseln für den AES und zeigen neu entwickelte Angriffe, die wir auf den AES angewendet haben. Wir verwenden die neuen kryptographischen Methoden um neue Konzepte für die Netzwerk-Verschlüsselung zu entwerfen und zu entwickeln sowie für neue Operations-Modi bei der Festplatten-Verschlüsselung. Wir schlagen fünf neue Verschlüsselungs-Modelle vor. Diese Modelle basieren alle auf einer Hauptidee, die den Schlüssel für die Verschlüsselung in einen Primär- und Sekundärschlüssel aufteilt. Der Sekundärschlüssel wird zusammen mit dem Primärschlüssel verwendet um festzulegen wie der Klartext verschlüsselt wird. Der Sekundärschlüssel wird hauptsächlich dazu verwendet, das Verhalten der Blockverschlüsselung zu verändern. Mit anderen Worten, wenn zwei identische Klartexte mit demselben Primärschlüssel aber zwei unterschiedlichen Sekundärschlüsseln verschlüsselt werden, dann resultieren daraus zwei unterschiedliche Chiffretexte. Wir haben auch die Richtlinien vorgestellt, die notwendig sind, damit diese Verfahren Sicherheit bieten. Außerdem beschreiben wir die Möglichkeit einige der Verfahren miteinander zu kombinieren. Um die Sicherheit unseres neuen Verfahrens zu erhöhen, schlagen wir ein verallgemeinertes und sicheres Verfahren zur Ableitung von Schlüsseln vor, dass mit einem sicheren Verschlüsselungsverfahren im Counter Modus verwendet wird. Dieses Verfahren erhöht die Resistenz der Blockverschlüsselung gegen einen Angriff mit verwandten Schlüsseln sowie anderen Angriffen. Es erhöht ebenso die Komplexität bei einem Brute-Force Angriff auf dem Schlüssel. Zusätzlich präsentieren wir neue Ideen, die manche Chosen Plaintext Angriffe, Chosen Ciphertext Angriffe, Chosen Plaintext-Adaptive Chosen Ciphertext Angriffe und Chosen Ciphertext-Adaptive Chosen Plaintext erschweren können. Durch diese neuen Ideen wurden Angriffe auf fünf und sechs Runden des AES ermöglicht. Diese Angriffe verwenden dabei die geringste Menge an vorgewähltem Klartext in der Literatur. Um die Anwendung unserer Verschlüsselungs-Modelle in einem realistischen Szenario zu demonstrieren, haben wir mehrere Konzepte für Netzwerk-Verschlüsselung und die Festplatten-Verschlüsselung entworfen. Wir zeigen dabei, dass die neuen Konzepte einen höheren Datendurchsatz im Vergleich zu den aktuellen Lösungen ermöglichen. Außerdem benötigen diese Anwendungsfälle viel weniger Arbeitsspeicher, so dass ein Server eine höhere Anzahl an Clients bedienen kann. Für die Verschlüsselung bei Festplatten haben wir ebenfalls mehrere neue Modi entwickelt und auch einige der aktuellen Modi verbessert. Diese neuen Modi bieten einen höheren Datendurchsatz bei dem Zugriff auf Festplatten als aktuelle Lösungen.      «

In dieser Arbeit stellen wir neue Ideen in der Kryptographie, der Kryptoanalyse und beim Design von Hochgeschwindigkeits-Anwendungen. Wir verwenden dabei den Advanced Encryption Standard (AES) um die Anwendung unserer Vorschläge zu demonstrieren. Im Bereich der Kryptographie schlagen wir neue Verschlüsselungs-Modelle vor. In der Kryptoanalyse zeigen wir eine Methode zur Ableitung von Schlüsseln für den AES und zeigen neu entwickelte Angriffe, die wir auf den AES angewendet haben. Wir verwenden d...     »