Information encryption by the GIL method using the symbols of multiple orthogonal quasigroups over a field of redundancy
DOI:
https://doi.org/10.31649/1681-7893-2026-51-366-373Keywords:
Gil cipher, invertible matrix, determinant, orthogonality, linear quasigroupAbstract
The paper explores the possibilities of improving the classical Gill cipher by using systems of multi-place orthogonal quasigroup operations built on finite residue fields of simple order. The proposed approach is based on establishing a connection between orthogonal n-ary quasigroups and invertible matrices, which allows the formation of new cryptographic transformations for information protection. The theoretical principles of constructing such structures, their properties and orthogonality conditions are considered. The article proves the criteria for the existence of invertible matrices whose elements belong to the residue field and are nonzero. Based on the obtained mathematical results, an algorithm for constructing systems of orthogonal linear n-ary quasigroups of arbitrary dimension is developed. The proposed algorithm ensures the uniqueness of the solution of the corresponding systems of equations, which is a necessary condition for the correct process of encrypting and decrypting messages. An example of constructing a system of five orthogonal quasigroups of arity five over a finite set of residues is given, which confirms the practical feasibility of the proposed approach. Special attention is paid to assessing the cryptographic stability of the developed method. It is shown that the number of possible key matrices increases rapidly with increasing their dimension, which significantly complicates the implementation of brute force attacks. The use of a set of matrices of different dimensions and a random order of their application additionally increases the level of system security. The results obtained can be used in the development of modern block cryptographic algorithms, data protection systems and information and communication networks.
References
L.S. Hill, “Cryptography in an algebraic alphabet”, American mathematical monthly, vol.36, NO.6, pp. 306-312, 1929. DOI: 10.1080/00029890.1929.11986963
O. Gutik, O. Popadiuk, Modified Hill cipher with noise and permutation, Bulletin of Lviv University. Applied Mathematics and Computer Science Series, No. 35, 2025. DOI: 30970/vam.2025.35.13682
Mann H.B. The construction of orthogonal Latin squares. Ann. Math. Statist. – 1942. – 13, P – 418-423.
Paige L.J. A note on finite abelian groups. Bull. Amer. Math. Soc. – 1947. – 53. DOI: https://doi.org/10.1090/S0002-9904-1947-08856-X
Hall M. A combinatorial problem on Abelian groups. Proc. 34 Amer. Math. Soc. – 1952. – 3.
Belyavskaya G., Mullen G. L. Orthogonal hypercubes and n-ary operations. Qasigroup Related Systems 13(2005), no. 1, 73-86. Посилання на PDF (math.md)
Keedwell D., Denes J. Latin Squares and their Applications // Second Edition – 2015. – P. 440. DOI: 10.1016/C2014-0-03412-0
Fryz I.V., Sokhatsky F.M. Block composition algorithm for constructing orthogonal n-ary operations // Discrete Math – 2017. – № 340. – P. 1957--1966. http://dx.doi.org/10.1016/j.disc.2016.11.012
Fryz I.V. Orthogonality and retract orthogonality of operations // Bul. Acad. Stiinte Repub. Mold. Mat – 2018. – № 1(86). – P. 24-33.
Fryz I.V. Algorithm for the complement of orthogonal operations // Comment. Math. Univ. Carolin – 2018. – № 59,2. – P. 135-151. http://dx.doi.org/10.14712/1213-7243.2015.241
Markovski S., Mileva A. On construction of orthogonal d-ary operations // De L’institute masemateque. Nouvelle serie – 2017–№ 101(115). – P. 109-119. Markovski S., Mileva A. On Construction of Orthogonal d-ary Operations (PDF)
Downloads
-
PDF (Українська)
Downloads: 1
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).