У роботі виконано комплекс досліджень з малими та повномасштабними моделями шифрів. Запропоновано та випробувано для застосування в сучасних шифрах (Rijndael, Калина, Мухомор, Лабіринт) S-блоки випадкового типу, які не знижують показників стійкості цих шифрів до атак диференціального і лінійного криптоаналізу. Обґрунтована вдосконалена модель випадкової підстановки, яка будується на основі використання відомих та додатково введених критеріїв відбору. У якості практичної доцільності підходу відбору випадкових підстановок сформульовано та теоретично обґрунтовано метод, що ґрунтується на використанні властивостей вибірки випадкових підстановок, який є узагальненням додатково введених критеріїв, що дозволяє з високою ймовірністю отримувати підстановки, для яких значення максимумів диференціальних таблиць й максимумів зміщень таблиць лінійних апроксимацій співпадають з теоретичними значеннями максимумів таблиць випадкових підстановок.