12. Потоковое (поточное) шифрование.

Блочное шифрование обладает следующими недостатками.

• одиночная ошибка в шифрованном тексте вызывает искажение при дешифрации примерно половины исходного текста, что требует дополнительного применения мощных кодов исправляющих ошибки.

• Из двух одинаковых блоков исходного текста получаются одинаковые блоки шифрованного.

Эти недостатки устраняются при поточном (потоковом) шифровании.

В отличие от блочных шифров, здесь каждый символ (бит) исходного потока данных шифруется, передается и дешифруется независимо от других символов. Другими словами, шифрующее преобразование меняется от одного элемента исходного потока к другому, а в блочных шифрах шифрующее преобразование для всех блоков неизменно.

Достоинство потокового шифра — высокая скорость шифрования/дешифрования, соизмеримая со скоростью поступления исходных данных. Следовательно, имеется возможность работать в реальном времени.

Если генератор ключевой последовательности — это каждый раз уникальная случайная гамма, то получаем схему Вернама.

Однако практическая реализация «сверхдлинных» ключевых последовательностей и их хранение затруднительно и неудобно. Хотя схема Вернама теоретически не вскрываема, более удобными оказались псевдослучайные последовательности (ПСП), формируемые генераторами ПСП аппаратно или программно. Секретным ключом являются структура генератора ПСП и его начальное слово.

По соотношению периода ПСП с длиной исходного текста различают системы шифрования:

• с «бесконечной» ПСП: Т_ПСП >L_{исх.текста}

• с конечной ПСП: Т_ПСП=L_{исх.текста} (режим бегущего кода)

На практике отправитель и получатель имеют свои генераторы ПСП. Следовательно, как видно из рисунка,

система потокового шифрования требует синхронизации генераторов ПСП отправителя и получателя как друг с другом, так и с потоком шифрограммы. Вставка или выпадение одного двоичного символа в шифрограмме приводит к неправильному расшифрованию остальных символов из-за потери синхронизации.

Этот недостаток устраняется в самосинхронизирующихсяпоточных системах шифрования, в которых восстановление режима самосинхронизации происходит автоматически через некоторое количество бит шифрограммы.

1. Синхронное потоковое шифрование

Алгоритм поточного (потокового) шифрования/дешифрования:

y_i = x_i E f_i(z)— шифрование

x_i = y_i E f_i(z)— дешифрование

где f_i(z)—i-ый символ ПСП вырабатываемый генератором ПСП с функцией обратной связиfи начальным словомz.

2. Классификация

Синхронные поточные шифры

По методам построения ПСП

Метод функциональных отображений

Метод комбинирования на регистрах сдвига

Способы технической реализации

С линейной обратной связью

С внутренней нелинейной логикой

С внешней нелинейной логикой

Пример формирования ПСПдвухступенчатым функциональным отображением.

GF(2m)		GF(2k)		GF(2) = {0, 1}
1 0000		1 00		0
2 0001		2 01		1
3 0010	f	3 10	g	1
4 0011		4 11		0
…		2k
16 1111
=2m
M= 4		k= 2		ПСП с периодом 2m