пространству. Любое известное продолжение атаки "Квадрат" на 7 и более раундов становится более трудоемким, чем даже обычный полный перебор значений ключа.

Поточные системы шифрования

Поточные шифры обычно делят на синхронные и самосинхронизирующиеся.

В синхронном поточном шифре шифрующая последовательность (гамма, ключевой поток, keystream) генерируется независимо от потока открытого текста и потока шифруемого текста [6].

Генератор гаммы в синхронной поточной криптосистеме может быть описан следующими уравнениями

si+1 = F(si), ki = f(si),

где si – значение внутреннего состояния (state), F – функция переходов, f – выходная функция, ki – очередной элемент гаммы.

Начальное состояние (initial state) s0 может быть определено из ключа k и вектора инициализации IV (initial vector).

Цель генератора гаммы – развернуть короткий случайный ключ k в длинную псевдослучайную последовательность (ПСП) k1, k2, …, kn.

Работа синхронной киптосистемы схематически изображена на рисунке 2.17.

si		F	si		F
f			f
pi	ki	ci	ci	ki	pi
			…
зашифрование			расшифрование
		Рис. 2.17 Синхронный поточный шифр

В процессе зашифрования элементы гаммы и открытого текста подвергаются операции XOR (exclusive OR, исключающее ИЛИ), в результате чего создается шифртекст:

ci = pi ki.

При расшифровании, для восстановления открытого текста, шифртекст и гамма также подвергаются операции XOR:

167

pi = ci ki.

Всамосинхронизирующемся поточном шифре гамма зависит не только от ключа, но еще

иот определенного количества элементов ранее вычисленного шифртекста.

Генератор гаммы в самосинхронизирующейся поточной криптосистеме описывается следующим образом:

si+1 = F(ci–1, ci–2, …, ci–N), ki = f(k, si).

Работа самосинхронизирующейся криптосистемы схематически изображена на рисунке 2.18

si		F
f
pi	ki	ci
		…

F

ci

si

f

ki pi

зашифрование расшифрование

Рис. 2.18. Самосинхронизирующийся поточный шифр Синхронные и самосинхронизирующиеся поточные шифры обладают как достоинствами

так и недостатками. При использовании синхронного поточного шифра устройство зашифрования отправителя и устройство расшифрования получателя должны работать синхронно. Если в процессе передачи был потерян хотя бы один элемент шифртекста, то получатель обнаружит лишь бессмысленные данные, начиная с того места, где сбилась синхронизация. Обычно синхронизация достигается вставкой в передаваемое сообщение специальных “маркеров”. В результате этого элемент шифртекста, пропущенный в процессе передачи, приводит к неправильному расшифрованию лишь до тех пор, пока не будет принят один из маркеров. Другое решение – реинициализация состояний как устройства зашифрования, так и устройства расшифрования при некотором предварительно согласованном условии.

Самосинхронизирующийся поточный шифр обладает свойством, как свидетельствует его название, автоматически синхронизировать себя. Внутреннее состояние такого шифра зависит от N предыдущих элементов шифртекста. Если в процессе передачи был потерян или изменен элемент шифртекста, то после приема N правильных последовательных элементов шифртекста внутреннее состояние устройства расшифрования становится идентичным

168

внутреннему состоянию устройства зашифрования, т.е. синхронизация восстановлена. Недостатком самосинхронизирующегося поточного шифра является распространение ошибки. Для каждого элемента шифртекста, искаженного при передаче, устройство расшифрования произведет N некорректных элементов гаммы. Следовательно, пока испорченный элемент влияет на внутреннее состояние, каждой ошибке шифртекста будет соответствовать N ошибок в открытом тексте. Синхронный поточный шифр имеет свойство не распространять ошибки. Расшифрование искаженного элемента шифртекста влияет только на соответствующий элемент открытого текста. Хотя такое свойство может показаться желательным, у него есть и другая сторона. В этом случае ограничивается возможность обнаружения ошибки при расшифровании, но что еще более важно, противник имеет возможность произвести управляемые изменения в части шифртекста, совершенно точно зная, какие это вызовет изменения в соответствующем открытом тексте.

Поточные режимы блочных шифров

Для различных ситуаций, встречающихся на практике, разработано значительное количество режимов работы блочных шифров. Используя некоторый из них, блочные шифры можно реализовать как синхронные или самосинхронизирующиеся поточные шифры.

Для зарубежных стандартов блочного шифрования DES (Data Encryption Standard) и AES (Advanced Encryption Standard) существуют следующие основные режимы:

Режим электронной кодовой книги, ECB (Electronic Code Book).

Режим сцепления блоков шифртекста, CBC (Ciphertext Block Chaining).

Режим обратной связи по шифртексту, CFB (Ciphertext Feedback).

Режим обратной связи по выходу, OFB (Output Feedback).

Режим счетчика, CTR (Counter mode).

Врежимах OFB и CTR блочный шифр работает как синхронный поточный шифр, а в режиме CFB – как самосинхронизирующийся.

Отечественный стандарт блочного шифрования ГОСТ 28147-89 может работать в следующих режимах:

Режим простой замены.

Режим гаммирования.

Режим гаммирования с обратной связью.

Режим выработки имитовставки.

Врежиме гаммирования алгоритм шифрования ГОСТ 28147-89 работает как синхронный

169