Детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування

Реферат: Детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування містить перший регістр зсуву, мультиплексор, інформаційні входи якого у довільному порядку підключені до виходів першого регістра зсуву, а вихід мультиплексора з'єднаний з першим входом елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО", другий вхід якого підключено до останнього виходу першого регістра зсуву, а вихід елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО" з'єднано з послідовним входом першого регістра зсуву, другий регістр зсуву, виходи якого підключені до входів паралельного завантаження першого регістра зсуву, тактовий генератор, вихід якого з'єднаний з синхровходами першого й другого регістрів зсуву та першого лічильника, блок формування випадкового значення ініціалізації, вихід якого з'єднаний з третім входом елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО", блок формування сеансових ключів, вихід якого підключено до послідовного входу другого регістра зсуву, та блок керування, перший вихід якого з'єднано з входом керування другого регістра зсуву, а другий вихід блока керування підключено до входу скидання першого лічильника та до входу керування першого регістра зсуву, а виходом пристрою є один із виходів першого регістра зсуву. Додатково введені другий реверсний лічильник та третій лічильник, у яких входи скидання підключені до другого виходу блока керування. Синхровхід другого реверсивного лічильника з'єднаний з виходом першого лічильника, а його виходи підключені до адресних входів мультиплексора. Синхровхід третього лічильника з'єднано з виходом тактового генератора. Вихід третього лічильника підключено до входу перемикання режимів другого реверсивного лічильника. UA 109675 U (12) UA 109675 U UA 109675 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області криптографічного захисту інформації та може бути використана для збільшення криптостійкості та збільшення швидкодії криптографічних перетворень. Відомий апаратний алгоритм потокового шифрування А5, який використовується для шифрування повідомлень в мережах GSM (див. http://ru.wikipedia.оrg/wiki/A5). Цей апаратний алгоритм складається із трьох рекурентних регістрів зсуву зі зворотним зв'язком (РРЗЗЗ) довжиною 19, 22 і 23. Виходом є логічна функція "ВИКЛЮЧНE АБО" - XOR трьох РРЗЗЗ. В алгоритмі А5 використовується керування тактуванням, що змінюється. Кожен регістр тактується залежно від свого середнього біта, потім виконується XOR зі зворотною граничною функцією середніх бітів усіх трьох регістрів. Зазвичай на кожному етапі тактується два РРЗЗЗ. Недоліком цього апаратного алгоритму є недостатня криптостійкість тому, що існує тривіальна атака на відкритому тексті (алгоритм Берлекемпа-Мессі), заснована па припущенні про зміст перших двох РРЗЗЗ і спробі визначення третього РРЗЗЗ по ключовій послідовності. Найбільш близьким по сукупності ознак є детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування [див. патент України па корисну модель № 85039, МПК (2013.01) G09 С 5/00, G06F 7/58 (2006.01), опублікований 11.11.2013, Бюл. № 21], що містить перший регістр зсуву, мультиплексор, інформаційні входи якого у довільному порядку підключені до виходів першого регістра зсуву, а вихід мультиплексора з'єднаний з першим входом елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО", другий вхід якого підключено до останнього виходу першого регістра зсуву, а вихід елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО" з'єднано з послідовним входом першого регістра зсуву, другий регістр зсуву, виходи якого підключені до входів паралельного завантаження першого регістра зсуву, тактовий генератор, вихід якого з'єднаний з синхровходами першого та другого регістрів зсуву і входом першого лічильника, а його вихід підключено до входу другого лічильника, виходи якого з'єднані з адресними входами мультиплексора, блок формування випадкового значення ініціалізації, вихід якого з'єднаний з третім входом елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО", блок формування сеансових ключів, вихід якого підключено до послідовного входу другого регістра зсуву, та блок керування, перший вихід якого з'єднано з входом керування другого регістра зсуву, а другий вихід блока керування підключено до входів скидання першого та другого лічильників та до входу керування першого регістра зсуву, а виходом пристрою є один із виходів першого регістра зсуву. Недоліком цього генератора є недостатня крипостійкість псевдовипадкових послідовностей, що генеруються, тому, що довгострокові таємні параметри змінюються в постійному порядку. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого детермінованого генератора псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування, в якому додавання нових схемних елементів і зв'язків дозволило б підвищити крипостійкість псевдовипадкових послідовностей, що генеруються. Поставлена задача вирішується тим, що в детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування, що містить перший регістр зсуву, мультиплексор, інформаційні входи якого у довільному порядку підключені до виходів першого регістра зсуву, а вихід мультиплексора з'єднаний з першим входом елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО", другий вхід якого підключено до останнього виходу першого регістра зсуву, а вихід елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО" з'єднано з послідовним входом першого регістра зсуву, другий регістр зсуву, виходи якого підключені до входів паралельного завантаження першого регістру зсуву, тактовий генератор, вихід якого з'єднаний з синхровходами першого й другого регістрів зсуву та першого лічильника, блок формування випадкового значення ініціалізації, вихід якого з'єднаний з третім входом елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО", блок формування сеансових ключів, вихід якого підключено до послідовного входу другого регістра зсуву, та блок керування, перший вихід якого з'єднано з входом керування другого регістра зсуву, а другий вихід блока керування підключено до входу скидання першого лічильника та до входу керування першого регістра зсуву, а виходом пристрою є один із виходів першого регістра зсуву згідно з корисною моделлю, додатково введені другий реверсний лічильник та третій лічильник, у яких входи скидання підключені до другого виходу блока керування, синхровхід другого реверсивного лічильника з'єднаний з виходом першого лічильника, а його виходи підключені до адресних входів мультиплексора, синхровхід третього лічильника з'єднано з виходом тактового генератора, а вихід третього лічильника підключено до входу перемикання режимів другого реверсивного лічильника. Таким чином, введення у детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування додаткових другого реверсивного та третього лічильників, а також додавання нових зв'язків дозволяє формувати повністю детерміновану псевдовипадкову послідовність, яка залежить від таємного сеансового ключа та початкового значення 1 UA 109675 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ініціалізації, а також від зміни довгострокових таємних параметрів у порядку збільшення або зменшення. На кресленні зображена структурна схема детермінованого генератора псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування. На кресленні використані наступні міжнародні позначення: RG - регістр, MS - мультиплексор, G - генератор, СТ - лічильник, IV - значення ініціалізації, СВ - блок керування. Детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування містить перший регістр 1 зсуву, мультиплексор 2, інформаційні входи якого у довільному порядку підключені до виходів першого регістра 1 зсуву, а вихід мультиплексора 2 з'єднаний з першим входом елемента 3 "ВИКЛЮЧНЕ АБО", другий вхід якого підключено до останнього виходу першого регістра 1 зсуву, а вихід елемента 3 "ВИКЛЮЧНЕ АБО" з'єднано з послідовним входом першого регістра 1 зсуву, другий регістр 4 зсуву, виходи якого підключені до входів паралельного завантаження першого регістра 1 зсуву, тактовий генератор 5, вихід якого з'єднаний з синхровходами першого та другого регістрів 1, 4 зсуву і синхровходами першого та третього лічильників 6, 11, вихід першого лічильника 6 підключено до синхровходу другого реверсивного лічильника 7, виходи якого з'єднані з адресними входами мультиплексора 2, блок 8 формування випадкового значення ініціалізації, вихід якого підключено до третього входу елемента 3 "ВИКЛЮЧНЕ АБО", блок 9 формування сеансових ключів, вихід якого підключено до послідовного входу другого регістра 4 зсуву, та блок 10 керування, перший вихід якого з'єднано з входом керування другого регістра 4 зсуву, а другий вихід блока 10 керування підключено до входів скидання першого, другого реверсивного та третього лічильників 6, 7, 11 та до входу керування першого регістра 1 зсуву, вихід третього лічильника 11 підключено до входу перемикання режимів другого реверсивного лічильника 7, виходом пристрою є один із виходів першого регістра зсуву. Детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування працює наступним чином. До початку шифрування з виходу блока 9 формування сеансових ключів в другий регістр 4 зсуву в послідовному форматі записується таємний сеансовий ключ. Дляцього блок 10 керування виробляє сигнал дозволу, який надходить на вхід керування SE другого регістра 4 зсуву. Після вводу сеансового ключа з виходів другого регістра 4 зсуву цей ключ в паралельному форматі записується в перший регістр 1 зсуву. Для нього блок 10 керування формує логічний сигнал, який переводить перший регістр 1 зсуву в режим паралельного завантаження, перший лічильник 6, другий реверсивний лічильники 7 та третій лічильник 11 утримуються в нульовому стані. Перед початком шифрування блок 10 керування переводить перший регістр 1 зсуву в послідовний режим зсуву. Шифрування починається з передавання випадкового значення ініціалізації IV, яке одночасно в послідовному форматі вводиться в перший регістр 1 зсуву через третій вхід першого елемента З "ВИКЛЮЧНЕ АБО". На перший та другий входи першого елемента 3 "ВИКЛЮЧНЕ АБО" подаються сигнали з останнього виходу першого регістра 1 зсуву та виходу мультиплексора 2 для формування рекурентної псевдовипадкової послідовності. Тактовий генератор 5 визначає частоту зсуву першого та другого регістрів 1, 4 зсуву і таким чином визначає швидкість формування детермінованої псевдовипадкової послідовності. Для зміни параметрів рекуренти першого регістра 1 зсуву логічні рівні з його проміжних виходів подаються па інформаційні входи мультиплексора 2, вихід якого підключено до другого входу першого елемента 3 "ВИКЛЮЧНЕ АБО". Адресні входи мультиплексора 2 підключені до виходів другого реверсивного лічильника 7, синхровхід якого з'єднаний з виходом першого лічильника 6. Третій лічильник 11 формує часові інтервали, через які другий реверсивний лічильник 7 перемикається у режим збільшення або зменшення. Вихідна псевдовипадкова послідовність знімається з одного з виходів першого регістра 1 зсуву. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування, що містить перший регістр зсуву, мультиплексор, інформаційні входи якого у довільному порядку підключені до виходів першого регістра зсуву, а вихід мультиплексора з'єднаний з першим входом елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО", другий вхід якого підключено до останнього виходу першого регістра зсуву, а вихід елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО" з'єднано з послідовним входом першого регістра зсуву, другий регістр зсуву, виходи якого підключені до входів паралельного завантаження першого регістра зсуву, тактовий генератор, вихід якого з'єднаний з 2 UA 109675 U 5 10 синхровходами першого й другого регістрів зсуву та першого лічильника, блок формування випадкового значення ініціалізації, вихід якого з'єднаний з третім входом елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО", блок формування сеансових ключів, вихід якого підключено до послідовного входу другого регістра зсуву, та блок керування, перший вихід якого з'єднано з входом керування другого регістра зсуву, а другий вихід блока керування підключено до входу скидання першого лічильника та до входу керування першого регістра зсуву, а виходом пристрою є один із виходів першого регістра зсуву, який відрізняється тим, що додатково введені другий реверсний лічильник та третій лічильник, у яких входи скидання підключені до другого виходу блока керування, синхровхід другого реверсивного лічильника з'єднаний з виходом першого лічильника, а його виходи підключені до адресних входів мультиплексора, синхровхід третього лічильника з'єднано з виходом тактового генератора, а вихід третього лічильника підключено до входу перемикання режимів другого реверсивного лічильника. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3