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. Також генератор містить 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, а також з синхровходом 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 лічильника та до входу керування першого регістра зсуву. Додатково введені паралельний регістр, у якого синхровход підключено до виходу лічильника, вхід скидання з'єднано з другим виходом блока керування, інформаційні входи підключені у довільному порядку до виходів першого регістра зсуву, а виходи підключені до адресних входів мультиплексора, та другий елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО, входи якого у довільному порядку з'єднані з виходами першого регістра зсуву, а вихід цього елемента є виходом пристрою. UA 93117 U (54) ДЕТЕРМІНОВАНИЙ ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОВИПАДКОВИХ ПОСЛІДОВНОСТЕЙ ДЛЯ ПОТОКОВОГО ШИФРУВАННЯ UA 93117 U UA 93117 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.org/wiki/A5). Цей апаратний алгоритм складається із трьох рекурентних регістрів зсуву зі зворотнім зв'язком (РРЗЗЗ) довжиною 19, 22 і 23. Виходом є логічна функція ВИКЛЮЧНЕ АБО - XOR трьох РРЗЗЗ. В 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, основана на 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 на корисну модель № 85039, МПК (2013.01) G09С 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 у 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 регістра зсуву, тактовий генератор, вихід якого з'єднаний з синхровходами першого та другого регістрів зсуву, а також з синхровходом 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 лічильника та до входу керування першого регістра зсуву, згідно з корисною моделлю, додатково введені паралельний регістр, у якого синхровход підключено до виходу лічильника, вхід скидання з'єднано з другим виходом блока керування, інформаційні входи підключені у довільному порядку до виходів першого регістра зсуву, а виходи підключені до адресних входів мультиплексора, та другий елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО, входи якого у довільному порядку з'єднані з виходами першого регістра зсуву, а вихід цього елемента є виходом пристрою. Таким чином, введення у детермінований генератор псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування додаткових паралельного регістра та другого елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО, а також додавання нових зв'язків дозволяє формувати повністю детерміновану псевдовипадкову послідовність, яка залежить від таємного сеансового ключа та початкового 1 UA 93117 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 значення ініціалізації, а також від зміни довгострокових таємних параметрів у псевдовипадковому порядку. На креслені зображена структурна схема детермінованого генератора псевдовипадкових послідовностей для потокового шифрування. На креслені 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 синхровходом лічильника 6, а його вихід підключено до синхровходу паралельного регістра 7, входи якого підключені у довільному порядку до виходів першого регістра 1 зсуву, а виходи паралельного регістра 7 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 входу керування першого регістра 1 зсуву, а також до входів скидання лічильника 6 та паралельного регістра 7, другий елемент 11 ВИКЛЮЧНЕ АБО, входи якого у довільному порядку підключені до виходів першого регістра 1 зсуву, а вихід другого елемента 11 ВИКЛЮЧНЕ АБО є виходом пристрою. 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. Для цього 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 цього блок 10 керування формує логічний сигнал, який переводить перший регістр 1 зсуву в режим паралельного завантаження, лічильник 6 та паралельний регістр 7 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 3 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 на інформаційні входи мультиплексора 2, вихід якого підключено до другого входу першого елемента 3 ВИКЛЮЧНЕ АБО. Адресні входи мультиплексора 2 підключені до виходів паралельного регістра 7, входи якого у довільному порядку з'єднані з виходами першого регістра 1 зсуву. Коефіцієнт ділення лічильника 6 визначає проміжки часу між змінами параметрів рекуренти першого регістра 1 зсуву. Псевдовипадкові коди на адресних входах мультиплексора 2 визначають випадкову послідовність зміни параметрів рекуренти. Вихідна псевдовипадкова послідовність знімається з виходу другого елемента 11 ВИКЛЮЧНЕ АБО, входи якого підключені до виходів першого регістра 1 зсуву у довільному порядку. Це дозволяє зменшити різницю ймовірностей вихідних псевдовипадкових бітів. 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 2 UA 93117 U 5 10 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, а також з синхровходом 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 лічильника та до входу керування першого регістра зсуву, який відрізняється тим, що додатково введені паралельний регістр, у якого синхровход підключено до виходу лічильника, вхід скидання з'єднано з другим виходом блока керування, інформаційні входи підключені у довільному порядку до виходів першого регістра зсуву, а виходи підключені до адресних входів мультиплексора, та другий елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО, входи якого у довільному порядку з'єднані з виходами першого регістра зсуву, а вихід цього елемента є виходом пристрою. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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