Wise Потоковый шифр - симметричный тип шифра, где каждый элемент открытого текста переводится в зашифрованный вид, в зависимости от применяемого ключа и его позиции в текстовом потоке. Особенность поточного шифра - иной подход к процессу шифрования в сравнении с блочным типом шифра.
Потоковый шифр: сущность, история появления, подходы
Потоковый шифр - вид шифра, в котором каждый бит данных зашифровывается посредством гаммирования. Процесс гаммирования подразумевает наложение на информацию гамм кода по строго определенным правилам. Чтобы расшифровать данные, требуется наложение той же гаммы на зашифрованный текст.
Первые потоковые шифры были использованы еще во времена Второй мировой войны (до появления электроники). Более чем через два десятка лет (в 1965 году) норвежский криптограф Эранст Селмер разработал свою теорию последовательности регистровых сдвигов. Еще через время Соломон Голомб написал книгу о последовательности сдвиговых регистров. При этом популярность потоковым шифрам пришла раньше - в 1949 году, когда миру была представлена работа Клода Шеннона о стойкости шифра Вернама.
Принцип потокового шифрования. Генератор случайных чисел выдает определенную гамму (числовую последовательность). Последняя накладывается на шифруемую информацию с применением операции XOR. На выходе получаются зашифрованные данные. Наиболее популярный потоковый шифр - RC4, признанный органами стандартизации. Надежность потокового шифрования зависит от числовой последовательности, выдаваемой генератором.
Сфера применения потоковых шифров - военные, сетевые, телефонные и другие системы, где необходимо преобразование речевой информации в цифровую форму и надежное шифрование данных. Причина популярности - простота реализации и конструирования генераторов, надежность шифрования, отсутствие ошибок в потоковом шифре.
В проектировании поточных шифров применяется один из следующих подходов:
- системно-теоретический - основан на создании проблемы, которая еще не известна и не исследована криптоаналитиком;
- информационно-технический - базируется на попытке спрятать разгадку от криптоаналитика;
- сложно-теоретический - подход, базирующийся на известной, хоть и сложной проблеме;
- рандомизированный - подход, где создается объемная задача, решение которой выглядит невозможным.
Потоковый шифры: виды, преимущества и недостатки, характеристики
Характеристики потокового шифра:
- высокая скорость шифровки, происходящая со скоростью потока входящих данных. Шифрование информации происходит в онлайн режиме, не зависит от разрядности потока и объема преобразующихся данных;
- отсутствие эффекта размножения сбоев (ошибок). Объем ошибочных элементов последовательности после расшифровки равен объему искаженных данных уже после зашифровки;
- структура потокового ключа имеет уязвимости, позволяющие криптоаналитику выведать необходимые данные о ключе;
- потоковый шифр можно атаковать с помощью линейной алгебры. Взлом потоковых шифров возможен с помощью одного из популярных видов анализа - потокового или линейного;
- методы взлома потоковых шифров разнообразны. В отличие от блочных шифров здесь не уделяется внимание отдельным алгоритмам шифрования;
- разработка потоковых шифров ведется, как правило, в криптографических центрах Европы (к примеру, блочные шифры разрабатываются в США);
- изучение потоковых шифров проходит активней. В последние годы в области ПШ было сделано больше открытий.
Потоковые шифры бывают двух видов:
1. Синхронные потоковые шифры - вид шифрования, когда генерация потока ключей происходит вне зависимости от шифротекста и открытого текста. В момент шифровки генератор ключей выдает потоки битов, идентичные тем, что используются при дешифровке. Потеря знака шифротекста приводит к сбою в синхронизации между генераторами и проблемам с расшифровкой остальной части текста.
Преимущества синхронных потоковых шифров:
- защита от возможных вставок и удаления шифрованного текста. Такие манипуляции приводят к рассинхронизации и всегда обнаруживаются;
- отсутствие проблем с распространением ошибки. В случае искажения одного бита неправильно расшифровывается только он.
Недостатки синхронных потоков шифров:
- возможность изменения определенных бит шифротекста. При наличии на руках открытого текста злоумышленник может скорректировать биты так, как ему необходимо.
2. Самосинхронизирующиеся поточные шифры - вид асинхронных поточных шифров, где создание потока ключей возлагается на функцию самого ключа и установленного числа знаков шифрованного текста. Каждое сообщение начинается со случайного заголовка с конкретным числом (N) битов.
Преимущества асинхронных потоковых шифров:
- размешивание статистики кодируемой информации. Статистические свойства открытых данных распространяются на весь объем текста, ведь каждый знак действует на последующий шифротекст;
- устойчивость к атакам, основанным на избыточности открытых данных.
Недостатки асинхронных потоковых шифров:
- чувствительность к вскрытию вторичной передачей;
- опасность распространения ошибок. Для каждого неправильного бита шифрованного текста предусмотрено N-ное число ошибок открытого текста.