Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ëåêöèÿ 5Ïîòîêîâûå øèôðû

Ìèõàèë Ëåîíèäîâè÷ Áóðÿêîâ

2012 ãîä

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Îïðåäåëåíèå

Ïîòîêîâûå øèôðû

êàæäûé ñèìâîë îòêðûòîãî òåêñòà ïðåîáðàçóåòñÿ â ñèìâîëøèôðîâàííîãî òåêñòà â çàâèñèìîñòè íå òîëüêî îòèñïîëüçóåìîãî êëþ÷à, íî è îò åãî ðàñïîëîæåíèÿ â ïîòîêåîòêðûòîãî òåêñòàxt ∈ Xyt ∈ Yφt : X → Y , t = 1, 2, . . .φ ìåíÿåòñÿ îò òàêòà ê òàêòó (çàâèñèò îò t)

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Íåìíîãî ôàêòîâ

I ïðàêòè÷åñêè âñå ¾êëàññè÷åñêèå¿ øèôðû � ïîòîêîâûå;

I îäíîðàçîâûå áëîêíîòû (øèôð Âåðìàíà ñ äëèíîé êëþ÷àðàâíîé äëèíå îòêðûòîãî òåñêòà) � ïîòîêîâûå;

I Øåííîí, 1949: â òåîðåòèêî-âåðîÿòíîñòíîé ìîäåëèîäíîðîäíûå áëîêíîòû � ñîâåðøåííûå øèôðû.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Íåìíîãî ôàêòîâ

I ïðàêòè÷åñêè âñå ¾êëàññè÷åñêèå¿ øèôðû � ïîòîêîâûå;

I îäíîðàçîâûå áëîêíîòû (øèôð Âåðìàíà ñ äëèíîé êëþ÷àðàâíîé äëèíå îòêðûòîãî òåñêòà) � ïîòîêîâûå;

I Øåííîí, 1949: â òåîðåòèêî-âåðîÿòíîñòíîé ìîäåëèîäíîðîäíûå áëîêíîòû � ñîâåðøåííûå øèôðû.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Íåìíîãî ôàêòîâ

I ïðàêòè÷åñêè âñå ¾êëàññè÷åñêèå¿ øèôðû � ïîòîêîâûå;

I îäíîðàçîâûå áëîêíîòû (øèôð Âåðìàíà ñ äëèíîé êëþ÷àðàâíîé äëèíå îòêðûòîãî òåñêòà) � ïîòîêîâûå;

I Øåííîí, 1949: â òåîðåòèêî-âåðîÿòíîñòíîé ìîäåëèîäíîðîäíûå áëîêíîòû � ñîâåðøåííûå øèôðû.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ãàììèðîâàíèå

Ãåíåðàòîð ãàììû � ãåíåðàòîð ïñåâäîñëó÷àéíûõïîñëåäîâàòåëüíîñòåé. Çàâèñèò îò êëþ÷à ìàëîé äëèíû

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Áëîêîâûå øèôðû êàê ïîòîêîâûå

Ðåæèì ãàììèðîâàíèÿ (OFB)

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Áëîêîâûå øèôðû êàê ïîòîêîâûå

Ðåæèì îáðàòíîé ñâÿçè ïî øèôðòåêñòó (CFB)

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ïîòîêîâûå øèôðûÑèíõðîííûå (OFB)

I êëþ÷åâîé ïîòîê (ãàììà) ãåíåðèðóåòñÿ íåçàâèñèìî îòîòêðûòîãî òåêñòà è îò øèôðîòåêñòà;

I ïîòåðÿ çíàêà øèôðîòåêñòà ïðèâîäèò ê íàðóøåíèþñèíõðîíèçàöèè è íåâîçìîæíîñòè ðàñøèôðîâàíèÿîñòàâøåéñÿ ÷àñòè ñîîáùåíèÿ;

I îòñóòñòâèå ýôôåêòà ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáîê (òîëüêîèñêàæåííûé áèò áóäåò ðàñøèôðîâàí íåâåðíî);

I ïðåäîõðàíÿþò îò ëþáûõ âñòàâîê è óäàëåíèé øèôðîòåêñòà,òàê êàê îíè ïðèâåäóò ê ïîòåðå ñèíõðîíèçàöèè è áóäóòîáíàðóæåíû;

I óÿçâèìû ê èçìåíåíèþ îòäåëüíûõ áèò øèôðîâàííîãîòåêñòà. Åñëè çëîóìûøëåííèêó èçâåñòåí îòêðûòûé òåêñò, îíìîæåò èçìåíèòü ýòè áèòû òàê, ÷òîáû îíèðàñøèôðîâûâàëèñü, êàê åìó íàäî.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ïîòîêîâûå øèôðûÑèíõðîííûå (OFB)

I êëþ÷åâîé ïîòîê (ãàììà) ãåíåðèðóåòñÿ íåçàâèñèìî îòîòêðûòîãî òåêñòà è îò øèôðîòåêñòà;

I ïîòåðÿ çíàêà øèôðîòåêñòà ïðèâîäèò ê íàðóøåíèþñèíõðîíèçàöèè è íåâîçìîæíîñòè ðàñøèôðîâàíèÿîñòàâøåéñÿ ÷àñòè ñîîáùåíèÿ;

I îòñóòñòâèå ýôôåêòà ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáîê (òîëüêîèñêàæåííûé áèò áóäåò ðàñøèôðîâàí íåâåðíî);

I ïðåäîõðàíÿþò îò ëþáûõ âñòàâîê è óäàëåíèé øèôðîòåêñòà,òàê êàê îíè ïðèâåäóò ê ïîòåðå ñèíõðîíèçàöèè è áóäóòîáíàðóæåíû;

I óÿçâèìû ê èçìåíåíèþ îòäåëüíûõ áèò øèôðîâàííîãîòåêñòà. Åñëè çëîóìûøëåííèêó èçâåñòåí îòêðûòûé òåêñò, îíìîæåò èçìåíèòü ýòè áèòû òàê, ÷òîáû îíèðàñøèôðîâûâàëèñü, êàê åìó íàäî.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ïîòîêîâûå øèôðûÑèíõðîííûå (OFB)

I êëþ÷åâîé ïîòîê (ãàììà) ãåíåðèðóåòñÿ íåçàâèñèìî îòîòêðûòîãî òåêñòà è îò øèôðîòåêñòà;

I ïîòåðÿ çíàêà øèôðîòåêñòà ïðèâîäèò ê íàðóøåíèþñèíõðîíèçàöèè è íåâîçìîæíîñòè ðàñøèôðîâàíèÿîñòàâøåéñÿ ÷àñòè ñîîáùåíèÿ;

I îòñóòñòâèå ýôôåêòà ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáîê (òîëüêîèñêàæåííûé áèò áóäåò ðàñøèôðîâàí íåâåðíî);

I ïðåäîõðàíÿþò îò ëþáûõ âñòàâîê è óäàëåíèé øèôðîòåêñòà,òàê êàê îíè ïðèâåäóò ê ïîòåðå ñèíõðîíèçàöèè è áóäóòîáíàðóæåíû;

I óÿçâèìû ê èçìåíåíèþ îòäåëüíûõ áèò øèôðîâàííîãîòåêñòà. Åñëè çëîóìûøëåííèêó èçâåñòåí îòêðûòûé òåêñò, îíìîæåò èçìåíèòü ýòè áèòû òàê, ÷òîáû îíèðàñøèôðîâûâàëèñü, êàê åìó íàäî.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ïîòîêîâûå øèôðûÑèíõðîííûå (OFB)

I êëþ÷åâîé ïîòîê (ãàììà) ãåíåðèðóåòñÿ íåçàâèñèìî îòîòêðûòîãî òåêñòà è îò øèôðîòåêñòà;

I ïîòåðÿ çíàêà øèôðîòåêñòà ïðèâîäèò ê íàðóøåíèþñèíõðîíèçàöèè è íåâîçìîæíîñòè ðàñøèôðîâàíèÿîñòàâøåéñÿ ÷àñòè ñîîáùåíèÿ;

I îòñóòñòâèå ýôôåêòà ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáîê (òîëüêîèñêàæåííûé áèò áóäåò ðàñøèôðîâàí íåâåðíî);

I ïðåäîõðàíÿþò îò ëþáûõ âñòàâîê è óäàëåíèé øèôðîòåêñòà,òàê êàê îíè ïðèâåäóò ê ïîòåðå ñèíõðîíèçàöèè è áóäóòîáíàðóæåíû;

I óÿçâèìû ê èçìåíåíèþ îòäåëüíûõ áèò øèôðîâàííîãîòåêñòà. Åñëè çëîóìûøëåííèêó èçâåñòåí îòêðûòûé òåêñò, îíìîæåò èçìåíèòü ýòè áèòû òàê, ÷òîáû îíèðàñøèôðîâûâàëèñü, êàê åìó íàäî.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ïîòîêîâûå øèôðûÑèíõðîííûå (OFB)

I êëþ÷åâîé ïîòîê (ãàììà) ãåíåðèðóåòñÿ íåçàâèñèìî îòîòêðûòîãî òåêñòà è îò øèôðîòåêñòà;

I ïîòåðÿ çíàêà øèôðîòåêñòà ïðèâîäèò ê íàðóøåíèþñèíõðîíèçàöèè è íåâîçìîæíîñòè ðàñøèôðîâàíèÿîñòàâøåéñÿ ÷àñòè ñîîáùåíèÿ;

I îòñóòñòâèå ýôôåêòà ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáîê (òîëüêîèñêàæåííûé áèò áóäåò ðàñøèôðîâàí íåâåðíî);

I ïðåäîõðàíÿþò îò ëþáûõ âñòàâîê è óäàëåíèé øèôðîòåêñòà,òàê êàê îíè ïðèâåäóò ê ïîòåðå ñèíõðîíèçàöèè è áóäóòîáíàðóæåíû;

I óÿçâèìû ê èçìåíåíèþ îòäåëüíûõ áèò øèôðîâàííîãîòåêñòà. Åñëè çëîóìûøëåííèêó èçâåñòåí îòêðûòûé òåêñò, îíìîæåò èçìåíèòü ýòè áèòû òàê, ÷òîáû îíèðàñøèôðîâûâàëèñü, êàê åìó íàäî.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ïîòîêîâûå øèôðû

Àñèíõðîííûå (CFB)

I êëþ÷åâîé ïîòîê ñîçäà¸òñÿ ôóíêöèåé îò êëþ÷à èôèêñèðîâàííîãî ÷èñëà çíàêîâ øèôðîòåêñòà;

I ðàçìåøèâàþò ñòàòèñòèêó îòêðûòîãî òåêñòà;

I ðàñïðîñòðàíåíèå îøèáêè (êàæäîìó íåïðàâèëüíîìó áèòóøèôðîòåêñòà ñîîòâåòñòâóþò N îøèáîê â îòêðûòîì òåêñòå).

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ïîòîêîâûå øèôðû

Àñèíõðîííûå (CFB)

I êëþ÷åâîé ïîòîê ñîçäà¸òñÿ ôóíêöèåé îò êëþ÷à èôèêñèðîâàííîãî ÷èñëà çíàêîâ øèôðîòåêñòà;

I ðàçìåøèâàþò ñòàòèñòèêó îòêðûòîãî òåêñòà;

I ðàñïðîñòðàíåíèå îøèáêè (êàæäîìó íåïðàâèëüíîìó áèòóøèôðîòåêñòà ñîîòâåòñòâóþò N îøèáîê â îòêðûòîì òåêñòå).

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ïîòîêîâûå øèôðû

Àñèíõðîííûå (CFB)

I êëþ÷åâîé ïîòîê ñîçäà¸òñÿ ôóíêöèåé îò êëþ÷à èôèêñèðîâàííîãî ÷èñëà çíàêîâ øèôðîòåêñòà;

I ðàçìåøèâàþò ñòàòèñòèêó îòêðûòîãî òåêñòà;

I ðàñïðîñòðàíåíèå îøèáêè (êàæäîìó íåïðàâèëüíîìó áèòóøèôðîòåêñòà ñîîòâåòñòâóþò N îøèáîê â îòêðûòîì òåêñòå).

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

ÐÑËÎÑ (Ðåãèñòð Ñäâèãà ñ Ëèíåéíîé Îáðàòíîé Ñâÿçüþ)LFSR

Ðàññìîòðèì ìíîãî÷ëåí x32 + x29 + x25 + x5 + 1

Çàìå÷àíèå. Îñíîâíîé íåäîñòàòîê � ëèíååí.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Êîìáèíèðóþùèé ãåíåðàòîð

Êëþ÷ � íà÷àëüíîå çàïîëíåíèå âñåõ ÐÑËÎÑ

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ôèëüòðóþùèé ãåíåðàòîð

×àñòíûé ñëó÷àé � ïîðîãîâûé ãåíåðàòîð (f � ôóíêöèÿìàæîðèðîâàíèÿ)

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ãåíåðàòîð Ãåôôå

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Stop-and-Go ãåíåðàòîð

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ïðîðåæèâàþùèé (ñæèìàþùèé) ãåíåðàòîð

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Ñàìîïðîðåæèâàþùèé ãåíåðàòîð

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

A5/1

Èñïîëüçóåòñÿ â ñåòÿõ GSM, èçíà÷àëüíî ñòðóêòóðà áûëàçàñåêðå÷åíà.Ñåìåéñòâî àëãîðèòìîâ:

I àóòåíòèôèêàöèÿ � A3;

I øèôðîâàíèå ïîòîêà � A5 (À5/1, A5/2, A5/3 (Kasumi));

I ãåíåðàöèÿ ñåññèîííîãî êëþ÷à � A8 (64 áèòà).

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

A5/1

Èñïîëüçóåòñÿ â ñåòÿõ GSM, èçíà÷àëüíî ñòðóêòóðà áûëàçàñåêðå÷åíà.Ñåìåéñòâî àëãîðèòìîâ:

I àóòåíòèôèêàöèÿ � A3;

I øèôðîâàíèå ïîòîêà � A5 (À5/1, A5/2, A5/3 (Kasumi));

I ãåíåðàöèÿ ñåññèîííîãî êëþ÷à � A8 (64 áèòà).

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

A5/1

Èñïîëüçóåòñÿ â ñåòÿõ GSM, èçíà÷àëüíî ñòðóêòóðà áûëàçàñåêðå÷åíà.Ñåìåéñòâî àëãîðèòìîâ:

I àóòåíòèôèêàöèÿ � A3;

I øèôðîâàíèå ïîòîêà � A5 (À5/1, A5/2, A5/3 (Kasumi));

I ãåíåðàöèÿ ñåññèîííîãî êëþ÷à � A8 (64 áèòà).

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

A5/1

Òàêòèðîâàíèå ðåãèñòðà ïðîèñõîäèò, åñëè çíà÷åíèå òàêòîâîãîðàçðÿäà ýòîãî ðåãèñòðà ñîâïàäàåò ñî çíà÷åíèåì áîëüøèíñòâàòàêòîâûõ ðàçðÿäîâ âñåõ ðåãèñòðîâ

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Àíàëèç A5/1

I ;

I ;

I Ê 2011 ãîäó êîìïüòåð ñ ìîùíûì ãðàôè÷åñêèìïðîöåññîðîì è íåñêîëüêèìè òåððàáàéòàìè ïàìÿòèñïîñîáåí âçëîìàòü ñåññèþ À5/1 GSM ñ âåðîÿòíîñòüþ 0.9.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Àíàëèç A5/1

I ;

I ;

I Ê 2011 ãîäó êîìïüòåð ñ ìîùíûì ãðàôè÷åñêèìïðîöåññîðîì è íåñêîëüêèìè òåððàáàéòàìè ïàìÿòèñïîñîáåí âçëîìàòü ñåññèþ À5/1 GSM ñ âåðîÿòíîñòüþ 0.9.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Àíàëèç A5/1

I ;

I ;

I Ê 2011 ãîäó êîìïüòåð ñ ìîùíûì ãðàôè÷åñêèìïðîöåññîðîì è íåñêîëüêèìè òåððàáàéòàìè ïàìÿòèñïîñîáåí âçëîìàòü ñåññèþ À5/1 GSM ñ âåðîÿòíîñòüþ 0.9.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

RC4

I Èñïîëüçóåòñÿ â ïðîòîêîëàõ SSL (Èíòåðíåò), WEP (Wi-Fi);

I Ïðåäëîæåí Ðîíîì Ðèâåñòîì â 1987 ãîäó;

I Õîðîø äëÿ ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

RC4

I Èñïîëüçóåòñÿ â ïðîòîêîëàõ SSL (Èíòåðíåò), WEP (Wi-Fi);

I Ïðåäëîæåí Ðîíîì Ðèâåñòîì â 1987 ãîäó;

I Õîðîø äëÿ ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

RC4

I Èñïîëüçóåòñÿ â ïðîòîêîëàõ SSL (Èíòåðíåò), WEP (Wi-Fi);

I Ïðåäëîæåí Ðîíîì Ðèâåñòîì â 1987 ãîäó;

I Õîðîø äëÿ ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

RC4

I Èñïîëüçóåòñÿ â ïðîòîêîëàõ SSL (Èíòåðíåò), WEP (Wi-Fi);

I Ïðåäëîæåí Ðîíîì Ðèâåñòîì â 1987 ãîäó;

I Õîðîø äëÿ ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

RC4. Âûðàáîòêà êëþ÷à

1 ≤ keylength ≤ 256 áàéò (8�2048 áèò)for i from 0 to 255S[i] := i

endfor

j := 0for i from 0 to 255j := (j + S[i] + key[i mod keylength]) mod 256swap values of S[i] and S[j]

endfor

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

RC4. Ãåíåðàöèÿ ãàììû

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

RC4. Ãåíåðàöèÿ ãàììû

i := 0j := 0while GeneratingOutput:i := (i + 1) mod 256j := (j + S[i]) mod 256swap values of S[i] and S[j]K := S[(S[i] + S[j]) mod 256]output K

endwhile

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Àíàëèç RC4

I óÿçâèì, åñëè èñïîëüçóþòñÿ íåñëó÷àéíûå èëè ñâÿçàííûå

ìåæäó ñîáîé êëþ÷è;

I îäèí êëþ÷åâîé ïîòîê èñïîëüçóåòñÿ äâàæäû;

I àòàêà íà ïðîòîêîë WEP2001 � Ôëóðåð, Ìàíòèí è Øàìèð;2005 � Àíäðåàñ Êëÿéí.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Àíàëèç RC4

I óÿçâèì, åñëè èñïîëüçóþòñÿ íåñëó÷àéíûå èëè ñâÿçàííûå

ìåæäó ñîáîé êëþ÷è;

I îäèí êëþ÷åâîé ïîòîê èñïîëüçóåòñÿ äâàæäû;

I àòàêà íà ïðîòîêîë WEP2001 � Ôëóðåð, Ìàíòèí è Øàìèð;2005 � Àíäðåàñ Êëÿéí.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Àíàëèç RC4

I óÿçâèì, åñëè èñïîëüçóþòñÿ íåñëó÷àéíûå èëè ñâÿçàííûå

ìåæäó ñîáîé êëþ÷è;

I îäèí êëþ÷åâîé ïîòîê èñïîëüçóåòñÿ äâàæäû;

I àòàêà íà ïðîòîêîë WEP2001 � Ôëóðåð, Ìàíòèí è Øàìèð;2005 � Àíäðåàñ Êëÿéí.

Ëåêöèÿ 5 Ïîòîêîâûå øèôðû

Àíàëèç RC4

I óÿçâèì, åñëè èñïîëüçóþòñÿ íåñëó÷àéíûå èëè ñâÿçàííûå

ìåæäó ñîáîé êëþ÷è;

I îäèí êëþ÷åâîé ïîòîê èñïîëüçóåòñÿ äâàæäû;

I àòàêà íà ïðîòîêîë WEP2001 � Ôëóðåð, Ìàíòèí è Øàìèð;2005 � Àíäðåàñ Êëÿéí.