- •А.М. ГОЛИКОВ
- •Учебное пособие:
- •Томск 2018
- •Учебное пособие
- •История развития криптографии
- •Основные характеристики открытого текста
- •Классификация шифров
- •Шифры перестановки
- •Шифр Хилла
- •Шифры сложной замены
- •Линейный конгруэнтный генератор
- •Регистр сдвига с линейной обратной связью
- •Блочные и поточные системы шифрования
- •Принципы построения блочных шифров
- •Основной шаг криптопреобразования.
- •Базовые циклы криптографических преобразований.
- •Основные режимы шифрования.
- •Простая замена
- •Гаммирование
- •Гаммирование с обратной связью
- •Выработка имитовставки к массиву данных.
- •Американский стандарт шифрования данных DES
- •Основные режимы шифрования
- •Блочный криптоалгоритм RIJNDAEL и стандарт AES
- •Математические предпосылки
- •Сложение
- •Описание криптоалгоритма
- •Раундовое преобразование
- •Атака “Квадрат”
- •Предпосылки
- •Базовая атака “Квадрат” на 4 раунда
- •Добавление пятого раунда в конец базовой атаки “Квадрат”
- •Добавление шестого раунда в начало базовой атаки “Квадрат”
- •Поточные системы шифрования
- •Поточные режимы блочных шифров
- •Строительные блоки поточных шифров
- •Регистры сдвига с обратной связью
- •Регистры сдвига с линейной обратной связью
- •Генераторы на основе LFSR
- •Регистры сдвига с нелинейной обратной связью
- •Регистры сдвига с обратной связью по переносу
- •Поточный шифр HC-128
- •Инициализация
- •Генерация ключевого потока
- •Поточный шифр Rabbit
- •Инициализация
- •Поточный шифр Salsa20
- •Хеш-функция Salsa20
- •Инициализация
- •Функция шифрования Salsa20
- •Поточный шифр SOSEMANUK
- •SERPENT и его производные
- •Инициализация
- •Генерация ключевого потока
- •Поточный шифр F-FCSR-H
- •Генерация ключевого потока
- •Инициализация
- •Поточный шифр Grain-128
- •Генерация ключевого потока
- •Инициализация
- •Поточный шифр MICKEY-128
- •Инициализация
- •Генерация ключевого потока
- •Поточный шифр Trivium
- •Инициализация
- •Генерация ключевого потока
- •Гаммирование
- •Гаммирование с обратной связью
- •Блочный шифр AES в поточном режиме
- •Функция зашифрования
- •Расширение ключа
- •Функция расшифрования
- •Режим обратной связи по шифртексту (CFB)
- •Режим обратной связи по выходу (OFB)
- •Режим счетчика (Counter mode)
- •Методы оценки качества алгоритмов поточного шифрования
- •1. Период
- •2. Криптоанализ шифров
- •3. Линейная сложность
- •4. Исчерпывающий поиск ключа
- •5. Time-memory-data trade-off атака
- •6. Корреляционная атака
- •Быстрая корреляционная атака
- •Алгебраическая атака
- •Атака различением
- •Статистический анализ гаммы шифров
- •Статистические свойства
- •Тестирование
- •Набор статистических тестов НИСТ
- •Частотный тест
- •Частотный тест внутри блока
- •Тест последовательностей
- •Тест наибольших последовательностей единиц в блоке
- •Тест рангов двоичных матриц
- •Спектральный тест
- •Тест сравнения непересекающихся шаблонов
- •Тест сравнения пересекающихся шаблонов
- •Тест сжатия алгоритмом Зива-Лемпела
- •Тест линейной сложности
- •Тест серий
- •Энтропийный тест
- •Тест совокупных сумм
- •Тест случайных отклонений
- •Вариант теста случайных отклонений
- •Анализ результатов тестирования
- •Исследование производительности шифров
- •Rabbit
- •Salsa20/12
- •Salsa20/12
- •Sosemanuk
- •Выводы
- •Цель работы Изучить криптографический стандарт шифрования ГОСТ 28147-89 и его особенности, познакомиться с различными режимами блочного шифрования.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Интерфейс учебно-программного комплекса
- •Главное окно
- •Пункт меню “Файл”
- •Пункт меню “AES”
- •Режимы ECB, CBC, CFB, OFB
- •Режим ECB (Electronic Code Book – режим электронной кодовой книги)
- •Режим CBC (Ciphertext Block Chaining – режим сцепления блоков шифротекста)
- •Режим CFB (Ciphertext Feedback – обратная связь по шифротексту)
- •Режим OFB (Output Feedback – режим обратной связи по выходу)
- •Описание алгоритма
- •Безопасность
- •Программная реализация
- •Заключение
- •Общее описание лабораторной работы
- •Общий вид окна учебной программы
- •Требования к размещению файлов
- •Необходимые знания
- •Загрузка варианта
- •Выбор вероятных составляющих
- •Нахождение вероятной части ключа
- •Определение положения отводов
- •Поиск начального заполнения
- •Получение гаммы
- •Получение открытого текста
- •Отчет о проделанной работе
- •Сообщения выдаваемые в процессе работы
- •Сообщения об ошибках
- •Сообщения-вопросы
- •Критические ошибки
- •Пример
- •Асимметричные криптосистемы [8 -14]
- •Предпосылки появления асимметричных криптосистем
- •Обобщенная схема асимметричной крипосистемы
- •Алгебраическая обобщенная модель шифра
- •Односторонние функции
- •Факторизация
- •Дискретный логарифм
- •Криптосистема RSA
- •Основные определения и теоремы
- •Алгоpитм RSA
- •Процедуры шифрования и расшифрования в криптосистеме RSA
- •Криптосистема Эль-Гамаля
- •Комбинированный метод шифрования
- •Метод экспоненциального ключевого обмена Диффи-Хеллмана
- •Алгоритмы практической реализации криптосистем с открытым ключом
- •Возведение в степень по модулю m
- •Алгоритм Евклида вычисления НОД
- •Вычисление обратных величин в кольце целых чисел
- •Генерация простых чисел
- •Атаки на алгоритм RSA
- •Практическая часть
- •Лабораторная работа 1
- •Ход работы
Пример
Рассмотрим для примера выполнение следующего задания:
Задание: Выриант №12
Решение: Начнем с нахождения открытого текста. Запускаем LSR.exe
a)Включаем выключатель записи варианта в файл.
b)Загружаем файл для 12 варианта.
c) Выбираем вероятную биграмму – «ЕН». Получаем во второой строке блока «Сложение по модулю 2» строку «1100010111001101»
d) Предполагаем, что она стоит на месте 0-1. Таким образом, ничего не меняя, получаем в первой строке блока «Сложение по модулю 2» строку «0110101000001011»
327
e) Вероятная часть гаммы получена автоматически сложением двух строк.
f) Определим положение отводов в регистре при помощи метода основанного на нахождении обратной матрицы и введем первую строку матрицы А. Вызовем подпрограмму «Обработка матриц» кнопкой «Матрица А», заполним поля S1…S8 и нажмем кнопку «Вычислсть»
Как видно матрица А не имеет специального вида (см. выше), значит можно нажать кнопку «Вернуться» и выбрать следующее вероятное положение.
328
g) Выберем следующую позицию
Данная позиция также не даст положительных результатов.
Если продолжать выполнение, то мы переберем все возможные позиции вероятной биграммы (до 14-15) и не придем к удовлетворительному результату. Следовательно была ошибка в выборе биграммы.
h) Выберем новую биграмму и будем перебирать вероятные положения биграмм заново.
Перебирая положения и биграммы мы дойдем до вероятного положения биграммы 13-14 и биграммы ЕТ. Остановимся на этом случае.
i) Вероятная часть гаммы найдена автоматически
329
j) Определим положение отводов в регистре при помощи подпрограммы. То есть введем в поля ввода значения векторов S1…S8 (которые получаются из вероятной части ключа (см. поле ввода «=»)), нажмем кнопку «Вычислить» и получим значение строк обратной матрицы Х-1 и значение строк матрицы А. В данном случае матрица А имеет специальный вид, значит первая строка представляет собой положение отводов в регистре.
k) Введем найденное положение отводов в блоке «Положение отводов»
l) Промоделируем работу на 13 блоков назад и получим:
330
Начальное заполнение регистра
Гамму
Открытый текст
Мы получили осмысленный текст и файл отчета «lsr.log», который содержит информацию о проделанной работе.
Теперь необходимо по части ключа «1001001101001111»). с помощью алгоритма Берлекэмпа-Месси убедиться в правильности определения отводов регистра.
На вход алгоритма подаем битовую последовательность: «10010011010011», которая является частью ключа. На выходе мы получим минимальный регистр, который мог породить такую последовательность.
331
Составим таблицу для упрощения записей:
gN),ключи).В |
D |
|
T(D) |
C(D) |
L |
m |
B(D) |
N),ключи).В |
- |
- |
|
- |
1 |
0 |
-1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1+D |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1+D |
1 |
1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
|
1+D |
1 |
1 |
0 |
1 |
3 |
1 |
1 |
|
1 |
1+D3 |
3 |
3 |
1 |
4 |
0 |
0 |
|
1 |
1+D3 |
3 |
3 |
1 |
5 |
0 |
0 |
|
1 |
1+D3 |
3 |
3 |
1 |
6 |
1 |
0 |
|
1 |
1+D3 |
3 |
3 |
1 |
7 |
1 |
1 |
|
1+D3 |
1+D3 |
5 |
7 |
1+D3 |
8 |
|
|
|
|
+D4 |
|
|
|
|
0 |
0 |
|
1+D3 |
1+D3 |
5 |
7 |
1+D3 |
9 |
|
|
|
|
+D4 |
|
|
|
|
1 |
0 |
|
1+D3 |
1+D3 |
5 |
7 |
1+D3 |
10 |
|
|
|
|
+D4 |
|
|
|
|
0 |
0 |
|
1+D3 |
1+D3 |
5 |
7 |
1+D3 |
11 |
|
|
|
|
+D4 |
|
|
|
|
0 |
1 |
|
1+D3 |
1+D3 |
7 |
11 |
1+D3 |
12 |
|
|
+D4 |
|
+D4 |
|
|
+D4 |
|
1 |
0 |
|
1+D3 |
1+D3 |
7 |
11 |
1+D3 |
13 |
|
|
+D4 |
|
+D7 |
|
|
+D4 |
|
1 |
0 |
|
1+D3 |
1+D3 |
7 |
11 |
1+D3 |
14 |
|
|
+D4 |
|
+D7 |
|
|
+D4 |
|
Таким образом мы получили, что ячейки регистра, породившего заданную последовательность, задаются формулой 1+D3+D7, если привести это выражение к уравнению, задающему положение отводов, то получим H(X)=X7+X4+1. Следовательно положение отводов в регистре, найденное двумя способами, оказалось одинаковым.
На этом выполнение работы завершено. Ответ: РЫБОЛОВНАЯ__СЕТЬ
Теперь необходимо распечатать файл отчета, приложить решение алгоритмом Берлекэмпа-Месси и сдать на проверку преподавателю.
332