 |
|
Исследование процесса Поточное шифрования
сообщений в синхронизующихся системах
Цель и содержание:
1. Углубить знания, по основам поточного шифрования .
2. Исследовать вопросы получения синхронного ПСП.
Теоретическое обоснование
Шифр Вернама можно считать исторически первым поточным шифром. Так как поточные шифры, в отличие от блочных, осуществляют поэлементное шифрование потока данных без задержки в криптосистеме, их важнейшим достоинством является высокая скорость преобразования, соизмеримая со скоростью поступления входной информации. Таким образом, обеспечивается шифрование практически в реальном масштабе времени вне зависимости от объема и разрядности потока преобразуемых данных.
Простейшие устройства синхронного и самосинхронизирующегося шифрования с использованием ГПК, реализованного на основе N-разрядного регистра сдвига с линейной обратной связью - LFSR (Linear Feedback Shift Register), называются скремблерами, а сам процесс преобразования – скремблированием.
В синхронных поточных шифрах гамма формируется независимо от входной последовательности, каждый элемент (бит, символ, байт и т. п.) которой таким образом шифруется независимо от других элементов. В синхронных поточных шифрах отсутствует эффект размножения ошибок, т. е. число искаженных элементов в расшифрованной последовательности равно числу искаженных элементов зашифрованной последовательности, пришедшей из канала связи. Вставка или выпадение элемента зашифрованной последовательности недопустимы, так как из-за нарушения синхронизации это приведет к неправильному расшифрованию всех последующих элементов. Синхронное поточное шифрование с использованием LFSR показано на рисунке 1.
Рисунок 1 – Синхронное поточное шифрование
Рисунок 1 – Схема устройства зашифрования с ПСП
Таблица 1 – Пример поточного шифрования и расшифрования двоичной последовательности, когда отсутствуют ошибки в принятой комбинации
| Процедура поточного шифрования двоичной последовательности | Процедура поточного расшифрования, когда отсутствуют ошибки в принятой комбинации | ||||||||||||
| Передающая сторона | Приемная сторона | ||||||||||||
| с | р | Генератор ПСП | с | р | Генератор ПСП | ||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 |
В таблице 1 показан пример поточного шифрования и расшифрования двоичной последовательности 11100101010110 с использованием гаммы формируемой 4-разрядным LFSR при начальном состоянии 1001. Зашифрованная
последовательность имеет вид 01001010010010.
При отсутствии искажений в канале связи после расшифрования с использованием той же гаммы получается исходная последовательность
В таблице 2 рассмотрена ситуация, когда при передаче зашифрованной последовательности был потерян четвертый бит, и вместо правильной последовательности к получателю пришла последовательность 0101010010010.
Таблица 2 – Пример поточного шифрования и расшифрования двоичной последовательности, когда при передаче был потерян четвертый бит
| Процедура поточного шифрования двоичной последовательности | Процедура поточного расшифрования, когда при передаче был потерян четвертый бит | ||||||||||||
| Передающая сторона | Приемная сторона | ||||||||||||
| с | р | Генератор ПСП | с | р | Генератор ПСП | ||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 | 1 | |||||||||||
| 0 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 0 | ||||||||||||
| 0 |
Видно, что после расшифрования всех битов, следующих после выпавшего, происходят искажения информации. В результате вместо битовой строки 0101010110 будет получена строка 1101110000.
В таблице 3 рассмотрена ситуация, когда при передаче зашифрованной последовательности произошло искажение пятого (1 - 0) и восьмого (0 - 1) битов и вместо правильной последовательности к получателю пришла последовательность 01000011010010.Видно, что после расшифрования вместо правильной строки будет получена строка 11101100010110с искаженным пятым (0—1) и восьмым (1—0) битами.
Таблица 3 – Пример поточного шифрования и расшифрования двоичной последовательности, когда при передаче произошло искажение битов
| Процедура поточного шифрования двоичной последовательности | Процедура поточного расшифрования, когда при передаче произошло искажение битов | ||||||||||||
| Передающая сторона | Приемная сторона | ||||||||||||
| с | р | Генератор ПСП | с | р | Генератор ПСП | ||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | ||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | 1 | 0 | ||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 0 |
Методика и порядок выполнения работы
1. Изучить теоретический материал работы.
2. Провести исследование системы поточного шифрования.
Используя данные представленные в таблице 7 произвести разработку генератора ПСП и осуществить процедуры зашифрования и расшифрования.
Таблица 7 – Исходные данные
| M | A0 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 |
Содержание отчета и его форма
Отчет по лабораторной работе, оформленный письменно в рабочей тетради, должен содержать процесс исследования системы по своему варианту и ответы на контрольные вопросы.
Вопросы для защиты работы
1.Определение синхронного поточного шифрования.
2.Свойства синхронного поточного шифрования.
3.Основные способы построения М-последовательностей.