Способ шифрования методом расщепления

Изобретение относится к области потокового шифрования текстов при их передаче и хранении в различных системах и устройствах, требующих защиты информации от вмешательства посторонних лиц и контроля с их стороны. Технический результат - повышение уровня защиты при передаче каждого символа. Способ шифрования текста методом расщепления заключается в том, что каждый отдельный символ текста, представленный в виде целого числа в соответствии с выбранной кодовой таблицей, предварительно преобразуют посредством новой математической операции - операции расщепления, которая в простейшем варианте позволяет превратить выбранный код символа с помощью очередного псевдослучайного числа, порождаемого генератором псевдослучайных чисел (ГПСЧ), в последовательность двух (или более) положительных целых чисел, из которых второе (или оба числа) снова подвергаются действию операции расщепления, создавая, таким образом, для каждого передаваемого символа конечную последовательность из трех, четырех и более положительных целых чисел, а затем все члены указанной конечной последовательности для каждого символа текста независимо шифруют с применением операции исключающее ИЛИ и соответствующей гаммы чисел, получаемых от ГПСЧ. 2 ил.

 

Изобретение относится к области потокового шифрования текстов при их передаче и хранении в различных системах и устройствах, требующих защиты информации от контроля или вмешательства посторонних лиц.

В изобретении используется генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ), который допускает однозначное воспроизведение генерируемой цепочки чисел на передающем и приемном конце.

В этом отношении близким аналогом данного изобретения является гаммирование [1, 2], при котором к каждому передаваемому по каналу связи символу и очередному случайному числу, порождаемому ГПСЧ, применяется некоторая логическая или арифметическая операция, обладающая свойством обратимости, которая позволяет восстановить переданный символ на приемном конце, пользуясь копией ГСПЧ, использованного на передающем конце. Обычно такой логической операцией в гаммировании является операция сложения по модулю 2, т.е. исключающее «ИЛИ».

В литературе [3] можно найти перечень недостатков такого вида шифрования текстов, приводящих к снижению уровня защищенности. К криптографически стойкому алгоритму гаммирования предъявляется три основных требования [4]:

1. Период гаммы должен быть достаточно большим для шифрования сообщений произвольной длины.

2. Гамма должна быть практически непредсказуемой, что означает невозможность предсказать следующий бит гаммы, даже если известны тип генератора и предшествующий отрезок гаммы.

3. Генерирование гаммы не должно вызывать больших технических сложностей.

В отдельных случаях отмечалась возможность раскрытия кода символа в силу строгого соответствия передаваемых по каналу символов и их кодов и наличия периодов в ГСПЧ.

В настоящем изобретении предлагается к каждому символу применить новую математическую операцию - операцию расщепления. Эта операция в простейшем варианте позволяет превратить ASCII код символа с помощью очередного случайного числа, порождаемого ГПСЧ, в последовательность двух (или более) положительных целых чисел, из которых второе (или оба числа) снова подвергаются действию операции расщепления, порождая, таким образом, для каждого передаваемого символа последовательность из трех, четырех и более положительных целых чисел.

Блок-схема традиционного алгоритма гаммирования приведена на схеме 1, а на схеме 2 приведена схема алгоритма расщепления для k уровней расщепления.

Математическая модель используемого в настоящее время алгоритма расщепления и его применение в процедурах шифрования и дешифрования могут быть описаны следующим образом.

Обозначив именем «частное» результат деления нацело двух чисел и именем «остаток» возможный остаток при таком делении, получаем при шифровании символа X следующее.

Процесс шифрования

1. Используя целое число, превосходящее 256 и полученное от ГПСЧ, для символа X строится последовательность остаток (1), остаток (2) … остаток (k-1), частное (k).

2. Эта последовательность целых чисел подвергается логической операции наложения гаммы, генерируемой этим ГСПЧ на элементы данной последовательности. В результате получается шифр для символа X в виде последовательности целых чисел, содержащей k элементов.

Процесс дешифрования

Процесс состоит в последовательном применении гаммы от ГСПЧ к членам этой последовательности, полученной при шифровании, и в результирующем восстановлении первоначальной последовательности, а затем и исходного символа X в силу обратимости логической операции и изученных нами свойств процедуры расщепления [5].

Настоящее изобретение опирается на тот факт, что нетрудно показать, что отображение, создаваемое предлагаемой нами операцией расщепления, позволяет восстановить переданный символ на приемном конце, пользуясь копией генератора ГПСЧ на приемном конце. При этом неоднократное применение ГСПЧ при передаче одного символа в силу операции расщепления существенно повышает уровень защиты при передаче каждого символа и, следовательно, текста в целом. Это происходит благодаря тому, что злоумышленник в системе с расщеплением имеет дело с последовательностью целых положительных чисел в информационном канале, по отдельности не несущих никакой информации о передаваемых при этом символах. Кроме того, агент, пытающийся взломать алгоритм путем перебора, столкнется с трудностями, поскольку в другой сессии тот же символ получит при расщеплении, как правило, другую последовательность чисел.

Краткое описание чертежей

Схема 1. Дано краткое описание традиционной схемы гаммирования для случая шифрования одного символа:

ГПСЧ - генератор псевдослучайных чисел;

ASCII код - это исходный символ, представленный в виде целого числа в соответствии с выбранной кодовой таблицей, например ASCII;

- логическая операция XOR;

шифротекст - зашифрованный символ.

Схема 2. Дано краткое описание алгоритма расщепления на примере одного символа:

ГПСЧ - генератор псевдослучайных чисел создает последовательность или гамму целых чисел γ₀, γ₁, γ₂, …, γ_k-1, γ_k;

ASCII код X - целое число, представляющее входной символ X в соответствии с выбранной кодовой таблицей, в данном случае таблицей ASCII;

символ отображает логическую операцию XOR, а символ - операцию деления нацело левого числа на правое. Результатом деления являются Частное, то есть целое число, и Остаток от такого деления.

Частное (1) - результат деления нацело числа γ₀ на число, являющееся ASCII кодом для X. Соответственно, Остаток (1) или Y₁ - это остаток от этого деления. Частное (2) - результат деления нацело числа γ₀ на Частное (1). Остаток (2) или Y₂ - это остаток от этого деления, и т.д.

Шифротекст - зашифрованный символ X в виде последовательности целых чисел, полученной в результате применения членов гаммы γ₁, γ₂, …, γ_k и XOR к последовательности (Y₁, …, Y_k).

Список литературы

1. В.Л. Стефанюк, А.Х. Алхуссайн. Криптография с симметричным ключом с использованием генетического алгоритма. КИИ-2014. Четырнадцатая национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием. Т. 1, с. 267-275, 2014, Казань, РИЦ «Школа».

2. А.П. Алферов, А.Ю. Зубов, А.С. Кузьмин, А.В. Черемушкин. Основы криптографии: Учебное пособие. М.: издательство Гелиос АРВ, 2005. - 480 с.

3. Петраков А.В. Основы практической защиты информации. М.: Akademia, 2013, 492 с.

4. Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В.Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях. М.: Радио и связь. 2001. - 376 с.

5. Stefanyuk V.L., Alhussain А.Н., Symmetric Encryption on the Base of Splitting Method // Bulletin of PFUR, Series Mathematics. Information Sciences. Physics, №2, 2016, pp. 53-61.

Способ шифрования текста методом расщепления, заключающийся в том, что каждый отдельный символ текста, представленный в виде целого числа в соответствии с выбранной кодовой таблицей, предварительно преобразуют посредством новой математической операции - операции расщепления, которая в простейшем варианте позволяет превратить выбранный код символа с помощью очередного псевдослучайного числа, порождаемого генератором псевдослучайных чисел (ГПСЧ), в последовательность двух (или более) положительных целых чисел, из которых второе (или оба числа) снова подвергаются действию операции расщепления (ограниченное число раз), создавая, таким образом, для каждого передаваемого символа конечную последовательность из трех, четырех и более положительных целых чисел, а затем все члены указанной конечной последовательности для каждого символа текста независимо шифруют с применением операции исключающее ИЛИ и соответствующей гаммы чисел, получаемых от ГПСЧ.