Способ шифрования двоичной информации и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к криптографическим преобразованиям и может быть использовано в связных, вычислительных и информационных системах для криптографического закрытия двоичной информации. Технический результат - обеспечение побитного шифрования информации с использованием ключа необходимого пользователю размера. Сущность изобретения заключается в многократном прибавлении ключа к преобразуемой информации с последующим применением подстановочных и перестановочных преобразований. Устройство содержит на передаче и приеме п-разрядный ключевой регистр 1, п-разрядный регистр сдвига 2, п-разрядный сумматор 3, блок 4 разрядного функционального преобразования f, мажоритарный элемент 5, однородный сумматор. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к криптографическим преобразованиям и может быть использовано в связных, вычислительных и информационных системах для криптографического закрытия двоичной информации.

Известен способ шифрования, предназначенный для криптографической защиты информации в системах связи и вычислительных системах и заключающийся в многократном прибавлении ключа к преобразуемой информации с последующим применением подстановочных и перестановочных преобразований. С использованием этого способа построена система Lucifer фирмы IBM и стандарт шифрования данных Национального бюро стандартов США.

В известном стандарте шифрования данных к содержимому двух 32-разрядных ячеек 64-разрядного информационного регистра 16 раз прибавляют по модулю 2 содержимое 64-разрядного ключевого регистра с последующим воздействием на 32-разрядную сумму 32-разрядным функциональным преобразованием f.

Известный стандарт шифрования данных шифрует информацию блоками по 64 бита, а это при зашифровании требует предварительного накапливания 64 бит информации, а при расшифровании требует дополнительной синхронизации для выделения начала очередного блока зашифрованной информации. Кроме того, процесс зашифрования очередного блока состоит из 16-и циклов, что вносит определенную задержку при зашифровании очередных блоков информации. Перечисленные особенности известного стандарта шифрования данных делают его неудобным при использовании в системах радиосвязи.

Целью настоящего изобретения является обеспечение побитного шифрования информации с использованием ключа необходимого пользователю размера.

Поставленная цель достигается тем, что в способе шифрования двоичной информации, заключающемся в зависящем от 64-разрядного ключа преобразовании 64-разрядного блока шифруемой информации путем 16-кратного выполнения набора операций, включающего сложение 32-разрядных чисел из информационного и ключевого регистра и функциональное преобразование полученной 32-разрядной суммы, на передаче n-разрядные содержимые n-разрядного ключевого регистра и n-разрядного регистра сдвига складывают (например по модулю 2 либо 2ⁿ), сумму преобразуют блоком n-разрядного функционального преобразования f, в полученном n-разрядном результате преобразования мажоритарным элементом определяют преобладание нулей или единиц и в зависимости от результата прибавляют по модулю 2 к двоичному знаку шифруемой информации соответственно 0 или 1, полученный в результате зашифрованный двоичный знак направляют в канал связи и на вход n-разрядного регистра сдвига, а на приеме выполняют те же действия, что и на передаче, за исключением того, что на вход n-разрядного регистра сдвига направляют пришедший из канала связи зашифрованный двоичный знак, к которому одновременно прибавляют по модулю 2 выработанный мажоритарным элементом двоичный знак и получают знак открытой информации. Чтобы мажоритарный элемент однозначно реагировал на поступающее на его вход число, разрядность числа n выбирается нечетной.

На фиг. 1 и 2 представлены соответственно блок-схемы устройств зашифрования и расшифрования для осуществления способа шифрования двоичной информации.

Устройства зашифования и расшифрования сдержат n-разрядный ключевой регистр 1, n-разрядный регистр сдвига 2, n-разрядный сумматор 3, блок n-разрядного функционального преобразования 4, мажоритарный элемент 5 и одноразрядный сумматор 6.

Процесс зашифрования бита открытой информации осуществляют следующим образом.

n-Разрядные содержимые n-разрядного ключевого регистра 1 и n-разрядного регистра сдвига 2 складывают (например по модулю 2 либо 2ⁿ) в n-разрядном сумматоре 3, полученную сумму преобразуют блоком 4 n-разрядного функционального преобразования f, мажоритарным элементом 5 определяют количество единиц в n-разрядном результате преобразования. Если единиц больше, чем нулей, то в одноразрядном сумматоре 6 к двоичному знаку открытой информации прибавляют 1, в противном случае 0. Полученный в результате суммирования двоичный знак зашифрованной информации направляют в канал связи и на вход n-разрядного регистра сдвига 2, содержимое которого предварительно сдвигают на один разряд в сторону младших разрядов с потерей выдвинутого самого младшего разряда.

Процесс расшифрования бита зашифрованной информации осуществляют следующим образом.

n-Разрядные содержимые n-разрядного ключевого регистра 1 и n-разрядного регистра сдвига 2 складывают в n-разрядном сумматоре 3, полученную сумму преобразуют блоком 4 n-разрядного функционального преобразования f, мажоритарным элементом 5 определяют количество единиц в n-разрядном результате преобразования. Если единиц больше, чем нулей, то в одноразрядном сумматоре 6 к пришедшему из канала связи знаку зашифрованной информации прибавляют 1, в противном случае 0. В результате суммирования получают двоичный знак открытой информации. Пришедший из канала связи знак зашифрованной информации одновременно направляют на вход n-разрядного регистра сдвига 2, содержимое которого предварительно сдвигают на один разряд в сторону младших разрядов с потерей выдвинутого самого младшего разряда.

Если в i-й момент n-разрядный ключевой регистр 1 содержит n-разрядное число k(i) (k₁(i),k_n(i)), k_j(i) 0,1, 1≅j≅n, i≥1, то в i-й момент мажоритарный элемент выработает двоичный знак γ(i) = M(f(a(i)+k(i)) где M(a)=0, если 1, если } количество единиц в n-разрядном двоичном числе а.

Если o(i) i-й двоичный знак открытой информации, ш (i) i-й двоичный знак зашифрованной информации, то ш(i) = o(i)⊕γ(i) на передаче и o(i) = ш(i)⊕γ(i) на приеме.

Содержимое n-разрядного регистра сдвига 2 в (i+1)-й момент станет c(i + 1)(c₁(i + 1)=c₂(i),c_n-1(i + 1)=c_n(i + 1)=ш(i)).

Содержимое n-разрядного ключевого регистра 1 от такта к такту можно обновлять, например, при помощи регистра сдвига с линейной функцией в обратной связи. Если характеристический многочлен регистра имеет вид то в (i + 1)-й момент содержимое n-разрядного ключевого регистра 1 станет В качестве n-разрядного функционального преобразования f можно выбрать, например, прибавление по модулю 2ⁿ к преобразуемому n-разрядному числу x (x₁,x_n) n-разрядной константы a или n-разрядной константы b в зависимости от четности количества единиц в преобразуемом n-разрядном числе. Тогда f(x) = x+xʹa+(xʹ⊕1)b, где р

Формула изобретения

1. Способ шифрования двоичной информации, заключающийся в зависящем от 64-разрядного ключа преобразования на передаче и приеме 64-разрядного блока шифруемой информации путем 16-кратного выполнения набора операций, включающего сложение 32-разрядных чисел из информационного и ключевого регистров и функциональное преобразование полученной 32-разрядной суммы, отличающийся тем, что на передаче n-разрядные содержимые n-разрядного ключевого регистра и n-разрядного регистра сдвига суммируют, полученную сумму преобразуют блоком n-разрядного функционального преобразования f, в полученном n-разрядном результате преобразования мажоритарным элементом определяют преобладание нулей и единиц и в зависимости от результата прибавляют по модулю 2 к двоичному знаку шифруемой информации соответственно 0 или 1, полученный в результате зашифрованный двоичный знак направляют в канал связи и на вход n-разрядного регистра сдвига, а на приеме n-разрядные содержимые n-разрядного ключевого регистра и n-разрядного регистра сдвига складывают, полученную сумму преобразуют блоком n-разрядного функциональногно преобразования f, в полученном n-разрядном результате преобразования мажоритарным элементом определяют преобладание нулей и единиц и в зависимости от результата прибавляют по модулю 2 соответственно 0 или 1 к пришедшему из канала связи зашифрованному двоичному знаку, который одновременно направляют на вход n-разрядного регистра сдвига.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок функционального преобразования f в зависимости от четности количества нулевых разрядов в n-разрядном преобразуемом числе прибавляют по модулю 2ⁿ к преобразуемому числу n-разрядную константу a или n-разрядную константу b.

3. Устройство шифрования двоичной информации, содержащее на приеме и передаче 8n-разрядный ключевой регистр, 8-разрядный блок функционального преобразования f и два 8-разрядных сумматора, отличающееся тем, что на приеме и передаче введены n-разрядный регистр сдвига и мажоритарный элемент, вырабатывающий знак 0 при передаче на его вход n-разрядного числа с преобладанием нулевых разрядов и знак 1 при подаче на вход мажоритарного элемента n-разрядного числа с преобладанием единичных разрядов, при этом ключевой регистр выполнен в виде n-разрядного (n 1, 3, 5) ключевого регистра, блок функционального преобразования выполнен в виде блока n-разрядного функционального преобразования f, первый сумматор выполнен в виде n-разрядного сумматора, а второй сумматор в виде одноразрядного сумматора, причем на передаче выход n-разрядного ключевого регистра подключен к первому входу n-разрядного сумматора, второй вход которого подключен к выходу n-разрядного регистра сдвига, вход которого подключен к выходу одноразрядного сумматора, вход которого подключен к выходу мажоритарного элемента, вход которого подключен к выходу блока n-разрядного функционального преобразования f, вход которого подключен к выходу n-разрядного сумматора, а на приеме выход n-разрядного ключевого регистра подключен к первому входу n-разрядного сумматора, второй вход которого подключен к выходу n-разрядного регистра сдвига, а выход n-разрядного сумматора подключен к входу блока n-разрядного функционального преобразования f, выход которого подключен к входу мажоритарного элемента, выход которого подключен к входу одноразрядного сумматора.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что n-разрядный ключевой регистр выполнен в виде n-разрядного регистра сдвига с обратной связью с линейной функцией в обратной связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2