Симметричные алгоритмы шифрования

Симметричные алгоритмы шифрования (или криптография с секретными ключами) основаны на том, что отправитель и получатель информации используют один и тот же ключ. Этот ключ должен храниться в тайне и передаваться способом, исключающим его перехват.
Обмен информацией осуществляется в 3 этапа:

• отправитель передает получателю ключ (в случае сети с несколькими абонентами у каждой пары абонентов должен быть свой ключ, отличный от ключей других пар);
• отправитель, используя ключ, зашифровывает сообщение, которое пересылается получателю;
• получатель получает сообщение и расшифровывает его.

Если для каждого дня и для каждого сеанса связи будет использоваться уникальный ключ, это повысит защищенность системы.

Потоковые шифры

В потоковых шифрах, т. е. при шифровании потока данных, каждый бит исходной информации шифруется независимо от других с помощью гаммирования.

Гаммирование - наложение на открытые данные гаммы шифра (случайной или псевдослучайной последовательности единиц и нулей) по определенному правилу. Обычно используется "исключающее ИЛИ", называемое также сложением по модулю 2 и реализуемое в ассемблерных программах командой XOR. Для расшифровывания та же гамма накладывается на зашифрованные данные.

При однократном использовании случайной гаммы одинакового размера с зашифровываемыми данными взлом кода невозможен (так называемые криптосистемы с одноразовым или бесконечным ключом). В данном случае "бесконечный" означает, что гамма не повторяется. В некоторых потоковых шифрах ключ короче сообщения. Так, в системе Вернама для телеграфа используется бумажное кольцо, содержащее гамму. Конечно, стойкость такого шифра не идеальна.

Понятно, что обмен ключами размером с шифруемую информацию не всегда уместен. Поэтому чаще используют гамму, получаемую с помощью генератора псевдослучайных чисел (ПСЧ). В этом случае ключ - порождающее число (начальное значение, вектор инициализации, initializing value, IV) для запуска генератора ПСЧ. Каждый генератор ПСЧ имеет период, после которого генерируемая последовательность повторяется. Очевидно, что период псевдослучайной гаммы должен превышать длину шифруемой информации.

Генератор ПСЧ считается корректным, если наблюдение фрагментов его выхода не позволяет восстановить пропущенные части или всю последовательность при известном алгоритме, но неизвестном начальном значении. При использовании генератора ПСЧ возможны несколько вариантов:

1. Побитовое шифрование потока данных. Цифровой ключ используется в качестве начального значения генератора ПСЧ, а выходной поток битов суммируется по модулю 2 с исходной информацией. В таких системах отсутствует свойство распространения ошибок.

2. Побитовое шифрование потока данных с обратной связью (ОС) по шифртексту. Такая система аналогична предыдущей, за исключением того, что шифртекст возвращается в качестве параметра в генератор ПСЧ. Характерно свойство распространения ошибок. Область распространения ошибки зависит от структуры генератора ПСЧ.

3. Побитовое шифрование потока данных с ОС по исходному тексту. Базой генератора ПСЧ является исходная информация. Характерно свойство неограниченного распространения ошибки.

4. Побитовое шифрование потока данных с ОС по шифртексту и по исходному тексту.

PKZIP

Алгоритм шифрования, встроенный в программу сжатия данных PKZIP, был разработан Роджером Шлафлы (Roger Schlafly). Это потоковый шифр, шифрующий данные побайтно. По крайней мере этот алгоритм используется в версии 2.04g. Используется 8-битовый ключ К₃, полученный из К₂. Вот этот алгоритм (в стандартной нотации С):

Я не могу ничего сказать о более поздних версиях, но если не было сделано никаких заявлений об обратном, можно считать с большой вероятностью, что алгоритм не изменился. Алгоритм использует три 32-битовых переменных, инициализированных следующим образом:

Функция сгс32 берет свое предыдущее значение и байт, выполняет их XOR и вычисляет следующее значение с помощью многочлена CRC, определенного Oxedb88320. На практике 256-элементная таблица может быть рассчитана заранее, и вычисление сгс32 превращается в:

Таблица рассчитывается в соответствии с первоначальным определением сгс32:

Для шифрования потока открытого текста сначала для обновления ключей зациклим байты ключа в алгоритме шифрования. Полученный шифротекст на этом этапе игнорируется. Затем побайтно зашифруем открытый текст. Открытому тексту предшествуют двенадцать случайных байтов, но это на самом деле неважно. Дешифрирование похоже на шифрование за исключением того, что во втором действии алгоритма вместо используется