sapiСистемный анализ и прикладная информатика«System analysis and applied information science»2309-49232414-0481Belarusian National Technical University10.21122/2309-4923-2021-3-59-65sapi-524Research ArticleЗащита информацииInformation securityРежим шифрования с аутентификацией и пропуском блоковAuthenticated encryption mode with blocks skippingСоколовА. B.SokolovA. V.

Артем Соколов – доцент кафедры Кибербезопасности и программного обеспечения

Одессa

Artem Sokolov. Associate Professor of the Department of Cybersecurity and Software

Odessa

ИсаковД. А.IsakovD. A.

Дмитрий Исаков – студент четвертого курса по специальности «Кибербезопасность»

Одессa

Dmitry Isakov. He is a fourth-year student, specializing in Cybersecurity

Odessa

Одесский национальный политехнический университетУкраинаOdessa National Polytechnic UniversityUkraine202101102021035965Copyright © Соколов А.B., Исаков Д.А., 20212021Соколов А.B., Исаков Д.А.Sokolov A.V., Isakov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sapi.bntu.by/jour/article/view/524

Блочные симметричные шифры являются одной из важнейших составляющих современных систем защиты информации. При этом, помимо структуры примененного блочного симметричного шифра, криптографическая стойкость и быстродействие системы защиты информации во многом определяется примененным режимом шифрования. Помимо высокого быстродействия и качественного разрушения статистики блоков, современные режимы шифрования должны также обеспечивать защиту шифруемой информации от случайных или намеренно вносимых ошибок. В настоящей статье разработан режим шифрования с пропуском блоков и использованием генератора псевдослучайных ключевых последовательностей, который допускает проверку целостности зашифрованной информации с точным детектированием места внесения ошибки. При этом точность детектирования ошибки определяется регулируемым параметром размера макроблока и может быть задана в зависимости от уровня важности защищаемой информации. Разработанный режим шифрования характеризуется следующими ключевыми преимуществами: снижение количества необходимых операций шифрования в два раза при сохранении высокого уровня криптографического качества; более эффективное разрушение статистики макроблоков за счет применения дополнительного генератора псевдослучайных ключевых последовательностей, невозможность распространения возникшей (внесенной) ошибки за пределы макроблока, а также более высокие значения числа уровней защиты за счет возможности засекречивания исходных состояний применяемых генераторов псевдослучайных ключевых последовательностей. Предложенный в статье режим аутентифицированного шифрования с пропуском блоков может быть рекомендован к использованию на мобильных платформах, которые являются требовательными как к качеству и достоверности защищаемой информации, так и ограниченными с точки зрения вычислительных и энергетических ресурсов.

Block symmetric ciphers are one of the most important components of modern information security systems. At the same time, in addition to the structure of the applied block symmetric cipher, the cryptographic strength and performance of the information protection system is largely determined by the applied encryption mode. In addition to high performance and high-quality destruction of block statistics, modern encryption modes should also protect encrypted information from occurred or intentionally introduced errors. In this paper, we have developed an encryption mode with blocks skipping and using a pseudo-random key sequence generator, which allows checking the integrity of encrypted information with accurate detection of the place where an error was introduced. In this case, the error detection accuracy is determined by the adjustable parameter of the macroblock size and can be set depending on the level of importance of the protected information. The developed encryption mode is characterized by the following key advantages: reducing the number of required encryption operations by half, while providing a high level of cryptographic quality; more effective destruction of macroblock statistics due to the use of an additional generator of pseudo-random key sequences, the impossibility of propagation of the occurred (intentionally introduced) error outside the macroblock, as well as higher values of the number of protection levels due to the possibility of classifying the initial states of the applied generators of pseudo-random key sequences. As proposed in this paper, the mode of authenticated encryption with blocks skipping can be recommended for use on mobile platforms that are demanding both in terms of the quality and reliability of the protected information and are limited in terms of computing and power resources.

криптографиярежим шифрованияблочный симметричный шифргенератор псевдослучайных ключевых последовательностейcryptographyencryption modeblock symmetric cipherpseudo-random key sequence generatorReferencesЖданов, О. Н. Методика выбора ключевой информации для алгоритма блочного шифрования. – М.: ИНФРА-М, 2013. – 90 с.Zhdanov O. N. Methodology for selecting key information for a block cipher algorithm. M .: INFRA-M, 2013. 90 p.Соколов, А. В. Новые методы синтеза нелинейных преобразований современных шифров. – Lap Lambert Academic Publishing, Germany, 2015. – 100 с.Sokolov A. V. New methods of synthesis of nonlinear transformations for modern ciphers. Lap Lambert Academic Publishing, Germany, 2015. 100 p.Соколов А. В. Криптографические конструкции на основе функций многозначной логики. Монография / А. В. Соколов, О. Н. Жданов. – М: Научная мысль, 2020. – 192 с.Sokolov A. V., Zhdanov O. N. Cryptographic constructions based on many-valued logic functions. Monograph. M: Scientific Thought, 2020. 192 p.Schneier B. Applied Cryptography: Protocols, Algorithms and Source Code in C. Wiley, 2015. 784 p.Schneier B. Applied Cryptography: Protocols, Algorithms and Source Code in C. Wiley, 2015. 784 p.Соколов А. В., Корж А. О. Исследование режимов шифрования с пропуском блоков. Информатика и математические методы в моделировании. 2020, Т. 10, № 1/2, С. 100–108.Sokolov A. V., Korzh A. O. Study of block skip encryption modes. Informatics and mathematical methods in modeling. 2020, Vol. 10, No. 1/2. P. 100–108.A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications / A. Rukhin, J. Soto, J. Nechvatal et al. National Institute of Standards and Technology Special Publication, 2010. 131 p.A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications / A. Rukhin, J. Soto, J. Nechvatal et al. National Institute of Standards and Technology Special Publication, 2010. 131 p.Ishai Y. et al. Robust pseudorandom generators //International Colloquium on Automata, Languages, and Programming. – Springer, Berlin, Heidelberg, 2013. – С. 576–588.Ishai Y. et al. Robust pseudorandom generators. International Colloquium on Automata, Languages, and Programming. Springer, Berlin, Heidelberg, 2013. P. 576–588.Aljohani M. et al. Performance analysis of cryptographic pseudorandom number generators //IEEE Access. – 2019. – Т. 7. – С. 39794–39805.Aljohani M. et al. Performance analysis of cryptographic pseudorandom number generators. IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 39794–39805.Datcu O., Macovei C., Hobincu R. Chaos based cryptographic pseudo-random number generator template with dynamic state change //Applied Sciences. 2020. Vol. 10, No. 2. – С. 451.Datcu O., Macovei C., Hobincu R. Chaos based cryptographic pseudo-random number generator template with dynamic state change. Applied Sciences. 2020. Vol. 10, No. 2. P. 451.Мазурков М. И., Соколов А. В., Барабанов Н. А. Генератор ключевых последовательностей на основе дуальных пар бент-функций. Праці Одеського політехнічного університету, 2013. № 3. С. 150–156.Mazurkov M. I., Sokolov A. V., Barabanov N.A. The key sequences generator based on bent functions dual couples. Proceedings of Odessa Polytechnic University, 2013. No. 3. P. 150–156.Соколов, А. В. Быстродействующий генератор ключевых последовательностей на сонове клеточных автоматов. Праці Одеського політехнічного університету, 2014. № 1(43). С. 180–186.Sokolov, A. V. The cellular automata key sequences generator. Proceedings of Odessa Polytechnic University, 2014. No. 1 (43). P. 180–186.Bellare M., Namprempre C. Authenticated encryption: Relations among notions and analysis of the generic composition paradigm. Journal of Cryptology. 2008. Т. 21. No. 4. С. 469–491.Bellare M., Namprempre C. Authenticated encryption: Relations among notions and analysis of the generic composition paradigm. Journal of Cryptology. 2008. Т. 21. No. 4. P. 469–491.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.