Режим шифрования с аутентификацией и пропуском блоков

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.

1. Жданов, О. Н. Методика выбора ключевой информации для алгоритма блочного шифрования. – М.: ИНФРА-М, 2013. – 90 с.

2. Соколов, А. В. Новые методы синтеза нелинейных преобразований современных шифров. – Lap Lambert Academic Publishing, Germany, 2015. – 100 с.

3. Соколов А. В. Криптографические конструкции на основе функций многозначной логики. Монография / А. В. Соколов, О. Н. Жданов. – М: Научная мысль, 2020. – 192 с.

4. Schneier B. Applied Cryptography: Protocols, Algorithms and Source Code in C. Wiley, 2015. 784 p.

5. 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.

6. 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.

7. Ishai Y. et al. Robust pseudorandom generators //International Colloquium on Automata, Languages, and Programming. – Springer, Berlin, Heidelberg, 2013. – С. 576–588.

8. Aljohani M. et al. Performance analysis of cryptographic pseudorandom number generators //IEEE Access. – 2019. – Т. 7. – С. 39794–39805.

9. 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.

10. 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.

11. Соколов, А. В. Быстродействующий генератор ключевых последовательностей на сонове клеточных автоматов. Праці Одеського політехнічного університету, 2014. № 1(43). С. 180–186.

12. 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.