Режим гаммирования.

Зашифрование открытых данных в режиме гаммиро­вания. Криптосхема, реализующая алгоритм зашифрования в ре­жиме гаммирования, показана на рис. 24.

Открытые данные раз­бивают на 64-разрядные блоки

T₀⁽¹⁾, T₀⁽²⁾,…,T₀⁽ⁱ⁾,…,T₀^(m),

где Т₀⁽ⁱ⁾ - i-й 64-разрядный блок открытых данных, i = 1...m, m оп­ределяется объемом шифруемых данных.

Эти блоки поочередно зашифровываются в режиме гамми­рования путем поразрядного сложения по модулю 2 в сумматоре СМ₅ с гаммой шифра Гш, которая вырабатывается блоками по 64 бита, т.е.

Гш = (Гш⁽¹⁾, Гш⁽²⁾,…, Гш⁽ⁱ⁾,…, Гш^(m)),

где Гш⁽ⁱ⁾ - i-й 64-разрядный блок, i = 1...m.

Число двоичных разрядов в блоке Т₀^(m) может быть мень­ше 64, при этом неиспользованная для зашифрования часть гам­мы шифра из блока Гш^(m) отбрасывается.

Рис. 24. Схема реализации режима гаммирования

Уравнение зашифрования данных в режиме гаммирования имеет вид

Тш⁽ⁱ⁾ = T₀⁽ⁱ⁾+ Гш⁽ⁱ⁾,

где Гш⁽ⁱ⁾=А(У_i-1 [+]C₂, Z_i-1 {+} С₁), i=1 ...m; Тш⁽ⁱ⁾ - i-й блок 64-разрядного блока зашифрованного текста; А() - функция зашифрования в режиме простой замены; C₁, С₂ - 32-разрядные двоичные констан­ты; Yi, Zi - 32-разрядные двоичные последовательности.

Величины Yi, Zi определяются итерационно по мере фор­мирования гаммы Гш следующим образом:

(Y₀, Z₀) = A(S),

где S - синхропосылка (64-разрядная двоичная последова­тельность),

(Yi, Zi) = (Y_i-1 [+] С₂, Z_i-1 {+} C₁), i = 1...m.

Рассмотрим реализацию процедуры зашифрования в ре­жиме гаммирования.

1. В накопители N₆ и N₅ заранее записаны 32-разрядные двоичные константы С₁ и С₂, имеющие следующие значения (в шестнадцатеричной форме):

C₁ = 01010104₍₁₆₎, С₂ = 01010101₍₁₆₎.

2. В КЗУ вводится 256 бит ключа.

3. В накопители N₁ и N₂ вводится 64-разрядная двоичная последовательность (синхропосылка)

S = (S₁, S₂, ..., S₆₄).

Синхропосылка S является исходным заполнением накопителей N₁ и N₂ для последовательной выработки m блоков гаммы шифра.

Исходное заполнение накопителя N₁:

(S₃₂, S₃₁, ...,S₂, S₁);

32, 31, ..., 2, 1 номер разряда N_1.

Исходное заполнение накопителя N₂:

(S₆₄, S₆₃, … , S₃₄, Sзз)-

32, 31, ..., 2, 1 номер разряда N_2.

4. Исходное заполнение N₁ и N₂ (синхропосылка S) зашиф­ровывается в режиме простой замены. Результат зашифрования

A(S) = (Yo,Z₀)

переписывается в 32-разрядные накопители N₃ и N₄ так, что за­полнение N₁ переписывается в N₃, а заполнение N₂ - в N₄.

5. Заполнение накопителя N₄ суммируют по модулю (2³² -1) в сумматоре СМ₄ с 32-разрядной константой C₁ из накопителя N₆. Результат записывается в N₄. Заполнение накопителя N₃ сумми­руется по модулю 2³² в сумматоре СМ₃ с 32-разрядной константой С₂ из накопителя N₅. Результат записывается в N₃.

6. Заполнение N₃ переписывают в N₁, а заполнение N₄ - в N₂, при этом заполнения N₃, N₄ сохраняются.

7. Заполнение накопителей N₁ и N₂ зашифровы­вается в режиме простой замены.

8. Полученное в результате зашифрования заполнение нако­пителей N₁, N₂ образует первый 64-разрядный блок гаммы шифра Г_Ш⁽¹⁾⁼(y₁⁽¹⁾, y₂⁽¹⁾, …, y₆₃⁽¹⁾, y₆₄^{1)). Блок гаммы суммируют поразрядно по модулю 2 в сумматоре СМ₅ с первым 64-разрядным блоком откры­тых данных

T₀⁽¹⁾ = (t₁⁽¹⁾, t₂⁽¹⁾,…, t₆₃⁽¹⁾, t₆₄⁽¹⁾).

В результате суммирования по модулю 2 значений Г_ш⁽¹⁾ и Т₀⁽¹⁾ по­лучают первый 64-разрядный блок зашифрованных данных.

9. Для получения следующего 64-разрядного блока гаммы шифра Г_ш⁽²⁾ заполнение N₄ суммируется по модулю (2³² -1) в сум­маторе СМ₄ с константой C₁ из N₆. Результат записывается в N₄. Заполнение N₃ суммируется по модулю 2³² в сумматоре СМ₃ с константой С₂ из N₅. Результат записывается в N₃. Новое заполне­ние N₃ переписывают в N₁, а новое заполнение N₄ - в N₂, при этом заполнения N₃ и N₄ сохраняют. Заполнения N₁, N₂ зашифровывают в режиме простой замены.

10. Полученное в результате зашифрования заполнение нако­пителей N₁ и N₂ образует второй 64-разрядный блок гаммы шифра Г_ш⁽²⁾, который суммируется поразрядно по модулю 2 в сумматоре СМ₅ со вторым блоком открытых данных Т₀⁽²⁾:

Тш⁽²⁾ = Гш⁽²⁾ + Т₀⁽²⁾.

11. Аналогично вырабатываются блоки гаммы шифра Г_ш⁽³⁾, Гш⁴, …, Г_ш^(m) и зашифровываются блоки открытых данных Т₀⁽³⁾, T₀⁽⁴⁾, …, T₀^(m).

В канал связи или память ЭВМ передаются синхропосылка S и блоки зашифрованных данных

Т_ш⁽¹⁾, Т_ш⁽²⁾, …, Т_ш^(m).

Предполагается также, что получатель знает ключ шифрования данных.

Расшифрование в режиме гаммирования.При расшиф­ровании криптосхема имеет тот же вид, что и при зашифровании (см. рис. 16).

Уравнение расшифрования:

To⁽ⁱ⁾ = Т_ш⁽ⁱ⁾ + Г_ш⁽ⁱ⁾ = Т_ш⁽ⁱ⁾ + A(Y_i-1 [+] C₂, Z_i-1 {+} C₁), i =1…m.

Следует отметить, что расшифрование данных возможно только при наличии синхропосылки, которая не является секрет­ным элементом шифра и может храниться в памяти ЭВМ или передаваться по каналам связи вместе с зашифрованными данными.

Рассмотрим реализацию процедуры расшифрования.

1. В КЗУ вводят 256 бит ключа, с помощью которого осуществляется зашифрование данных Т₀⁽¹⁾, Т₀⁽²⁾, ..., Т₀^(m).

2. В накопители N₁ и N₂ вводится синхропосылка, и осуществляется процесс выработки m блоков гаммы шифра Г_ш⁽¹⁾, Г_ш⁽²⁾, ..., Г_ш^(m).

3. Блоки зашифрованных данных Т_ш⁽¹⁾, Т_ш⁽²⁾,…, Т_ш^(m) суммируются поразрядно по модулю 2 в сумматоре СМ₅ с блоками гаммы шифра Г_ш⁽¹⁾, •••, Г_ш^(m). В резуль­тате получаются блоки открытых данных

T₀⁽¹⁾, T₀⁽²⁾,…, T₀^(m);

при этом Т₀^(m) может содержать меньше 64 разрядов.