УСТРОЙСТВО ШИФРОВАНИЯ ПОТОКА ДАННЫХ С УПРАВЛЯЕМОЙ СТРУКТУРОЙ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ Российский патент 2023 года по МПК H04L9/18 

Известен прототип, на основе линейной регистровой структуры [1], в котором формируются состояния в виде двоичных n-разрядных последовательностей, структура которых зависит от начального состояния регистра. В n-разрядном регистре, при числе его начальных состояний 2ⁿ-1 формируются 2ⁿ-1 последовательностей различной структуры, используемых в качестве ключей шифрования, которые отличаются только начальными состояниями, соответствующих состояниям регистра устройства.

Структуры последовательностей состояний выходов устройства-прототипа при начальном состоянии регистра A₁ имеет вид А₁А₂ … A₂ⁿ_-1 при начальном состоянии А₂: А₂А₃ … A₂ⁿ_-1A₁, при состоянии A_i: A_iA_i+1 … A₂ⁿ_-1A₁ А₂ … A_i-1. Взаимное расположение элементов последовательности сохраняется при постоянстве структуры обратных связей.

Структура последовательностей при изменениях структуры обратных связей, при начальном состоянии регистра A₁ и структуре обратных связей B₁: A₁A_iA_jA2^n-1Ak … A_m. Всего в каждой из (2ⁿ-1) ⋅ 2^n-1 последовательности 2ⁿ-1 элементов - состояний устройства.

Технический результат, в виде повышения стойкости шифра, достигается увеличением числа используемых для шифрования последовательностей, изменением структуры состояний выходов генератора псевдослучайных последовательностей, использованием не только установки регистра однородной регистровой среды с программируемой структурой обратных связей в одно из начальных 2ⁿ-1 состояний, но и изменением структуры обратных связей в ней установкой в одно из 2^n-1 состояний, с формированием (2ⁿ-1) ⋅ 2^n-1 различных последовательностей, каждое из которых позволяет формировать 2ⁿ-1 различных по структуре двоичных последовательностей, используемых в качестве ключей шифрования. Общее число последовательностей - ключей шифрования (2ⁿ-1) ⋅ 2^n-1 достигается введением процесса изменений структуры обратных связей, что возможно только при использовании для построения устройства однородной регистровой среды с программно-управляемой структурой обратных связей на основе генератора псевдослучайных последовательностей [2, 3].

Использование в качестве ключа шифрования потоков двоичных последовательностей, структура которых определяется начальным состоянием регистра генератора псевдослучайных последовательностей на n-разрядной регистровой структуре, позволяет получить 2ⁿ-1 ключей шифрования - начальных состояний, каждый из которых позволяет получить на его выходе 2ⁿ-1 псевдослучайных состояний, отличающихся друг от друга порядком следования при неизменности взаимного расположения состояний выхода генератора. Так, например, если для некоторого начального состояния A₁ порядок следования обозначить как А₁А₂А₃ … A_k-1A_kA_k+1 … A₂ⁿ-1, то для начального состояния A_k эта последовательность состояний будет иметь вид A_kA_k+1 … A₂^n-1А₁А₂А₃ … A_k-1.

Использование дополнительно в качестве ключа шифрования и последовательностей состояний структуры обратных связей, что возможно при использовании в качестве генератора псевдослучайных последовательностей, реализованного на основе однородной регистровой среды с программируемой структурой обратных связей [2, 3], позволяет менять не только порядок следования состояний, но и менять взаимное расположение этих состояний - A_kA₂ … A₁A_k-1A₃A₂^n-1 … A_k+1.

Число возможных состояний структуры обратных связей однородной регистровой среды с программируемой структурой равно 2^n-1, так как в это число входят только те варианты структуры обратных связей, которые соответствуют структурам, которые позволяют реализовать полные обратные связи, что соответствует состояниям структуры обратных связей с символом 1 в младших разрядах, число которых равно 2^n-1.

При одновременном использовании составного ключа, формируемого изменением начальных состояний и структуры обратных связей, определяющих начальное состояние регистра генератора псевдослучайных последовательностей и структуру его обратных связей, что может быть реализовано только на базе однородной регистровой среды с программируемой структурой, общее число ключей шифрования будет равно общему числу формируемых потоков с различными структурами (2ⁿ-1) ⋅ 2^n-1. Рост числа ключей шифрования является признаком роста стойкости процесса шифрования.

Любой из приведенных вариантов выбора составных ключей шифрования приводит, при неизменности выбранных ключей, к формированию псевдослучайных последовательностей состояний выходов генератора, общее число которых равно 2ⁿ-1.

На фиг.1 схематично показано устройство шифрования потока данных с управляемой структурой обратных связей: блок управления, тактирования и синхронизации 1, формирователь блока открытых данных при блочном шифровании с управляемым режимом работы 2, блок хранения начального состояния генератора псевдослучайных последовательностей 3, блок генерации псевдослучайных последовательностей на базе однородной регистровой среды с программируемой структурой 4, блок хранения структуры обратных связей генератора псевдослучайных последовательностей 5, блоки сумматоров по модулю два с двумя входами 6₁-6_n, преобразователь последовательного кода в параллельный 7, преобразователь параллельного кода в последовательный 8.

Библиографические ссылки

1. Способ поточного кодирования дискретной информации: пат. 2205516 Российская Федерация №2002104639/09; заявл. 20.02.2002; опубл. 27.05.2003. 11 с.

2. Генератор псевдослучайных последовательностей: пат. 2557764 Российская Федерация №2013116167/08; заявл. 09.04.2013; опубл. 27.07.2015, Бюл. №21. 8 с.

3. Однородные регистровые среды с программируемой структурой: пат. 2449347 Российская Федерация №2010105175/08; заявл. 12.02.2010; опубл. 27.04.2012, Бюл. №12. 8 с.

Изобретение относится к устройствам для секретной или скрытой связи. Технический результат заключается в повышении криптографической стойкости шифра, используемого для защиты конфиденциальных данных. Технический результат достигается формированием ключей шифрования в виде двух двоичных последовательностей, выбираемых из двух множеств двоичных n-разрядных последовательностей. Первое из множеств содержит 2ⁿ-1 элементов, которые используются для установки регистра генератора псевдослучайных последовательностей, построенного на базе линейной n-разрядной однородной регистровой среды с программируемой структурой обратных связей, в начальное состояние. Элементы второго множества, число которых равно 2^n-1, используются для формирования структуры обратных связей генератора, общее число пар ключей, равное (2ⁿ-1) ⋅ 2^n-1, определяют количество вариантов начальной настройки генератора псевдослучайных последовательностей на базе однородной регистровой среды с программируемой структурой обратных связей, который, при каждой настройке с последующим тактированием, формирует на выходах 2ⁿ-1 двоичных последовательностей разрядности n, отличающихся последовательностью следования состояний, используемых для шифрования блоков данных гаммиррованием. 1 ил.

Устройство шифрования потока данных с управляемой структурой обратных связей, содержащее блок управления, тактирования и синхронизации 1, блок генерации псевдослучайных последовательностей 4, отличающееся тем, что представляет собой однородную регистровую среду с программируемой структурой обратных связей, позволяющую увеличить число ключей с 2ⁿ-1 до (2ⁿ-1) ⋅ 2^n-1, отличающееся тем, что введены: блок 2, формирующий из входного потока открытых данных, по сигналам управления с выхода блока 1, параллельные блоки открытых данных, блок хранения кодов установки начального состояния регистра генератора псевдослучайных последовательностей 3, блок хранения кодов задания изменений структуры обратных связей генератора псевдослучайных последовательностей 5, блоки шифрования данных 6₁-6_n, блок 7 параллельного вывода шифрованных блоков данных 6₁-6_n, подаваемых на входы поразрядного суммирования элементов ключей и данных блоков, блок для управления последовательным выводом элементов зашифрованных данных 8; к блоку 1 подключено внешнее управляющее воздействие для его запуска и дальнейшего регулирования, выходы блока 1 соединены с блоками 2, 3, 4, 5, 7 и 8 для организации последовательного и параллельного вывода элементов зашифрованных данных, в блок 2 поступает последовательность открытых данных и управляющее воздействие из блока 1 для управления режимом работы, блок 2 формирует блоки открытых данных и отправляет их на входы блоков 6₁-6_n; к блокам 3 и 5 подключено внешнее управляющее воздействие для изменения начального состояния регистра и структуры обратных связей генератора псевдослучайных последовательностей, блок 3 соединен с блоком 4 для задания начального состояния генератора псевдослучайных последовательностей; блок 4 соединен с блоками 6₁-6_n для формирования блоков зашифрованных последовательностей и с блоком 8 для последовательного вывода элементов зашифрованных данных; блок 5 соединен с блоком 4 для изменения структуры обратных связей генератора псевдослучайных последовательностей; выходы блоков 6₁-6_n связаны с входами блока 7, который производит параллельный вывод элементов зашифрованных данных; блок 8 осуществляет последовательный вывод элементов зашифрованных данных.