Prúdové šifry, princípy, režimy, použitie

1. Prúdové šifry, princípy, režimy, použitie Marek Vereš 34e30

2. Rozdelenie šifier • Prúdové – šifruje sa znak po znaku (prúd) • Caesarová šifra, Vigenerová šifra • Blokové – šifruje sa po blokoch (skupinách znakov) • DES, AES • Bloková šifra môže zakódovať celú stranu textu v jedom kroku, ale prúdová šifra šifruje každý bit každého znaku (textu, správy) zvlášť. Táto vlastnosť potom odstraňuje potrebu zhromažďovať údaje do bloku pred samotným šifrovaním, ako je to u tradičných blokových šifier.

3. Vznik prúdových šifier • Vznik prúdových šifier bol inšpirovaný šifrou OTP (One – Time Pad) • Šifra OTP je tiež známa ako aj Vernamova šifra. • Tento typ šifry sa považuje za teoreticky nerozlúštiteľný a býva označovaný pojmom „Perfect privacy“ • OTP používa prúd kľúča, ktorý je tvorený náhodnými číslami. • Jediným a dosť veľkým problémom pri dlhých správach je fakt , že kľúč má rovnakú dĺžku ako šifrovaný text.

4. Moderné prúdové šifry pracujú nad abecedou A={0,1} • Súčet modulo 2 - ( (a+b) je rovné (a-b) ) operácia XOR • šifrovaný text vzniká, tak, že jednotlivé bity otvoreného tetu sú zlučované s jednotlivými bitmi prúdu hesla pomocou binárneho sčítania • Šifrovanie: • Šifrovaný text = Zdrojový text ⊕ Heslo • Dešifrovanie: • Zdrojový text = Šifrovaný text ⊕ Heslo

5. Súčasťou každej prúdovej šifry je generátor prúdu kľúča a sčítacia funkcia. Sčítacia funkcia je vo väčšine prípadov len spomínaná funkcia XOR. • najhlavnejším prvkom je práve generátor prúdu kľúča

6. Rozdelenie prúdových šifier • Na zvýšenie bezpečnosti prúdových šifier sa používa spätná väzba, ktorá je ale oproti verzii bez spätnej väzby pomalšia • Podľa toho či je použitá spätná väzba sa rozdeľujú na: • synchrónna prúdová šifra (bez spätnej väzby), • samo – synchrónna prúdová šifra, alebo tiež asynchrónna (so spätnou väzbou).

7. Synchrónna prúdová šifra • Pri takomto type prúdových šifier, prúd pseudonáhodných čísiel, ktoré tvoria kľúč je generovaný nezávisle od zdrojového alebo šifrovaného textu. • Vo väčšine prípadov je prúd hesla tvorený bitmi, teda ide o binárnu pseudonáhodnú postupnosť, ktorá sa kombinuje s daným textom pomocou operácie XOR. • Pokiaľ je napríklad číslo porušené prenosom (pridaním alebo stratou bitu) iba u jednej z číslic v texte, je číslo ovplyvnené, ale chyba sa nešíri do ďalších častí správy.

9. Samo-synchrónna prúdová šifra • patentovaná v roku 1946 • Samo-synchrónne prúdové šifry, teda šifry so spätnou väzbou, používajú na generovanie kľúča niekoľko N predchádzajúcich prvkov zašifrovaného textu. • Výhodou takéhoto typu šifry oproti predchádzajúcej je to, že prijímač sa dokáže automaticky synchronizovať po prijatí určitého počtu znakov zo šifrovaného textu.

11. Princíp spätnej väzby zo zašifrovaného textu • Na výpočte aktuálneho hesla sa podieľa niekoľko zašifrovaných znakov z výstupu zašifrovaného textu. Nevýhodou je, že pri výskyte poruchy pri prenose je vo výstupnom texte poškodený nielen jeden znak, ale aj niekoľko nasledujúcich znakov.

12. Princíp spätnej väzby z výstupu šifrovacieho algoritmu (hesla) • Výstup do šifrovacieho algoritmu sa nepoužíva zašifrovaný text, ale heslo, ktoré je výstupom šifrovacieho algoritmu. Výhodou je, že pri chybe v prenose sa poškodia iba znaky prenášané v čase trvania poruchy kanála.

13. Výhody prúdových šifier • šifrovací a dešifrovací algoritmus je rovnaký, to vyplýva z vlastnosti operácie XOR, • ak sa pri prenose šifrovaného textu vyskytne chyba, tak pri dešifrovaní to ma vplyv len na znaky pri ktorých chyba nastala. (šifry bez spätnej väzby), • jednoduché matematické operácie, • rýchlosť šifrovania a dešifrovania (závisí len od algoritmu, nemá na ňu vplyv čas na načítanie bloku), • vhodnosť použitia v mobilných rádiových sieťach.

14. Nevýhody prúdových šifier • zabezpečujú len dôvernosť, • jednoduchá modifikácia prenášaných údajov, keďže údaje sú šifrované presne v takom poradí ako vstupujú na šifrovanie, čiže ak niekto pozná poradie prenášaných údajov, môže ich jednoducho pozmeniť bez nutnosti zisťovania hesla, • pri použití spätnej väzby sa pri výskyte chyby v prenose poškodí nielen výstupný znak pri prenose ktorého došlo ku chybe, ale aj niekoľko nasledujúcich znakov.

15. Príklady prúdových šifier • RC 4 (RivestCipher) – je symetrická prúdová šifra, bola vynájdená v roku 1987 RonomRivestom. Je používaná v rôznych populárnych protokoloch ako sú napríklad SSL, ktorý slúži na zabezpečenie internetovej komunikácie a protokol WEP na zabezpečenie komunikácie v bezdrôtových sieťach • A 5 – bola vynájdená v roku 1987. Je štandardizovaná v celej Európe a v USA. Je používaná na zaistenie bezpečnosti GSM sietí, pri komunikácií mobilnej stanice MS so základňovou stanicou BTS, ktorá prebieha vzduchom pomocou rádiových vĺn. Šifrovanie komunikácie medzi BTS a ostatnou sieťou GSM sa nevykonáva, nakoľko odpočúvanie optických vlákien je zložité

16. Použitá literatúra • [1] http://server.gphmi.sk/pages/sifry/pbs.html • [2] http://kris.uniza.sk/franekova/KB/KB/mat/teoria_lab5.pdf • [3] https://akela.mendelu.cz/~foltynek/KAS/elearning/KAS_PDF.pdf • [4] Prednášky z Komunikačnej bezpečnosti

17. Ďakujem za pozornosť