Шифрование гаммированием — это шифрование симметричным методом, сущность которого заключается в «наложении» последовательности, сформированной из случайных чисел, на открытый текст.
Введение
Шифрование гаммированием (в англоязычной версии stream cipher) - это метод шифрования, при котором используется последовательность случайных символов (гамма), которая комбинируется с исходным текстом с использованием операции XOR (исключающее ИЛИ). Такой метод шифрования отличается от блочного шифрования, при котором данные разбиваются на блоки фиксированной длины и шифруются отдельно.
Шифрование гаммированием широко используется в криптографических системах, таких как Secure Sockets Layer (SSL), Transport Layer Security (TLS) и другие. При этом гамма может быть сгенерирована с помощью псевдослучайного генератора или с помощью аппаратного источника случайных чисел.
Особенностью шифрования гаммированием может считаться тот факт, что если гамма является случайной и используется только один раз, то шифрованный текст будет иметь свойство неразличимости с исходным текстом без знания ключа. Однако, если гамма будет повторно использована, то система станет уязвимой, и ее защита будет нарушена.
Для того чтобы зашифровать сообщение с помощью гаммирования, необходимо сначала сгенерировать ключевой поток гаммы. Ключевой поток гаммы должен быть сгенерирован из случайных чисел. Эти числа должны быть непредсказуемыми и независимыми друг от друга. После того как ключевой поток гаммы был сгенерирован, его можно использовать для шифрования и дешифрования сообщения. Для этого каждый символ сообщения должен быть скомбинирован с символом ключевого потока гаммы с помощью XOR. Чтобы расшифровать зашифрованное сообщение, необходимо применить тот же самый ключевой поток гаммы снова.
Шифрование гаммированием
Шифрование гаммированием считается безопасным методом шифрования, если ключевой поток гаммы является случайным и непредсказуемым. Кроме того, для обеспечения безопасности, гамма не должна быть повторно использована для шифрования нескольких сообщений. Если гамма повторно используется, ее безопасность может быть нарушена. В целом, шифрование гаммированием в сочетании с уникальным ключом является одним из наиболее быстрых и безопасных методов шифрования.
Есть несколько способов генерации ключевого потока гаммы. Один из наиболее распространенных способов - это использование генератора псевдослучайных чисел. Однако, если генератор псевдослучайных чисел недостаточно безопасен, то ключевой поток гаммы может быть предсказуемым. Это может позволить злоумышленнику узнать зашифрованное сообщение без знания ключа.
Другой способ генерации ключевого потока гаммы - это использование физических процессов, таких как тепловой шум или радиоактивный распад. Эти процессы гарантируют, что ключевой поток гаммы будет действительно случайным и непредсказуемым. Однако, эти способы генерации гаммы могут быть дорогими и сложными в реализации.
Важно отметить, что зашифрованное сообщение может быть вскрыто, если злоумышленнику удастся получить ключевой поток гаммы. Поэтому необходимо обеспечить безопасность передачи ключа гаммы вместе с зашифрованным сообщением. Это можно сделать с помощью дополнительных методов шифрования, таких как асимметричное шифрование или обмен ключами Диффи-Хеллмана.
В конечном итоге использование шифрования гаммированием может обеспечить высокую степень безопасности при передаче конфиденциальной информации, если генерация ключа гаммы выполняется без ошибок и происходит с использованием надежных методов.
Также важно отметить, что шифрование гаммированием имеет ряд преимуществ перед другими методами шифрования, а именно:
- Благодаря использованию ключевого потока гаммы, шифрование гаммированием обеспечивает высокую степень защиты от криптоанализа методом подбора ключа.
- Этот метод шифрования позволяет обрабатывать данные любой длины, так что нет необходимости делать блоки данных фиксированной длины, как это делается, например, в алгоритме шифрования блоков DES.
- Шифрование гаммированием не приводит к расширению сообщения, как это происходит, например, в алгоритме шифрования RSA.
Однако, шифрование гаммированием также имеет свои недостатки:
- Генерация ключа гаммы может потребовать значительных вычислительных ресурсов и времени, что может быть проблемой при шифровании больших объемов данных.
- Защита от криптоанализа может быть нарушена, если злоумышленник сможет получить достаточно большое количество зашифрованных сообщений и соответствующих ключевых потоков гаммы.
- Шифрование гаммированием не является устойчивым к ошибкам передачи данных, поэтому необходимы дополнительные механизмы проверки целостности и коррекции ошибок.
Несмотря на некоторые недостатки, шифрование гаммированием остается одним из наиболее эффективных и надежных методов шифрования, который широко используется в различных областях. Это, например, информационная безопасность, защита персональных данных, телекоммуникации, банковское дело и другие.
Рассмотрим конкретный пример, предположим, что символам исходного алфавита соответствуют числа от 0 (А) до 32 (Я). Если обозначить число, которое соответствует исходному символу, x, а символу ключа – k, то может быть сформировано следующее правило гаммирования:
z = x + k (mod N),
где:
- z является закодированным символом,
- N является количеством символов в алфавите,
- сложение по модулю N является операцией, аналогичной обычному сложению, с тем отличием, что если обычное суммирование дает результат, больший или равный N, то значением суммы считается остаток от деления его на N.
К примеру, выполним сложение по модулю 33 символов Г (3) и Ю (31):
3 + 31 (mod 33) = 1,
то есть в результате получается символ Б, который соответствует числу 1. Наиболее часто на практике используется двоичное гаммирование, то есть используется двоичный алфавит, а сложение производится по модулю два.
