РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Безопасная цифровая система связи 8
1.1 Криптография 10
1.2 Алгоритмы шифрования 10
1.3 Типы криптографических алгоритмов 11
1.4 Основы шифрования 12
1.5 Реализация Криптосистемы 13
1.6 Передовой стандарт шифрования AES 14
1.7 Алгоритм AES 18
2 Режимы работы AES 27
2.1 Режим электронной кодовой книги 27
2.2 Режим цепного кодирования 29
2.3 Режим шифрования с обратной связью 31
2.4 Режим выходной обратной связи 33
2.5 Режим счетчика 35
2.6 Преимущества использования режима счетчика 37
3 Реализация AES в MATLAB 39
3.1 Реализация полиномиального умножения 39
3.2 Основная схема реализации AES 40
3.3 Функции инициализации 41
3.4 Генерация таблицы подстановки 42
3.5 Раундовая константа 47
3.6 Расширение ключа 48
3.7 Полиномиальные матрицы 51
3.8 Шифрование 54
3.9 Дешифровка 59
4 Шифрование аудио и изображений в MATLAB с использованием AES .. 62
4.1 Шифрование аудиоданных 62
4.2 Шифрование голоса 66
4.3 Шифрование изображения 71
5 Показатели ошибок передачи AES 75
5.1 Лавинный эффект 75
5.2 Рост битовых ошибок 77
5.3 Рост битовой ошибки в режиме счетчика 81
6 Реализация улучшенного режима шифрования AES и исследование
помехостойкости алгоритмов в канале связи с воздействием АБГШ 88
6.1 AES в режиме ECB 90
6.2 AES в режиме CTR 90
6.3 Сравнительный анализ характеристик режима AES-ECB и AES-CTR 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 98
Приложение А - Блок-схема работы алгоритма AES 100
Приложение Б - Структурная схема работы режима AES-CTR 101
Приложение В - Функциональная схема передачи аудиоданных через
алгоритм AES-ECB 102
Приложение Г - Функциональная схема передачи аудиоданных через алгоритм AES-CTR 103
Приложение Д - Функциональная схема передачи изображения через алгоритм AES-ECB 104
Приложение Е - Функциональная схема передачи изображения через
алгоритм AES-CTR 105
Приложение Ж - Функциональная схема исследования битовых ошибок алгоритма AES-ECB 106
Приложение И - Функциональная схема исследования битовых ошибок алгоритма AES-CTR c зашумленным блоком данных 107
Приложение К - Функциональная схема исследования битовых ошибок алгоритма AES-CTR c зашумленным блоком счетчика 108
Приложение Л - Функциональная схема исследования битовых ошибок алгоритма AES-CTR c зашумленным блоком данных и счетчика 109
Обеспечение защиты данных является главной задачей при подключении к внешней сети. Для этого существует множество технологий и протоколов, которые применяются в зависимости от типа организации соединения. Они же в свою очередь используют различные криптографические алгоритмы для шифрования. AES является стандартизованным алгоритмом, применяемым в большинстве протоколов защищенной передачи данных.
Так как скорость передачи и обработки - является главным показателем системы передачи, надо выполнить поиск методов его повышения. Чтобы это осуществить производится изучение и исследование различных режимов работы алгоритма AES.
На сегодняшний день большое развитие получают беспроводные методы передачи данных, что подразумевает более агрессивный канал связи. Необходимым является исследовать помехостойкость передачи защищенных данных. В данной работе, для этого реализовывается работа алгоритма AES в программном продукте MATLAB. Далее с помощью Simulink производится построение имитационной модели передачи различных типов данных с использованием алгоритмов шифрования. Исследуются различные параметры сигнала при передаче на этих моделях.
Для исследования помехостойкости алгоритмов между передатчиком и приемником ставится блок АГБШ имитирующий среду передачи с воздействием помех. При изменении интенсивности влияния внешних шумов, снимаются характеристики изменения количества битовых ошибок для различных режимов работы алгоритма AES. Полученные характеристики подтверждаются с помощью расчетов вероятностей ошибок разных режимов.
На основе сделанных выводов представлена новая реализация алгоритма AES-CTR которая с одной стороны обеспечивает хорошую скорость работы благодаря использования параллельных вычислений, с другой обеспечивает хорошую помехостойкость за счет уменьшения количества бит счетчика.
В данной работе было осуществлено шифрование голоса и изображения с использованием режима AES-ECB и AES-CTR. Проведен анализ помехостойкости данных, зашифрованных с использованием этих режимов AES, передаваемых по каналу с воздействием АГБШ. С использованием новой реализации режима счетчика был успешно подавлен рост битовой ошибки, который, кроме режима счетчика, влияет на обычные режимы шифрования, то есть блочные режимы, такие как AES-ECB. В новой реализации значение счетчика было уменьшено до 48 бит. Когда итерация счетчика достигает максимума, случайным образом генерируется, с использованием генератора псевдослучайных чисел (PRNG), новый 48 битный ключ. Основным параметром, используемым для оценки этого улучшения помехостойкости, является коэффициент частоты ошибок в битах (BER). Как отмечалось в разделе 5, результаты моделирования для AES-CTR в новой реализации показывают заметное улучшение по режимам блочного шифрования. Даже без использования блока исправления ошибок получилось снизить частоту ошибок бит до уровня незашифрованного сигнала. Важным моментом, который был обнаружен, является то, что сохранение значения счетчика имеет решающее значение для успеха дешифрования. При передаче в режиме счетчика использовалось несколько сценариев (от наилучшего к худшему): 1) Отсутствие ошибок счетчика и данных, 2) Отсутствие ошибок в счетчике, но данные с ошибкой, 3) Отсутствие ошибок в данных, но счетчик с ошибкой, 4) И счетчик, и данные содержат ошибки.
Также установлено, что дешифрование более надежное, когда счетчик не содержит ошибок. Поскольку режим ECB не использует счетчик, его BER значительно выше по сравнению с режимом CTR.
Также установлено, что дешифрование является более надежным когда счетчик не содержит ошибок. Поскольку режим ECB не использует счетчик, его BER значительно выше по сравнению с режимом CTR.
Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке и модернизации новых протоколов и устройств защищенной передачи данных для сетей связи различного назначения.
