Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ ПСП ДЛЯ ПОТОЧНОГО ШИФРОВАНИЯ ДАННЫХ
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ФОРМИРОВАНИЮ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ 6
1.1 Основы поточного шифрования 6
1.2 Псевдослучайные последовательности в потоковом шифровании и
теоретические основы их формирования 9
1.3 Источники формирования псевдослучайных последовательностей
1.4 Криптостойкие методы формирования псевдослучайных
последовательностей 16
1.5 Статистические тесты для проверки генераторов псевдослучайных
последовательностей 19
1.6 Задачи исследования 25
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ
ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ДЛЯ ПОТОЧНОГО
ШИФРОВАНИЯ ДАННЫХ 26
2.1 Основные параметры алгоритмов генерации ПСП 26
2.2 Примеры реализации алгоритмов ПСП 27
2.2.1 Вихрь Мерсенна 27
2.2.2 Линейный конгруэнтный 30
2.2.3 Мультипликативный метод Фибоначчи с запаздыванием 32
2.3 Разработка метода формирования ПСП 33
2.4 Исследование разработанного метода формирования ПСП с помощью
статистических тестов 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ФОРМИРОВАНИЮ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ 6
1.1 Основы поточного шифрования 6
1.2 Псевдослучайные последовательности в потоковом шифровании и
теоретические основы их формирования 9
1.3 Источники формирования псевдослучайных последовательностей
1.4 Криптостойкие методы формирования псевдослучайных
последовательностей 16
1.5 Статистические тесты для проверки генераторов псевдослучайных
последовательностей 19
1.6 Задачи исследования 25
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ
ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ДЛЯ ПОТОЧНОГО
ШИФРОВАНИЯ ДАННЫХ 26
2.1 Основные параметры алгоритмов генерации ПСП 26
2.2 Примеры реализации алгоритмов ПСП 27
2.2.1 Вихрь Мерсенна 27
2.2.2 Линейный конгруэнтный 30
2.2.3 Мультипликативный метод Фибоначчи с запаздыванием 32
2.3 Разработка метода формирования ПСП 33
2.4 Исследование разработанного метода формирования ПСП с помощью
статистических тестов 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
В последнее время вырос интерес к вопросам защиты информации в связи с развитием компьютерных систем для передачи, хранения, сбора информации. Развитие компьютерных сетей вызывает появление больших возможностей для несанкционированного доступа к передаваемой информации и хранимой информации. Что в свою очередь, вызывает необходимость обеспечения целостности, конфиденциальности и доступности информации. Существуют различные способы защиты информации: физические (препятствие); законодательные; управление доступом; криптографическое закрытие. Наибольший интерес представляют криптографические способы защиты информации.
Криптография в переводе с древнегреческого означает "тайнопись". Это последовательность символов (открытый текст) подвергается некоторому преобразованию (в котором используется ключ), и в результате получается закрытый текст, непонятный тому, кто не знает алгоритма шифрования и ключа.
Для преобразования (шифрования) обычно используется некоторый алгоритм или устройство, реализующее заданный алгоритм, которые могут быть известны широкому кругу лиц. Управление процессом шифрования осуществляется с помощью периодически меняющегося кода ключа, обеспечивающего каждый раз оригинальное представление информации при использовании одного и того же алгоритма или устройства. Знание ключа позволяет просто и надёжно расшифровать текст. Но без знания ключа эта процедура может быть практически невыполнима даже при известном алгоритме шифрования. Даже простое преобразование информации является весьма эффективным средством, дающим возможность скрыть её смысл от большинства неквалифицированных нарушителей.
Неотъемлемым элементом практически любой системы шифрования, независимо от ее сложности и назначения, являются программные и программно-аппаратные средства последовательностей (ПСП).
В задачах шифрования генераторы ПСП используются либо непосредственно, либо в составе генераторов случайных последовательностей, либо на их основе строятся алгоритмы хеширования информации. В последних двух случаях качество операций генерации случайных последовательностей и хеширования определяется в первую очередь качеством используемых генераторов ПСП.
Таким образом, именно от свойств генераторов ПСП, особенно в тех случаях, когда необходимо обеспечить надежную работу систем шифрования при наличии случайных и умышленных деструктивных воздействий, в значительной степени зависит целостность и сохранность информации. К ним предъявляются жесткие требования, в первую очередь по таким параметрам, как непредсказуемость, статистические и периодические свойства.
В настоящий момент существует трудно разрешимое противоречие между непредсказуемостью генераторов ПСП, с одной стороны, и их производительностью и эффективностью реализации. Поэтому актуальной научной задачей является создание новых алгоритмов генерации ПСП, сочетающих в себе непредсказуемость, высокое быстродействие и эффективную реализацию на различных платформах.
Целью данной выпускной квалификационной работы является: разработка и исследование метода генерации ПСП для применения в задачах поточного шифрования данных.
Для достижения поставленной цели необходимо сформируем следующие задачи, которые будут решены в ходе выполнения данной ВКР:
1) Сформулировать требования, предъявляемые к системе потокового шифрования;
2) Провести анализ существующих алгоритмов формирования ПСП;
3) Провести оценку существующих методов анализа “случайности” методов формирования ПСП;
4) Разработать и исследовать метод формирования ПСП для задач шифрования данных;
5) Провести сравнительные исследования разработанного метода генерации ПСП и стандартных методов генерации ПСП;
6) Разработать рекомендации по использованию генераторов ПСП в задачах шифрования данных.
Криптография в переводе с древнегреческого означает "тайнопись". Это последовательность символов (открытый текст) подвергается некоторому преобразованию (в котором используется ключ), и в результате получается закрытый текст, непонятный тому, кто не знает алгоритма шифрования и ключа.
Для преобразования (шифрования) обычно используется некоторый алгоритм или устройство, реализующее заданный алгоритм, которые могут быть известны широкому кругу лиц. Управление процессом шифрования осуществляется с помощью периодически меняющегося кода ключа, обеспечивающего каждый раз оригинальное представление информации при использовании одного и того же алгоритма или устройства. Знание ключа позволяет просто и надёжно расшифровать текст. Но без знания ключа эта процедура может быть практически невыполнима даже при известном алгоритме шифрования. Даже простое преобразование информации является весьма эффективным средством, дающим возможность скрыть её смысл от большинства неквалифицированных нарушителей.
Неотъемлемым элементом практически любой системы шифрования, независимо от ее сложности и назначения, являются программные и программно-аппаратные средства последовательностей (ПСП).
В задачах шифрования генераторы ПСП используются либо непосредственно, либо в составе генераторов случайных последовательностей, либо на их основе строятся алгоритмы хеширования информации. В последних двух случаях качество операций генерации случайных последовательностей и хеширования определяется в первую очередь качеством используемых генераторов ПСП.
Таким образом, именно от свойств генераторов ПСП, особенно в тех случаях, когда необходимо обеспечить надежную работу систем шифрования при наличии случайных и умышленных деструктивных воздействий, в значительной степени зависит целостность и сохранность информации. К ним предъявляются жесткие требования, в первую очередь по таким параметрам, как непредсказуемость, статистические и периодические свойства.
В настоящий момент существует трудно разрешимое противоречие между непредсказуемостью генераторов ПСП, с одной стороны, и их производительностью и эффективностью реализации. Поэтому актуальной научной задачей является создание новых алгоритмов генерации ПСП, сочетающих в себе непредсказуемость, высокое быстродействие и эффективную реализацию на различных платформах.
Целью данной выпускной квалификационной работы является: разработка и исследование метода генерации ПСП для применения в задачах поточного шифрования данных.
Для достижения поставленной цели необходимо сформируем следующие задачи, которые будут решены в ходе выполнения данной ВКР:
1) Сформулировать требования, предъявляемые к системе потокового шифрования;
2) Провести анализ существующих алгоритмов формирования ПСП;
3) Провести оценку существующих методов анализа “случайности” методов формирования ПСП;
4) Разработать и исследовать метод формирования ПСП для задач шифрования данных;
5) Провести сравнительные исследования разработанного метода генерации ПСП и стандартных методов генерации ПСП;
6) Разработать рекомендации по использованию генераторов ПСП в задачах шифрования данных.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы магистра были исследованы особенности существующих подходов к формированию псевдослучайных последовательностей для поточного шифрования данных. На основе данного исследования были сделаны выводы, которые позволили модифицировать существующий мультипликативный конгруэнтный метод формирования для использования его в задачах поточного шифрования данных. Сформированы требования, предъявляемые к псевдослучайным последовательностям, применяемым в потоковых системах шифрования. Проведен анализ существующих алгоритмов формирования ПСП. Даны примеры методик оценки случайности псевдослучайных последовательностей и проведен анализ некоторых известных методов формирования ПСП наряду с разработанным методом.
Разработан и исследован метод формирования псевдослучайной последовательности, который обладает свойствами, которые позволяют использовать генерируемые последовательности в поточном шифровании данных. Проведены сравнительные исследования ПСП сформированных следующими методами: Вихрь Мерсенна, Мультипликативный конгруэнтный метод, Разработанный метод формирования ПСП.
На основании данных исследований можно сделать вывод, что для задач поточного шифрования пригодны: вихрь Мерсенна (ограничено, т.к. не отвечает всем параметрам крипто-стойкости) и разработанный метод формирования ПСП с использованием в качестве порождающей последовательность случайные числа от физического генератора, либо полученные с помощью Вихря Мерсенна.
Разработаны рекомендации по выбору начальных параметров для разработанного метода формирования ПСП которые позволяют увеличить период повтора последовательности и улучшить случайность ее элементов за счет устранения паттернов.
Разработан и исследован метод формирования псевдослучайной последовательности, который обладает свойствами, которые позволяют использовать генерируемые последовательности в поточном шифровании данных. Проведены сравнительные исследования ПСП сформированных следующими методами: Вихрь Мерсенна, Мультипликативный конгруэнтный метод, Разработанный метод формирования ПСП.
На основании данных исследований можно сделать вывод, что для задач поточного шифрования пригодны: вихрь Мерсенна (ограничено, т.к. не отвечает всем параметрам крипто-стойкости) и разработанный метод формирования ПСП с использованием в качестве порождающей последовательность случайные числа от физического генератора, либо полученные с помощью Вихря Мерсенна.
Разработаны рекомендации по выбору начальных параметров для разработанного метода формирования ПСП которые позволяют увеличить период повтора последовательности и улучшить случайность ее элементов за счет устранения паттернов.