МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

( ФГБОУ ВПО ВГУ)

Факультет прикладной математики, информатики и механики

Кафедра технической кибернетики и автоматического регулирования

Алгоритм и программа генерации ключевой информации

Дипломная работа

Специальность: 010501 Прикладная математика и информатика

Специализация: 010213 Математическое и программное обеспечение защиты информации

Допущен к защите в ГАК

Зав. кафедрой: __________ д. т. н., профессор Лозгачев Г. И.

Руководитель: __________ к. т. н. доцент Воронков Б. Н.

Выполнил: __________ студент 5-го курса д/о Уваров Р. Л.

Рецензент

Воронеж

2013

---

СОДЕРЖАНИЕ

Список основных сокращений 3

Введение 6

Постановка задачи 7

1. ГПСП в системах защиты информации 8

1.1 ГПСП и шифрование мультимедийных данных 8

1.2 ГПСП и хэширование 10

1.3 ГПСП и криптографические протоколы 10

1.4 Вероятностное шифрование и алгоритм Эль-Гамаля 12

2. Принципы построения и классификация ГПСП 15

2.1 Два варианта построения ГПСП 15

2.2 Криптографические ГПСП 16

2.3 Линейные ГПСП 28

2.4 Нелинейные ГПСП 36

3. Конечные поля и ГПСП 40

3.1 Основные понятия теории конечных полей 40

3.2 Стохастические ГПСП 41

4. Описание программы 54

4.1 Основные сведения 54

4.2 Инструкция по работе с программой 58

Заключение 67

Библиографический список 68

Приложение 69

---

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

1. ГПСП – генератор псевдослучайной последовательности.

2. ПСП – псевдослучайная последовательность.

3. СБИС – сверхбольшая интегральная схема.

4. LFSR – Linear Feedback Shift Register (регистр сдвига с линейной обратной связью).

5. RFSR – Random Feedback Shift Register (стохастический генератор псевдослучайной последовательности).

6. БУ – блок умножения.

7. OFB - Output FeedBack (режим обратной связи вывода).

8. БИС - большая интегральная схема.

9. CRC - Cyclic Redundancy Check (алгоритм нахождения циклического избыточного кода).

10. MDC - Modification Detection Code (код проверки целостности сообщения).

11. CBC - Cipher Block Chaining (режим сцепления блоков шифротекста).

---

ВВЕДЕНИЕ

Сфера применения генераторов псевдослучайных последовательностей (ГПСП) чрезвычайно широка. Можно выделить, на­пример, следующие области их использования:

• космическая связь;

• коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки;

• встроенное самотестирование сверхбольшой интегральной схемы (СБИС);

• защита информации и др.

Качественные псевдослучайные последовательности, являясь по своей сути детерминированными, обладают, тем не менее, практически всеми свойствами реализаций истинно случайных процессов и успешно их заменяют, так как случайные последова­тельности чрезвычайно сложно формировать.

Настоящая работа посвящена в первую очередь ГПСП, ориентированным на использование в системах защиты информации от случайных и умышленных деструктивных воз­действий. Вначале рассматриваются общие принципы про­ектирования непредсказуемых ГПСП, требования к таким устройствам, описываются основные строительные бло­ки, используемые при их создании. Уделяется внимание конгру­энтным генераторам, регистрам сдвига с линейными (LFSR) и нелинейными обратными связями. Далее рассматри­вается важнейший класс ГПСП, а именно последовательности, формируемые генераторами, функционирующими в конечных полях. И в завершении целиком посвящена теории стохастических ГПСП (RFSR), основными достоинствами которых являются эффективная программная и аппаратная реализация, высокое быстродействие. По этим параметрам RFSR очень незна­чительно уступают LFSR, при этом в отличие от последних являются нелинейными и обладают всеми свойствами криптографи­ческих ГПСП. Приво­дятся сведения о разработанной программе, предназначенной для генерации ПСП.

---

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1. Провести сравнительный анализ известных генераторов псевдослучайных последовательностей, используемых при формировании ключей в комплексных системах защиты информации в вычислительных системах.

2. Реализовать криптографически стойкий алгоритм генерации ключевой последовательности.

3. Провести тестирование программы, сравнить свойства полученных последовательностей со свойствами истинно случайных последовательностей.

1. ГПСП В СИСТЕМАХ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

1.1. ГПСП И ШИФРОВАНИЕ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ДАННЫХ [8]

Наиболее эффективным и перспективным методом защиты ин­формации является ее криптографическое преобразование (шиф­рование для обеспечения секретности информации или формиро­вание контрольного кода для проверки аутентичности информа­ции). Более того, в некоторых случаях этот метод является единст­венно возможным.

В общем случае процессы зашифрования и расшифрования могут быть описаны следующим образом

Еk: Р → С, Dk: С → Р,

где Еk, Dk, k, Р и C соответственно функции зашифрования и рас­шифрования, секретный ключ, пространство открытых текстов и пространство шифротекстов. При этом для любого x справедливо

D_k(E_k(x)) = x.

На рис. 1.1, а показана схема абсолютно стойкого шифра. Шифрование информации по этой схеме суть наложение на входную информационную последовательность p ключевой по­следовательности k. Операция наложения, называемая гаммированием, осуществляется с помощью некоей функции F (в качест­ве которой очень часто используется операция XOR). Иными сло­вами, для каждого элемента сi зашифрованной последовательно­сти с справедливо

ci = F(Pi, ki),

где p_i, k_i - i-e элементы соответственно исходной информацион­ной последовательности р и ключевой последовательности k, i = (1, m), m - длина последовательностей р, с и k. Расшифрование осуществляется с использованием функции F-1, обратной F:

рi = F^-1(ci, ki),

Абсолютная стойкость криптосхемы объясняется отсутствием каких-либо закономерностей в зашифрованных данных. Против­ник, перехвативший шифротекст, не может на основе его анализа получить какую-либо информацию об исходном тексте. Это свойство достигается при выполнении трех требований:

• равенство длин ключа и исходного текста;

• случайность ключа;

• однократное использование ключа.

Дополнительные требования, предъявляемые к этой схеме, де­лают ее слишком дорогой и непрактичной. В результате на прак­тике применяется схема, показанная на рис. 1.1, б, надежность которой определяется качеством используемого генератора ПСП. Функция генератора ПСП состоит в том, чтобы, используя корот­кий секретный ключ k как зародыш, сформировать длинную псевдослучайную последовательность γ. Каждый элемент р_i исходной последовательности р шифруется независимо от других с использованием соответствующего элемента γ_i ключевой после­довательности γ:

---

Смотрите также файлы

• Раздатка.docx

• Доклад.docx

• Лекция 4.docx

• Лекция 5.docx

• Лекция 1.doc