Така система може будуватись як і безумовно стійка криптосистема. У обчислювально стійких криптосистемах замість ключової послідовності Кi використовують Гi.

Процес - процес гамаутворення (шифроутворення).

Розшифровування здійснюється аналогічно з безумовно стійкою криптосистемою:

Ключ повинен породжуватись рівно ймовірно, випадково та незалежно. Як правило, більшість пристроїв працюють з бітами.

Функція Ш, для забезпечення необхідного рівня стійкості, повинна задовольняти ряду складних умов:

Період повторення повинен бути не менше допустимої величини:

Закон формування гами повинен забезпечувати „секретність” гами. Тобто, Гі повинна протистояти криптоаналітику

В якості показника оцінки складності гами використовується структурна скритність:

де - повний період;

- кількість бітів, які криптоаналітик повинен одержати, щоб зробити обернення функції Ш, тобто знайти ключ.

Відновлюваність гами в просторі та часі.

Відсутність колізії, тобто, співпадання відрізків гами.

Розглянута система відноситься до класу симетричних.

В якості оцінки стійкості використовується така множина параметрів

1. =128, 192, 256, 512

2. біт.

3. Безпечний час для атаки типу „груба сила”:

4. Відстань єдності шифру . Можна показати, що для обчислювально стійкої криптосистеми справедливо співвідношення:

де - умовна апостеріорна ентропія криптоаналітика;

- ентропія джерела ключів;

l - довжина зашифрованого тексту або гами;

d - збитковість мови (під надмірністю d розуміється ступінь корельованості (залежності) символів у мові і не порівняно ймовірностні їхньої появи в повідомленні);

m - розмірність алфавіту.

Криптоаналіз вважається успішним, якщо =0.

Фізичний зміст l0 - мінімальна кількість гами шифрування, яку необхідно достовірно перехопити, щоби мати можливість розв'язати задачу визначення ключа, або обернення функції Ш. Якщо n < l0 , то однозначно повідомлення.

Імовірно стійка криптосистема відноситься до класу асиметричної:

При відомому одного з цих ключів складність повинна бути не нижче ніж субекспоненціальна

В залежності від виду двохключових перетворень криптоперетворення можна розділити на:

1) криптоперетворення в кільцях. Задача факторизації модуля на два простих числа:

2) криптоперетворення в полях Галуа GF(p). Задача розв'язання обернення функції:

де - відкритий ключ;

- первісний елемент;

- особистий ключ;

Р - просте число.

3) криптоперетворення в групах точок еліптичних кривих E(GF(q)). Задача розв'язання дискретного логарифму:

де d - особистий ключ;

Q - відкритий ключ;

G - базова точка;

q - поле.

2. МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ КРИПТОПЕРЕТВОРЕНЬ

Криптоперетворення розподіляються на:

- симетричні, якщо виконується умова:

або ключ обчислюється не нижче ніж з поліноміальною складністю;

-асиметричні, якщо виконується умова:

або ключ може бути обчислений при знанні іншого не нижче ніж з субекспоненційною складністю.

Поліноміальною складністю називається така складність, при якій n входить в основу:

Субекспоненційною складністю називається така складність, при якій n входить в показник:

Основною ознакою для таких криптоперетворень являється ключ (або ключі). Кожне криптоперетворення задається прямим і зворотнім перетворенням:

Основні асиметричні криптоперетворення по математичному базису:

1) перетворення в полях GF(p);

2) перетворення в кільцях NZ;

3) перетворення на еліптичних кривих EC.

Основні симетричні криптоперетворення по математичному базису:

1) афінні:

де А - деяка матриця;

2) нелінійні: не можна представити у вигляді лінійної функції.

В залежності від виду симетричні криптоперетворення діляться на:

- підстановка;

- гамування;

- управляємий зсув бітів;

- перестановка і інші елементарні перетворення.

Сутність асиметричних криптоперетворень в кільці

Нехай Мі - блок інформації, який треба захистити. Представимо цей блок у вигляді числа lM. Використовується ключова пара (Ек, Dк), що породжується випадково.

Пряме перетворення:

де - функція Ейлера.

Зворотне перетворення:

т.ч. перетворення зворотне і однозначне.

Стійкість проти атак в кільці визначається складністю факторизації числа N на прості числа P та Q.

Сутність асиметричних криптоперетворень в полі

Нехай є просте поле Галуа GF(p). Для кожного p існує множина первісних елементів:

Кожний первісний елемент породжує поле:

Криптоперетворення пов'язані з побудуванням пари ключів. Нехай є два користувачі А та В.

А	В
ХА	ХВ

де ХА, ХВ - випадкові ключі довжиною lk;

YА, YВ - відкриті ключі.

При побудуванні використовуються властивості поля.

де r - сеансовий ключ.

Користувач А передає користувачу В пару . Потім користувач В обчислює:

Таким чином, перетворення в полі є зворотнім та однозначним.

Модель криптоаналітика заключається в тому, що необхідно знайти ХВ. Реалізуючи рівняння відносно ХВ одержимо секретний ключ. Стійкість проти атак в полі визначається складністю розв'язання рівняння .

Сутність асиметричних криптоперетворень в групі точок еліптичних кривих

За 20 років розроблено нові математичні апарати, які дозволяють ефективно розв'язувати рівняння, що реалізовані в полях та кільцях. В 90-х роках було запропоновано використовувати криптоперетворення, що базуються на перетвореннях в групі точок еліптичних кривих над полями GF(p), GF(2m), GF(pm).

Для випадку простого поля:

елементом перетворення є точка на еліптичній кривій, тобто ,що обчислюється за модулем р. Формується ключова пара:

, де .

де G - базова точка на еліптичній кривій порядку

QA - відкритий ключ, точка на еліптичній кривій з координатами (ха, уа).

Задача криптоаналітика знайти таємний ключ dA. Складність розв'язку цього рівняння набагато вище, ніж в полі. В полі - субекспоненційна складність, а в групі точок еліптичних кривих - експоненційна складність.

3. СИМЕТРИЧНІ КРИПТОПЕРЕТВОРЕННЯ

Застосовувані на практиці криптоперетворення розділяють на 2 класи по стійкості:

обчислювально стійкі.

ймовірно стійкі (доказово стійкі).

Основним показником, по якому оцінюються такого роду системи є безпечний час:

Nвар - кількість команд, операцій для рішення задачі криптоаналізу.

- продуктивність криптосистеми, вар/сек.

k - коефіцієнт кількості сек/рік

Рр - імовірність рішення задачі.

ВР і ДС повинні задовольняти. До доказово стійких перетворень відносять перетворення з відкритими ключами, з відкритим поширенням ключів і т.д. У цих системах задача криптоаналізу полягає в рішенні якоїсь іншої математичної задачі. Обчислювально стійкі системи реалізуються за рахунок застосування симетричних криптоперетворень.

У симетричних криптосистемах ключ зашифрування або збігається з ключем розшифрування, або обчислюється один з іншого з поліноміальною складністю.

Поліноміальна складність

Нехай n - розмірність вхідних даних, що підлягають криптоперетворенню і нехай t(n) є складність перетворення цих даних у сек. тактах, командах. Складність називають поліноміальної, якщо вона представлена:

- набір констант.

- експонентна складність

В даний час як функцію f реалізуючої криптоперетворення використовуються афінні шифри.

Афінне перетворення - перетворення, яке можна одержати комбінуючи рухи, дзеркальні відображення і гомотепію в напрямку координатних осей.

Гомотепія - перетворення простору чи площини щодо точки по направляючим осях з коефіцієнтами.

До афінних шифрів відносяться шифри зрушення, лінійні афінні шифри.

У потокових криптоперетвореннях об'єктами взаємодії є символи повідомлення Мi і символи ключа j, причому з використанням символів ключа формується Гi.

Мi , j ,

Рис 1

Розшифрування:

При обчисленні необхідно строго синхронізувати по i, тобто: Гi при розшифруванні і зашифруванні та сама.

М - ічне шифрування (по mod).

Приклад:

Двійкове гамування

Гi повинна породжуватися псевдовипадковим чи випадковим процесом. Реалізація процесу повинна залежати від вихідного ключа.

Правильне розшифрування виконується за умови, що відправник і одержувач використовують той самий ключ, вони можуть сформувати однакові гами. Необхідно забезпечити синхронізацію по i.

Симетричні криптоперетворення, якщо або:

або можуть бути обчислені один при знанні іншого не нижче ніж з поліноміальною складністю.

Симетричні шифри діляться на блокові та потокові шифри.

Блокові симетричні шифри використовуються в чотирьох режимах роботи:

1) блокового шифрування;

2) потокового шифрування;

3) потокового шифрування зі зворотнім зв'язком по криптограмі;

4) вироблення імітоприкладки;

5) вироблення псевдопослідовностей (ключів).

Побудування таких шифрів здійснюється на використані декількох елементарних табличних або криптографічних перетворень. До них відносяться:

- афінні перетворення;

- перетворення типу підстановка (перестановка) символів;

- гамування (складання з ключем);

- аналітичної підстановки (заміни).

Основні криптоперетворення симетричного типу

Афінний шифр

Твердження 1

Нехай є мова за алфавітом і алфавіт мови співпадає з алфавітом криптограми. Кожному символу поставлене число. Тоді існує афінний шифр з ключем , елементами якого є:

якщо найменший спільний дільник .

В афінному шифрі зашифровування здійснюється таким чином:

а розшифровування:

де

Цей шифр є однозначно зворотнім.

Лінійний шифр

Твердження 2

Якщо в афінному шифрі , то існує лінійний взаємозворотній шифр, у якому зашифровування здійснюється як:

а розшифровування:

Твердження 3

Якщо в афінному шифрі , то існує адитивний однозначно зворотній шифр правилом шифрування:

доведення здійснюється з урахуванням афінного шифру

У вказаних шифрах вимога не виконується. Симетрія шифру заключається в тому, що ключі поліноміально легко зв'язані і один може бути легко визначени при знанні іншого.

Шифр „Підстановка в полі”

Розв'язок можна звести до розв'язку діафантового рівняння:

Таким чином:

Нехай , таким чином поліном :

Як правило, таке перетворення використовується як табличне. Воно здійснюється без ключа, ключем може бути тільки примітивний поліном.