UA140079U - METHOD OF CRYPTOGRAPHIC TRANSFORMATION OF INFORMATION - Google Patents

Abstract

Спосіб криптографічного перетворення інформації полягає в тому, що інформаційну послідовність подають у вигляді бітних блоків, які підлягають ітеративній обробці примітивними криптографічними перетвореннями: функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 (ShiftRow) - за допомогою відповідних пристроїв, підстановка (substitution) - за допомогою блоків підстановок (S-блоків); перемішування (permutation) за допомогою блоків перемішування кубиків (Р-блоків); функціональні операції ковзного кодування (SlidCode) за допомогою змішаних кодів Грея.The method of cryptographic transformation of information is that the information sequence is presented in the form of bit blocks, which are subject to iterative processing by primitive cryptographic transformations: functional operations of cyclic shift and addition modulo 2 (ShiftRow) - using appropriate devices, substitution - using substitution blocks (S-blocks); mixing (permutation) using blocks for mixing cubes (P-blocks); SlidCode functional operations using mixed Gray codes.

Description

Запропонована корисна модель належить до галузі криптографічного захисту інформації і може бути використана в засобах шифрування у системах обробки інформації для розширення їх можливостей.The proposed useful model belongs to the field of cryptographic information protection and can be used in encryption tools in information processing systems to expand their capabilities.

Відомий спосіб криптографічного перетворення (1), який грунтується на тому, що інформаційна послідовність подається у вигляді 64 бітних блоків, які підлягають ітеративній обробці примітивними криптографічними перетвореннями: перестановка (рептиіайоп) за допомогою блоків перестановок (Р-блоків); підстановка (зИиБ5ійшіоп) - за допомогою блоків підстановок (5-блоків); функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 за допомогою відповідних пристроїв. Ітеративна обробка полягає у багатократному виконанні однакових груп перетворень, що забезпечують необхідні умови стійкості криптографічного перетворення: розсіювання (за допомогою Р-блоків) та перемішування (за допомогою 5-блоків) інформаційних даних.There is a known method of cryptographic transformation (1), which is based on the fact that the information sequence is presented in the form of 64-bit blocks, which are subject to iterative processing by primitive cryptographic transformations: permutation (repetition) using permutation blocks (P-blocks); substitution (zIyB5iyshiop) - using blocks of substitutions (5-blocks); functional operations of cyclic shift and addition modulo 2 using appropriate devices. Iterative processing consists in multiple execution of the same groups of transformations, which provide the necessary conditions for stability of cryptographic transformation: scattering (using P-blocks) and mixing (using 5-blocks) of information data.

Недоліками цього способу є те, що для криптографічного перетворення інформації як 5- блок виступає фіксована матриця підстановок, що не дає змогу гнучко змінювати параметри криптографічної обробки та динамічно керувати процесом перемішування інформаційних даних, а також те що для функціональної операції перемішування використовуються фіксовані значення параметрів зсуву.The disadvantages of this method are that for the cryptographic transformation of information as a 5-block, a fixed matrix of substitutions acts, which does not allow to flexibly change the parameters of cryptographic processing and dynamically control the process of shuffling information data, as well as the fact that for the functional shuffling operation, fixed values of the shift parameters are used .

Найбільш близьким, до запропонованого технічним рішенням є удосконалений спосіб криптографічного перетворення (21, який грунтується на тому, що інформаційну послідовність подають у вигляді бітних блоків, які підлягають ітеративній обробці примітивними криптографічними перетвореннями: перемішування (рептиіайоп) за допомогою блоків перемішування кубиків (блоків РептиїЗО); підстановка (5!Црвійшіоп) за допомогою блоків підстановок (5-блоків); функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 (ЗПШАНОМ) за допомогою відповідних пристроїв. При цьому бітні блоки інформаційної послідовності подають у вигляді тривимірних матриць (кубиків) і як 5-блок формують змінну тривимірну матрицю підстановок, і будується отриманням мультиплікативно зворотного елемента х" над розширеним кінцевим полем Галуа СЕ(25) та шляхом виконання афінного перетворення у-М'х"--8 над примітивним двійковим полем Галуа СЕ(2), при цьому як матрицюThe closest to the proposed technical solution is the improved method of cryptographic transformation (21), which is based on the fact that the information sequence is presented in the form of bit blocks, which are subject to iterative processing by primitive cryptographic transformations: shuffling (reptiyop) with the help of cubes shuffling blocks (reptiyizo blocks) ; substitution (5!Crviyshiop) using substitution blocks (5-blocks); functional operations of cyclic shift and addition modulo 2 (ZPSHANOM) using appropriate devices. At the same time, the bit blocks of the information sequence are presented in the form of three-dimensional matrices (cubes) and as The 5-block forms a variable three-dimensional matrix of substitutions, and is constructed by obtaining the multiplicative inverse element x" over the extended finite Galois field CE(25) and by performing the affine transformation y-M'x"--8 over the primitive binary Galois field CE(2), at the same time as a matrix

М афінного перетворення використовують змінні обернені симетричні матриці, які вибираютьM affine transformation uses variable inverse symmetric matrices, which are chosen

Зо відповідно до значення циклового ключа, і функціональні операції циклічного зсуву не фіксовані, а залежать від стану ключа.Zo according to the value of the cyclic key, and the functional operations of the cyclic shift are not fixed, but depend on the state of the key.

Недоліками способу є те, що для криптографічного перетворення інформації як 5-блок виступає фіксована матриця підстановки, що не дає змогу гнучко змінювати параметри криптографічної обробки та динамічно керувати процесом підстановки інформаційних даних, і те що для криптографічного перетворення інформації параметри підстановки фіксовані, і те що для криптографічного перетворення інформації параметри циклічного зсуву фіксовані.The disadvantages of the method are that for the cryptographic transformation of information as a 5-block, a fixed substitution matrix is used, which does not allow to flexibly change the parameters of cryptographic processing and dynamically control the process of substitution of information data, and that for cryptographic transformation of information, the substitution parameters are fixed, and that for the cryptographic transformation of information, the cyclic shift parameters are fixed.

В основу винаходу поставлена задача створити спосіб криптографічного перетворення інформації який, за рахунок використання чотирьох тривимірних криптографічних перетворень (підстановки, перемішування, циклічного зсуву і ковзного кодування) дасть змогу гнучко змінювати параметри криптографічної обробки та динамічно керувати процесом циклічного зсуву і додавання за модулем 2, підстановка та перемішування інформаційних даних у тривимірному просторі, ії функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2, підстановка та перемішування не фіксовані, а залежать від етапу ключа, і ітеративна обробка примітивними криптографічними перетвореннями відбувається у такій послідовності: функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 (ЗпПІйНоОм), перемішування (рептиїайоп), підстановка (зйиБзійшіоп), функціональні операції ковзного кодування (51іаСоавє).The invention is based on the task of creating a method of cryptographic transformation of information, which, due to the use of four three-dimensional cryptographic transformations (substitution, shuffling, cyclic shift and sliding coding), will make it possible to flexibly change the parameters of cryptographic processing and dynamically control the process of cyclic shift and addition according to module 2, substitution and shuffling of information data in three-dimensional space, i.i. functional operations of cyclic shift and addition modulo 2, substitution and shuffling are not fixed, but depend on the stage of the key, and iterative processing by primitive cryptographic transformations occurs in the following sequence: functional operations of cyclic shift and addition modulo 2 (ZpPIiNoOm), shuffling (reptiiaiop), substitution (zyiBziysiop), functional operations of sliding coding (51iaSoavye).

Поставлена задача вирішується за рахунок того що спосіб криптографічного перетворення інформації, який полягає в тому, що інформаційну послідовність подають у вигляді бітних блоків, які підлягають ітеративній обробці примітивними криптографічними перетвореннями: функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 (ЗПіНОомМ) за допомогою відповідних пристроїв, підстановка (5!йб5ійшіоп) за допомогою блоків підстановок (5-блоків); перемішування (рептиїайоп) за допомогою блоків перемішування кубиків (Р-блоків); функціональні операції ковзного кодування (бій4Соде) за допомогою змішаних кодів Грея, у якому, згідно з корисною моделлю, бітні блоки інформаційної послідовності подають у вигляді тривимірних матриць (кубиків) і як 5-блок формують змінну тривимірну матрицю підстановки, що будується отриманням мультиплікативно зворотного елемента х" над розширеним кінцевим полем Галуа СЕ(25) та шляхом виконанння афінного перетворення у-М'х'"-8 над примітивним двійковим полем Галуа СЕ(2), при цьому як матрицю М афінного перетворення використовують змінні обернені симетричні матриці, які вибирають відповідно до значення циклового ключа, і бо функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2, підстановка та перемішування не фіксовані, а залежать від стану ключа, і ітеративна обробка примітивними криптографічними перетвореннями відбувається у такій послідовності: функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 (5ПйНВоОм), перемішування (рептиіаїййоп), підстановка (вирвійшіоп), функціональні операції ковзного кодування (51ІіаСоавє).The task is solved due to the fact that the method of cryptographic transformation of information, which consists in the fact that the information sequence is presented in the form of bit blocks, which are subject to iterative processing by primitive cryptographic transformations: functional operations of cyclic shift and addition modulo 2 (ZPiNOomM) using appropriate devices , substitution (5!yb5iyshiop) using blocks of substitutions (5-blocks); shuffling (repeating) with the help of cube shuffling blocks (P-blocks); functional operations of sliding coding (bii4Sode) using mixed Gray codes, in which, according to a useful model, the bit blocks of the information sequence are presented in the form of three-dimensional matrices (cubes) and as a 5-block form a variable three-dimensional substitution matrix, which is constructed by obtaining a multiplicative inverse element x" over the extended finite Galois field CE(25) and by performing the affine transformation y-M'x'"-8 over the primitive binary Galois field CE(2), while variable inverse symmetric matrices are used as the matrix M of the affine transformation, which choose according to the value of the cyclic key, and because the functional operations of cyclic shift and addition modulo 2, substitution and shuffling are not fixed, but depend on the state of the key, and iterative processing by primitive cryptographic transformations occurs in the following sequence: functional operations of cyclic shift and addition modulo 2 (5PyNVoOm), mixing (reptiiaiiyop), substitution (vyrviyshiop ), functional operations of sliding coding (51IiaSoavye).

Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні винаходу полягає в отриманні можливості гнучко змінювати параметри криптографічної обробки інформаційних даних та динамічно керувати процесом циклічного зсуву і додавання за модулем 2, підстановка та перемішування.The technical result that can be obtained during the implementation of the invention consists in obtaining the ability to flexibly change the parameters of cryptographic processing of information data and dynamically control the process of cyclic shift and addition according to module 2, substitution and shuffling.

Спосіб криптографічного перетворення інформації реалізується тим, що інформаційну послідовність подають у вигляді 256 бітних блоків, які підлягають ітеративній обробці примітивними криптографічними перетвореннями: функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 (ЗПІШНОМм) - за допомогою відповідних пристроїв, підстановка (вирвійшіоп) за допомогою блоків підстановок (5-блоків); перемішування (рептшиіаййоп) за допомогою блоків перемішування кубиків (Р-блоків); функціональні операції ковзного кодування (БідСоаде) - за допомогою змішаних кодів Грея. Як 5-блок виступає змінна матриця підстановок, яку будують отриманням мультиплікативно зворотного елемента х" над розширеним кінцевим полем Галуа СЕ(23) та шляхом виконання афінного перетворення (1) над примітивним двійковим полем Галуа СЕ(2), при цьому як симетричну матрицю М афінного перетворення використовують змінні обернені симетричні матриці, які вибирають відповідно до значення циклового ключа, і функціональні операції циклічного зсуву, і додавання за модулем 2, підстановка та перемішування не фіксовані, а залежать від стану ключа, і ітеративна обробка примітивними криптографічними перетвореннями відбувається у такій послідовності: функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 (ЗпПІйНоОм), перемішування (рептиїайоп), підстановка (зйиБзійшіоп), функціональні операції ковзного кодування (51іаСоавє).The method of cryptographic transformation of information is realized by the fact that the information sequence is presented in the form of 256-bit blocks, which are subject to iterative processing by primitive cryptographic transformations: functional operations of cyclic shift and addition modulo 2 (ZPISHNOMm) - with the help of appropriate devices, substitution (vyrviyshiop) with the help of blocks substitution (5-blocks); shuffling (reptshiiyayop) using cube shuffling blocks (P-blocks); functional operations of sliding coding (BidSoade) - using mixed Gray codes. As a 5-block, there is a variable matrix of substitutions, which is constructed by obtaining the multiplicative inverse element x" over the extended finite Galois field CE(23) and by performing the affine transformation (1) over the primitive binary Galois field CE(2), at the same time as a symmetric matrix M affine transformation uses variable inverse symmetric matrices, which are chosen according to the value of the cyclic key, and the functional operations of cyclic shift, and addition modulo 2, substitution and shuffling are not fixed, but depend on the state of the key, and iterative processing by primitive cryptographic transformations occurs in the following sequence : functional operations of cyclic shift and addition by modulo 2 (ZpPIiNoOm), shuffling (reptiiaiop), substitution (zyiBziysiop), functional operations of sliding coding (51iaSoavye).

Цикловий ключ виробляють із ключа шифрування за допомогою алгоритму вироблення ключів. Довжина циклового ключа дорівнює довжині блока. Циклові ключі генеруються із ключа шифрування за допомогою розширення ключа. Розширений ключ являє собою лінійний масив 4-х байтових слів. Тобто на кожній ітерації криптографічного перетворення використовується відповідна симетрична матриця М, яка за допомогою циклового 4 байтового ключа можеThe cyclic key is generated from the encryption key using the key generation algorithm. The length of the cyclic key is equal to the length of the block. Cycle keys are generated from the encryption key using key expansion. The extended key is a linear array of 4-byte words. That is, at each iteration of the cryptographic transformation, a corresponding symmetric matrix M is used, which, with the help of a cyclic 4-byte key, can

Зо вибиратися із великої множини обернених матриць. Це падає змогу у процесі криптографічного перетворення гнучко змінювати матрицю перемішування та динамічно керувати процесом перемішування, підстановки, циклічного зсуву і ковзного кодування інформаційних даних.Z is chosen from a large set of inverse matrices. This makes it possible in the process of cryptographic transformation to flexibly change the shuffling matrix and dynamically control the process of shuffling, substitution, cyclic shift and sliding coding of information data.

В залежності від стану раундового ключа вибирається параметр перемішування, підстановки, циклічного зсуву і ковзного кодування шляхом складання за модулем 2 всіх байтів ключа, встановлення 1 в молодший розряд результату складання (для утворення непарного значення) і позбавлення від старшого розряду результату складання (залишається 7 з 8 значущих біт). Остаточне значення визначає величину зсуву у поточному раунді.Depending on the state of the round key, the parameter of shuffling, substitution, cyclic shift and sliding coding is selected by adding modulo 2 all bytes of the key, setting 1 in the lower digit of the result of addition (to form an odd value) and getting rid of the higher digit of the result of addition (remaining 7 of 8 significant bits). The final value determines the amount of shift in the current round.

Таким чином, за рахунок використання змінних обернених симетричних матриці, і змінної (залежного від раундового ключа) функції підстановки вдається на кожній ітерації криптографічного перетворення інформації застосовувати як 5-блок динамічно змінювані матриці підстановок і різні величини ковзного кодування, що дає змогу гнучко змінювати параметри криптографічної обробки та динамічно керувати процесом циклічного зсуву і додавання за модулем 2, підстановка та перемішування інформаційних даних у тривимірному просторі.Thus, due to the use of variable inverse symmetric matrices and a variable (depending on the round key) substitution function, it is possible to apply dynamically changing substitution matrices and different values of sliding coding as a 5-block at each iteration of the cryptographic transformation of information, which makes it possible to flexibly change the parameters of the cryptographic processing and dynamically control the process of cyclic shift and addition according to module 2, substitution and mixing of information data in three-dimensional space.

Джерела інформації: 1. "РІР5 РОВ 46-3" РГЕОЕВАЇ ІМЕОВМАТІОМ РАВОСЕББІМИа ЗТАМОАНВОВ РОВІ ІСАТІОМ. рАТА ЕМСАМРТІОМ ЗТАМОАНО (ОЕБ5) 1999 Окюбег 25, радев5 26. пЕруЛлимли. емегуизрес.сот/МІЗТ/МІЗТ-РІРБ/домпіоайд. рир"зрес- ГІР РОВ 46-3.030171. раї 2. Патент України на корисну модель Ме99696, МПК (с:09С 11/00 (2015.01). Спосіб криптографічного перетворення інформації/ Біленький А.Я., Навроцький Д.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. - Мо и201404060; заявл. 16.04.2014; опубл. 25.06.2015, Бюл. Мо 12-5 с.Sources of information: 1. "RIR5 ROV 46-3" RGEOEVAI IMEOVMATIOM RAVOSEBBIMIa ZTAMOANVOV ROVI ISATIOM. RATA EMSAMRTIOM ZTAMOANO (OEB5) 1999 Okyubeg 25, radev5 26. pEruLlymly. emeguizres.sot/MIZT/MIZT-RIRB/dompioaid. ryr"zres- GIR ROV 46-3.030171. rai 2. Patent of Ukraine for a utility model Me99696, IPC (p:09С 11/00 (2015.01). Method of cryptographic transformation of information / Bilenky A.Ya., Navrotskyi D.O.; applicant and the patent holder is the National Aviation University. - MO 201404060; application 04/16/2014; published 06/25/2015, Mo 12-5 p.

Claims (1)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІUSEFUL MODEL FORMULA Спосіб криптографічного перетворення інформації, який полягає в тому, що інформаційну послідовність подають у вигляді бітних блоків, які підлягають ітеративній обробці примітивними криптографічними перетвореннями: функціональні операції циклічного зсуву і додавання за модулем 2 (ЗПШНОмМ) - за допомогою відповідних пристроїв, підстановка (5!Ирвійшіоп) - заThe method of cryptographic transformation of information, which consists in the fact that the information sequence is presented in the form of bit blocks, which are subject to iterative processing by primitive cryptographic transformations: functional operations of cyclic shift and addition modulo 2 (ZPSHNOmM) - using appropriate devices, substitution (5!Irviyshiop ) - for 60 допомогою блоків підстановок (5-блоків); перемішування (рептиїайоп) за допомогою блоків перемішування кубиків (Р-блоків); функціональні операції ковзного кодування (5іійСоде) за допомогою змішаних кодів Грея, який відрізняється тим, що бітні блоки інформаційної послідовності подають у вигляді тривимірних матриць (кубиків) і як 5-блок формують змінну тривимірну матрицю підстановок, що будується отриманням мультиплікативно зворотного елемента х" над розширеним кінцевим полем Галуа СЕ(25) та шляхом виконання афінного перетворення у-М'х"--8 над примітивним двійковим полем Галуа СЕ(2), при цьому як матрицю60 using substitution blocks (5-blocks); shuffling (repeating) with the help of cube shuffling blocks (P-blocks); functional operations of sliding coding (5iiSode) using mixed Gray codes, which is distinguished by the fact that the bit blocks of the information sequence are presented in the form of three-dimensional matrices (cubes) and as a 5-block form a variable three-dimensional matrix of substitutions, which is constructed by obtaining the multiplicative inverse element x" over by the extended finite Galois field CE(25) and by performing the affine transformation y-M'x"--8 over the primitive binary Galois field CE(2), while as a matrix Мафінного перетворення використовують змінні обернені симетричні матриці, які вибирають відповідно до значення циклового ключа, і функціональні операції циклічного зсуву, і додавання за модулем 2, підстановка та перемішування не фіксовані, а залежать від етапу ключа, і ітеративна обробка примітивними криптографічними перетвореннями відбувається у такій послідовності: функціональні операції циклічною зсуву і додавання за модулем 2 (ЗПІЙНОм),The Muffin transformation uses variable inverse symmetric matrices that are chosen according to the value of the cyclic key, and the functional operations of cyclic shift and addition modulo 2, substitution and shuffling are not fixed, but depend on the stage of the key, and the iterative processing by primitive cryptographic transformations occurs in the following sequence : functional cyclic shift and addition operations modulo 2 (CONTINUE), перемішування (рептиїаййоп), підстановка (5!ц051йїШіоп), функціональні операції ковзного кодування (51їаСоаве).shuffling (reptiiayyop), substitution (5!ts051yyShiop), functional operations of sliding coding (51ySoave).