Способы и алгоритмы псевдовероятностного шифрования с разделяемым ключом
Ключевые слова:
криптография, отрицаемое шифрование, псевдовероятностное шифрование, блочный шифр, поточный шифр, фиктивное сообщение, рандомизация шифров, бесключевое шифрованиеАннотация
В качестве способа обеспечения секретности сообщений, переданных в зашифрованном виде по открытым каналам связи, при потенциальных атаках с принуждением к раскрытию ключей шифрования предложены алгоритмы и протоколы отрицаемого шифрования, которые разделяются на следующие типы: 1) с открытым ключом; 2) с разделяемым секретным ключом; 3) бесключевые. В статье представлены псевдовероятностные симметричные шифры, представляющие собой специальный вариант реализации алгоритмов отрицаемого шифрования. Обсуждается применение псевдовероятностного шифрования для построения специальных механизмов защиты информации, в том числе стеганографических каналов, носителями которых являются шифртексты. Рассмотрены способы построения поточных и блочных алгоритмов псевдовероятностного шифрования, реализующих совместное шифрование фиктивного и секретного сообщения таким образом, что формируемый шифртекст является вычислительно неразличимым от шифртекста, получаемого в результате вероятностного шифрования фиктивного сообщения. В качестве одного из критериев построения использовано требование неотличимости по шифртексту псевдовероятностного шифрования от вероятностного. Для реализации этого требования в схеме построения псевдоверояностных шифров используется шаг взаимно-однозначного отображения пар блоков промежуточных шифртекстов фиктивного и секретного сообщений в единый расширенный блок выходного шифртекста. Описаны реализации псевдовероятностных блочных шифров, в которых алгоритмы расшифровывания фиктивного и секретного сообщений полностью совпадают. Предложены общие подходы к построению псевдовероятностных протоколов бесключевого шифрования и рандомизированных псевдовероятностных блочных шифров, а также приведены конкретные реализации криптосхем данных типов.Литература
1. Жуков К.Д. Обзор атак на AES-128: к пятнадцатилетию стандарта AES // Прикладная дискретная математика. 2017. № 35. С. 48–62.
2. Sirwan A., Majeed N. New Algorithm for Wireless Network Communication Security // International Journal on Cryptography and Information Security. 2016. vol. 6. no. 3/4. pp. 1–8.
3. Agievich S.V. EHE: nonce misuse-resistant message authentication // Прикладная дискретная математика. 2018. № 39. С. 33–41.
4. Nikolaev M.V. On the complexity of two-dimensional discrete logarithm problem in a finite cyclic group with efficient automorphism // Математические вопросы криптографии. 2015. Т. 6. № 2. С. 45–57.
5. Алексеев Е.К., Ошкин И.Б., Попов В.О., Смышляев С.В. О криптографических свойствах алгоритмов, сопутствующих применению стандартов ГОСТ Р 34.11-2012 и ГОСТ Р 34.10-2012 // Математические вопросы криптографии. 2016. Т. 7. № 1. С. 5–38.
6. Николаев В.Д. Атаки на схемы электронной подписи, не учитываемые традиционными определениями стойкости, и меры противодействия им // Математические вопросы криптографии. 2016. Т. 7. № 1. С. 93–118.
7. Verma G.K. A Proxy Blind Signature Scheme over Braid Groups // International Journal of Network Security. 2009. vol. 9. no 3. pp. 214−217.
8. Canetti R., Dwork C., Naor M., Ostrovsky R. Deniable Encryption // Annual International Cryptology Conference. 1997. vol. 1294. pp. 90–104.
9. Ibrahim M.H. A Method for Obtaining Deniable Public-Key Encryption // International J. of Network security. 2009. vol. 8. no 1. pp. 1–9.
10. Dachman-Soled D. On minimal assumptions for sender-deniable public key encryption // International Workshop on Public Key Cryptography. 2014. vol. 8383. pp. 574–591.
11. Asif A.M.A.M., Hannan S. A Review on Classical and Modern Encryption Techniques // International Journal of Engineering Trends and Technology. 2014. vol. 12. no. 4. pp. 199–203.
12. Ishai Yu. et al. Efficient non-interactive secure computation // Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques. Springer. 2011. vol. 6632. pp. 406–425.
13. Meng B. A secure Internet voting protocol based on non-interactive deniable authentication protocol and proof protocol that two ciphertexts are encryption of the same plaintext // Journal of Networks. 2009. vol. 4. pp. 370–377.
14. Barakat T.M. A New Sender-Side Public-Key Deniable Encryption Scheme with Fast Decryption // KSII Transactions on Internet and Information Systems. 2014. vol. 8. no. 9. pp. 3231–3249.
15. Moldovyan N.A. et al. Deniability of Symmetric Encryption Based on Computational Indistinguishability from Probabilistic Ciphering // Information Systems Design and Intelligent Applications. 2018. vol. 672. pp. 209–218.
16. Hong X., Wang B. A Non-interactive Deniable Authentication Scheme in the Standard Model // Journal of Electrical and Electronic Engineering. 2017. vol. 5. no. 2. pp. 80–85.
17. Yoon E.J. Security Analysis of Kar’s ID-based Deniable Authentication Protocol // Contemporary Engineering Sciences. 2015. vol. 8. no. 17 pp. 765–771.
18. Hata M.M., Ali F.H.M., Aljunid S.A. Secret Sharing Deniable Encryption Technique // International Conference on Information Science and Applications. 2017. vol. 424. pp. 347–357.
19. Amrutiya V., Baskaran A., Iyengar N. Deniable Encryption using One Time Pads // Proceedings of the International Conference on Advances in Information Communication Technology & Computing. 2016. 49 p.
20. Talouki M.A., Dastjerdi A.B. Anonymous electronic voting protocol with deniable authentication for mobile ad hoc networks // International journal of Multimedia and Unbiquitous Engineering. 2014. vol. 9. no. 1. pp. 361–366.
21. Moldovyan N.A. et al. Pseudo-probabilistic block ciphers and their randomization // Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing. 2018. pp. 1–8.
22. Wang C., Wang J. A shared-key and receiver-deniable encryption scheme over lattice // Journal of Computational Information Systems. 2012. vol. 8. no. 2. pp. 747–753.
23. O'Neil A., Peikert C., Waters B. Bi-deniable public-key encryption // Annual Cryptology Conference. Springer. 2011. vol. 6841. pp. 525–542.
24. Moldovyan N.A., Shcherbacov A.V., Eremeev M.A. Deniable-encryption protocols based on commutative ciphers // Quasigroups and related systems. 2017. vol. 25. no. 1. pp. 95–108.
25. Zou M.H. et al. Scan-based attack on stream ciphers: A case study on eSTREAM finalists // Computer science and technology. 2014. vol. 29. pp. 646–655.
26. Hwang T., Gope P. Robust stream-cipher mode of authenticated encryption for secure communication in wireless sensor network // Security and communication networks. 2016. pp. 667-679.
2. Sirwan A., Majeed N. New Algorithm for Wireless Network Communication Security // International Journal on Cryptography and Information Security. 2016. vol. 6. no. 3/4. pp. 1–8.
3. Agievich S.V. EHE: nonce misuse-resistant message authentication // Прикладная дискретная математика. 2018. № 39. С. 33–41.
4. Nikolaev M.V. On the complexity of two-dimensional discrete logarithm problem in a finite cyclic group with efficient automorphism // Математические вопросы криптографии. 2015. Т. 6. № 2. С. 45–57.
5. Алексеев Е.К., Ошкин И.Б., Попов В.О., Смышляев С.В. О криптографических свойствах алгоритмов, сопутствующих применению стандартов ГОСТ Р 34.11-2012 и ГОСТ Р 34.10-2012 // Математические вопросы криптографии. 2016. Т. 7. № 1. С. 5–38.
6. Николаев В.Д. Атаки на схемы электронной подписи, не учитываемые традиционными определениями стойкости, и меры противодействия им // Математические вопросы криптографии. 2016. Т. 7. № 1. С. 93–118.
7. Verma G.K. A Proxy Blind Signature Scheme over Braid Groups // International Journal of Network Security. 2009. vol. 9. no 3. pp. 214−217.
8. Canetti R., Dwork C., Naor M., Ostrovsky R. Deniable Encryption // Annual International Cryptology Conference. 1997. vol. 1294. pp. 90–104.
9. Ibrahim M.H. A Method for Obtaining Deniable Public-Key Encryption // International J. of Network security. 2009. vol. 8. no 1. pp. 1–9.
10. Dachman-Soled D. On minimal assumptions for sender-deniable public key encryption // International Workshop on Public Key Cryptography. 2014. vol. 8383. pp. 574–591.
11. Asif A.M.A.M., Hannan S. A Review on Classical and Modern Encryption Techniques // International Journal of Engineering Trends and Technology. 2014. vol. 12. no. 4. pp. 199–203.
12. Ishai Yu. et al. Efficient non-interactive secure computation // Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques. Springer. 2011. vol. 6632. pp. 406–425.
13. Meng B. A secure Internet voting protocol based on non-interactive deniable authentication protocol and proof protocol that two ciphertexts are encryption of the same plaintext // Journal of Networks. 2009. vol. 4. pp. 370–377.
14. Barakat T.M. A New Sender-Side Public-Key Deniable Encryption Scheme with Fast Decryption // KSII Transactions on Internet and Information Systems. 2014. vol. 8. no. 9. pp. 3231–3249.
15. Moldovyan N.A. et al. Deniability of Symmetric Encryption Based on Computational Indistinguishability from Probabilistic Ciphering // Information Systems Design and Intelligent Applications. 2018. vol. 672. pp. 209–218.
16. Hong X., Wang B. A Non-interactive Deniable Authentication Scheme in the Standard Model // Journal of Electrical and Electronic Engineering. 2017. vol. 5. no. 2. pp. 80–85.
17. Yoon E.J. Security Analysis of Kar’s ID-based Deniable Authentication Protocol // Contemporary Engineering Sciences. 2015. vol. 8. no. 17 pp. 765–771.
18. Hata M.M., Ali F.H.M., Aljunid S.A. Secret Sharing Deniable Encryption Technique // International Conference on Information Science and Applications. 2017. vol. 424. pp. 347–357.
19. Amrutiya V., Baskaran A., Iyengar N. Deniable Encryption using One Time Pads // Proceedings of the International Conference on Advances in Information Communication Technology & Computing. 2016. 49 p.
20. Talouki M.A., Dastjerdi A.B. Anonymous electronic voting protocol with deniable authentication for mobile ad hoc networks // International journal of Multimedia and Unbiquitous Engineering. 2014. vol. 9. no. 1. pp. 361–366.
21. Moldovyan N.A. et al. Pseudo-probabilistic block ciphers and their randomization // Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing. 2018. pp. 1–8.
22. Wang C., Wang J. A shared-key and receiver-deniable encryption scheme over lattice // Journal of Computational Information Systems. 2012. vol. 8. no. 2. pp. 747–753.
23. O'Neil A., Peikert C., Waters B. Bi-deniable public-key encryption // Annual Cryptology Conference. Springer. 2011. vol. 6841. pp. 525–542.
24. Moldovyan N.A., Shcherbacov A.V., Eremeev M.A. Deniable-encryption protocols based on commutative ciphers // Quasigroups and related systems. 2017. vol. 25. no. 1. pp. 95–108.
25. Zou M.H. et al. Scan-based attack on stream ciphers: A case study on eSTREAM finalists // Computer science and technology. 2014. vol. 29. pp. 646–655.
26. Hwang T., Gope P. Robust stream-cipher mode of authenticated encryption for secure communication in wireless sensor network // Security and communication networks. 2016. pp. 667-679.
Methods and Algorithms for Pseudo-probabilistic Encryption with Shared Key
Abstract
As a method for providing security of the messages sent via a public channel in the case of potential coercive attacks there had been proposed algorithms and protocols of deniable encryption. The lasts are divided on the following types: 1) schemes with public key, 2) schemes with shares secret key, and 3) no-key schemes. There are introduced pseudo-probabilistic symmetric ciphers that represent a particular variant of implementing deniable encryption algorithms. It is discussed application of the pseudo-probabilistic encryption for constructing special mechanisms of the information protection including steganographic channels hidden in ciphertexts. There are considered methods for designing stream and block pseudo-probabilistic encryption algorithms that implement simultaneous ciphering fake and secret messages so that the generated ciphertext is computationally indistinguishable from the ciphertext obtained as output of the probabilistic encryption of the fake message. The requirement of the ciphertext indistinguishability from the probabilistic encryption has been used as one of the design criteria. To implement this criterion in the construction scheme of the pseudo-probabilistic ciphers it is included step of bijective mapping pairs of intermediate ciphertext blocks of the fake and secret messages into a single expanded block of the output ciphertext. Implementations of the pseudo-probabilistic block ciphers in which algorithms for recovering the fake and secret messages coincide completely are also considered. There are proposed general approaches to constructing no-key encryption protocols and randomized pseudo-probabilistic block ciphers. Concrete implementations of the cryptoschemes of such types are presented.
Опубликован
2018-11-30
Как цитировать
Молдовян, А. А., & Молдовян, Н. А. (2018). Способы и алгоритмы псевдовероятностного шифрования с разделяемым ключом. Труды СПИИРАН, 6(61), 119-146. https://doi.org/10.15622/sp.61.5
Раздел
Информационная безопасность
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
