Обзор поточного шифра А5/2 | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №21 (468) май 2023 г.

Дата публикации: 27.05.2023

Статья просмотрена: 293 раза

Библиографическое описание:

Донеров, Ю. А. Обзор поточного шифра А5/2 / Ю. А. Донеров, Д. А. Прокопчук, А. М. Гулый. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 21 (468). — С. 120-122. — URL: https://moluch.ru/archive/468/103328/ (дата обращения: 16.12.2024).



В данной статье авторы стремятся исследовать поточное шифрование и шифр A5/2 с целью анализа их применения в современных информационных системах.

Статья описывает алгоритм шифрования A5/2, который был разработан в результате международных переговоров между странами-участницами GSM. Она объясняет, как работает этот алгоритм на основе поточного шифрования и использования трех линейных регистров сдвига с обратной связью (LFSR) для генерации ключевого потока. Статья также описывает процессы инициализации, генерации ключевого потока, шифрования и дешифрования. Важность синхронизации между отправителем и получателем также подчеркивается.

Ключевые слова: сети GSM, LFSR, функция «голосования», ключевой поток, гаммирование, тактирование.

Поточное шифрование — это метод шифрования данных, при котором используется генератор случайных чисел, называемый гаммирование. Этот метод шифрования имеет множество преимуществ перед блочным шифрованием, поскольку он позволяет защищать данные в реальном времени и обеспечивает большую безопасность передачи информации [1]. В данной статье мы рассмотрим историю шифра A5/2, его преимущества, реализацию и безопасность.

A5/2 — это алгоритм шифрования, используемый для обеспечения безопасности связи в сетях GSM (Global System for Mobile Communications). С момента своего появления в 1980-х годах, A5/2 использовался для защиты мобильных телефонных звонков и других данных, передаваемых по сетям GSM [3]. В данной статье мы рассмотрим историю и принципы работы алгоритма A5/2, а также расскажем о том, какие более современные алгоритмы шифрования заменили A5/2 в современных мобильных сетях.

Сама структура GSM сети представлена нами на рис. 1.

Структура GSM сети

Рис. 1. Структура GSM сети

A5/2 был разработан в результате международных переговоров между странами-участницами GSM. Основная задача заключалась в создании алгоритма шифрования, который был бы достаточно сильным для обеспечения безопасности связи, но в то же время менее мощным, чем A5/1, более сильный алгоритм шифрования, использовавшийся в европейских странах. В результате A5/2 был внедрен во многих странах за пределами Европы, особенно в развивающихся рынках [3].

Алгоритм A5/2 основан на поточном шифровании, что означает, что он генерирует псевдослучайную последовательность битов (ключевой поток) и применяет операцию XOR к каждому символу открытого текста для получения шифротекста. Схему поточного шифрования проиллюстрируем на рис. 2. В основе алгоритма лежат три линейных регистра сдвига с обратной связью (LFSR), которые используются для генерации ключевого потока [2]. Ниже приведены основные этапы работы алгоритма A5/2.

Схема поточного шифра

Рис. 2. Схема поточного шифра

На этапе инициализации алгоритма регистры сдвига LFSR загружаются секретным ключом и идентификатором кадра. Секретный ключ имеет длину 64 бита, а идентификатор кадра — 22 бита. Этот процесс обеспечивает уникальность ключевого потока для каждого кадра и пользователя [2].

После инициализации регистры сдвига LFSR начинают тактироваться на определенное количество позиций в соответствии с состоянием их битов. На каждом такте один из регистров сдвигается на одну позицию, а его новое состояние определяется функцией обратной связи, которая зависит от старых состояний регистра.

Ключевой поток генерируется путем комбинирования битов из каждого из трех регистров сдвига. В алгоритме A5/2 используется функция «голосования» (majority function), которая определяет значение ключевого потока на основе большинства значений битов из трех регистров сдвига. На каждом такте генерируется один бит ключевого потока [2].

На этапе шифрования ключевой поток применяется к открытому тексту с помощью операции XOR. Результатом является шифротекст, который передается по каналу связи.

Для наглядной демонстрации всех действий, происходящих в шифре A5/2, можно рассмотреть схему на рис. 3.

Схема шифра A5/2

Рис. 3. Схема шифра A5/2

Процесс дешифрования аналогичен шифрованию. Получатель, используя тот же секретный ключ и идентификатор кадра, инициализирует регистры сдвига и генерирует тот же ключевой поток, что и отправитель. Затем получатель применяет операцию XOR к шифротексту с использованием ключевого потока, восстанавливая таким образом исходный открытый текст.

Важно отметить, что корректность дешифрования зависит от синхронизации между отправителем и получателем. Они должны использовать одинаковые секретные ключи и идентификаторы кадра, а также должны согласовать начало генерации ключевого потока.

С течением времени A5/2 стал уязвимым для атак и неспособен защитить данные пользователя в современных мобильных сетях. Существуют различные методы атаки на A5/2, включая атаки на основе известных открытых текстов, атаки на основе заранее зарегистрированных ключей и атаки на основе анализа трафика. Некоторые из этих методов могут быть реализованы с помощью открытых инструментов и не требуют больших вычислительных мощностей. Поэтому современные мобильные сети перешли на более современные алгоритмы шифрования, такие как A5/1, A5/3 или другие современные криптографические решения, которые обеспечивают повышенную степень защиты для пользователей мобильных сетей [5].

Хотя A5/2 был разработан как упрощенная версия алгоритма A5/1, предназначенная для экспорта и использования в странах с менее строгими требованиями к безопасности связи, он долгое время использовался в развивающихся странах для обеспечения конфиденциальности мобильной связи. Однако, с течением времени, появились более современные и надежные алгоритмы шифрования, которые обеспечивают гораздо больший уровень защиты для мобильной связи. Современные мобильные сети используют более безопасные алгоритмы шифрования, такие как A5/1, A5/3 или другие современные криптографические решения, которые обеспечивают повышенную степень защиты для пользователей мобильных сетей [4].

Литература:

  1. «Введение в криптографию с теорией кодирования» (Вэйд Трэп, Лоуренс Вашингтон, 3-е издание, 2014, 237.c)
  2. Киселёв С. А. О сокращении ключевого пространства поточного шифра A5 при тактировании // Прикл. дискрет. математика. Прил. № 3. — 2010. — С. 21–23.
  3. Shepherd S. J. Cryptanalysis of the GSM A5 cipher algorithm//IEEE Colloquium on Security and Cryptography Applications to Radio Systems, Digest No. 1994/141 (Savoy Place, London, June3,1994).
  4. Anderson R. Subject: A5 // posting to Newsgroups: sci.crypt, alt.security, uk.telecom; 17 June 1994.
  5. Wagner D. et al. The real-time cryptanalysis of A5/2 // Crypto’99 (San ta Barbara, August 15–19, 1999): Proc. — Berlin: Springer — Verl., 1999 — P.12–21.
Основные термины (генерируются автоматически): GSM, ключевой поток, LFSR, XOR, поточное шифрование, идентификатор кадра, регистр сдвига, сеть, обратная связь, секретный ключ.


Ключевые слова

сети GSM, LFSR, функция «голосования», ключевой поток, гаммирование, тактирование

Похожие статьи

Обзор криптографических алгоритмов в сетях интернета вещей

Анализируя современные вызовы и потенциал безопасности в сфере интернета вещей (IoT), данная статья обсуждает роль криптографических алгоритмов в защите данных в таких сетях. Она рассматривает как симметричные, так и асимметричные алгоритмы, их преим...

Защита корпоративных сетей от внутренних атак

В данной статье исследуется разработка корпоративной сети на базе технологии Multiprotocol Label Switching (MPLS) и стратегии защиты от атак типа Address Resolution Protocol (ARP) spoofing и троянских программ [1]. Основой стратегии безопасности служ...

Методы детектирования состязательных атак

В статье рассматривается подходы к детектированию состязательных атак. Используются такие классические атаки как FSGM, Deep Fool, C&W и PGD, нейронная сеть ResNet-18, датасеты MNIST и CIFAR-10.

Исследование влияния замещения протокола IPv4 протоколом IPv6 на формирование таблицы маршрутизации протоколом OSPF в ядре сети провайдер

Данная статья является частью исследования на тему «Методики внедрения сетевого протокола IPv6 в сетях провайдеров».

Принципы построения безопасности Bluetooth

В статье авторы исследуют механизмы обеспечения безопасности технологии Bluetooth, а также основные ландшафты проведения атак.

Симметричное (одноключевое) шифрование данных при защите информации в компьютерных сетях

В статье рассматриваются методы и средства защиты информации в компьютерных сетях путем симметричного шифрования в секретных каналах связи при передаче информации, проблемы внедрения. Приводится сравнительный анализ их преимуществ и недостатков.

Анализ методов защиты беспроводной сети Wi-Fi от известных способов взлома злоумышленником

В наше время бурно развиваются беспроводные технологии в области информатизации, так как не всегда удобен, а иногда даже не возможен монтаж проводных линий связи. Но насколько безопасна передача информации по такому виду связи, какие способы хищения ...

Применение искусственных нейронных сетей для прогнозирования DoS атак

Применение искусственных нейронных сетей в системах обнаружения вторжений является весьма перспективным и заслуживающим внимание, так как работа таких сетей отличается большей гибкостью в сравнении с заранее запрограммированными алгоритмами. Сети спо...

Исследование и разработка криптографических алгоритмов шифрования на языках С/С++ для микроконтроллеров с ядром RISC-V с применением дополнительных наборов команд по К-спецификации

В статье изучены существующие алгоритмы криптографии и хеширования, для которых есть специальные ассемблерные инструкции из спецификации «К», в частности рассмотрены инструкции «Кузнечик», «Стрибог», «3DES». Также все алгоритмы изучены с математическ...

На страже информации. Криптография

В статье автор доказывает возможность защиты информации с помощью криптографии. Он осуществляет шифрование открытого сообщения двумя разными алгоритмами, используя шифровальные устройства. Один алгоритм — известный, другой алгоритм — самостоятельно р...

Похожие статьи

Обзор криптографических алгоритмов в сетях интернета вещей

Анализируя современные вызовы и потенциал безопасности в сфере интернета вещей (IoT), данная статья обсуждает роль криптографических алгоритмов в защите данных в таких сетях. Она рассматривает как симметричные, так и асимметричные алгоритмы, их преим...

Защита корпоративных сетей от внутренних атак

В данной статье исследуется разработка корпоративной сети на базе технологии Multiprotocol Label Switching (MPLS) и стратегии защиты от атак типа Address Resolution Protocol (ARP) spoofing и троянских программ [1]. Основой стратегии безопасности служ...

Методы детектирования состязательных атак

В статье рассматривается подходы к детектированию состязательных атак. Используются такие классические атаки как FSGM, Deep Fool, C&W и PGD, нейронная сеть ResNet-18, датасеты MNIST и CIFAR-10.

Исследование влияния замещения протокола IPv4 протоколом IPv6 на формирование таблицы маршрутизации протоколом OSPF в ядре сети провайдер

Данная статья является частью исследования на тему «Методики внедрения сетевого протокола IPv6 в сетях провайдеров».

Принципы построения безопасности Bluetooth

В статье авторы исследуют механизмы обеспечения безопасности технологии Bluetooth, а также основные ландшафты проведения атак.

Симметричное (одноключевое) шифрование данных при защите информации в компьютерных сетях

В статье рассматриваются методы и средства защиты информации в компьютерных сетях путем симметричного шифрования в секретных каналах связи при передаче информации, проблемы внедрения. Приводится сравнительный анализ их преимуществ и недостатков.

Анализ методов защиты беспроводной сети Wi-Fi от известных способов взлома злоумышленником

В наше время бурно развиваются беспроводные технологии в области информатизации, так как не всегда удобен, а иногда даже не возможен монтаж проводных линий связи. Но насколько безопасна передача информации по такому виду связи, какие способы хищения ...

Применение искусственных нейронных сетей для прогнозирования DoS атак

Применение искусственных нейронных сетей в системах обнаружения вторжений является весьма перспективным и заслуживающим внимание, так как работа таких сетей отличается большей гибкостью в сравнении с заранее запрограммированными алгоритмами. Сети спо...

Исследование и разработка криптографических алгоритмов шифрования на языках С/С++ для микроконтроллеров с ядром RISC-V с применением дополнительных наборов команд по К-спецификации

В статье изучены существующие алгоритмы криптографии и хеширования, для которых есть специальные ассемблерные инструкции из спецификации «К», в частности рассмотрены инструкции «Кузнечик», «Стрибог», «3DES». Также все алгоритмы изучены с математическ...

На страже информации. Криптография

В статье автор доказывает возможность защиты информации с помощью криптографии. Он осуществляет шифрование открытого сообщения двумя разными алгоритмами, используя шифровальные устройства. Один алгоритм — известный, другой алгоритм — самостоятельно р...

Задать вопрос