Михаил Масленников - Криптография и свобода

Идея факториальных ключей вызревала давно. Оценки стойкости схем с факториальными ключами колебались от 10 100до 10 1000, при желании можно сделать и больше, но это уже было бы изощрением. Скорости работы факториальных схем превосходили скорость программной реализации DES на порядок. К концу 80–х годов стало очевидно: факториальные схемы на новой элементной базе – это весьма перспективное направление развития шифров, сочетающее в себе высокую скорость и гарантированную стойкость. И что же дальше?

– Вы не выдвигали вашу схему на стандарт шифрования?

Да уж, чем-чем, а любовью к бумаготворческой деятельности Господь меня не наградил. Играть в бюрократические игры, состязаться в казуистике (а секретов врагам не выдадим?) – это не по мне.

– Нет.

Конкурент в лице заместителя начальника Спецуправления 8 Главного управления КГБ СССР вздохнул спокойнее. Действительно, доказывать кагалу начальников, что советским стандартом шифрования должна быть новая и перспективная схема, а не допотопная копия DES, что заветы Сталина уже устарели, что кибернетика – это не буржуазная лженаука, а сегодняшний и уж тем более завтрашний день криптографии, — это бесполезный Сизифов труд. По крайней мере, в СССР в то время.

Да, честно говоря, в конце 80–х годов пропихнуть какую-то оригинальную криптосхему в качестве открытого стандарта шифрования было абсолютно нереально. Слишком силен еще был синдром тотальной секретности в криптографии, вряд ли какой начальник решился бы взять на себя ответственность дать добро на опубликование каких-то оригинальных криптографических результатов. Переделайте немного DES, придайте ему совковый вид, но никаких своих секретов при этом не раскрывать! Это уже позже шелест зеленых купюр немного приоткрыл у Сталинской криптографической системы ту таинственность, за которой подчас скрывались элементарное ничегонеделание, нежелание начальников брать на себя даже самую малую долю ответственности, тихое стоячее болото. Но про это мы еще поговорим попозже, а пока вернемся в 70–е годы, на 4 факультет.

Что такое электронные шифраторы? Это то, что пришло на смену дисковым шифраторам. Постепенно идеи механических колес, рукояток, вращаемых человеком, штифтов, перепаек и перемычек стали анахронизмом. Появились полупроводники, транзисторы и первые логические элементы, с помощью которых стало возможным реализовывать криптографические преобразования, в которых алфавитом открытого и шифрованного текстов является множество, состоящее только из двух элементов – 0 и 1. Любую букву любого алфавита можно представить в виде двоичного вектора, следовательно, электронный шифратор пригоден для шифрования любой информации. Как шифровать? Конечно же гаммированием, наложением двоичной гаммы на двоичный текст. Задача простая: придумать генератор двоичной гаммы, зависящий от ключа, в котором вычисление такого ключа при некотором известном отрезке гаммы было бы таким трудоемким, что делало бы эту задачу неразрешимой за реальное время. Ну и, естественно, чтобы такой генератор был не очень сложно реализуем с помощью имеющихся типовых логических элементов.

Ключевое слово в электронных шифраторах – балалайка. Так вполне естественно обозвали типовой и самый распространенный узел в генераторах двоичной гаммы.

Из подобных балалаек, соединяя их различными способами друг с другом, и стали создавать различные генераторы двоичной гаммы, предназначенные для электронных шифраторов. Тут уже никакой лингвистики, никаких кроссвордов, как в шифрах простой замены. Нужно скрупулезно и точно просчитывать различные математические свойства этих балалаек: периодичность, статистику, группу преобразований, вероятности перекрытия гаммы и т.п.

Балалайки дали сильный толчок к развитию статистических методов анализа шифров. Если в дисковых шифраторах объем шифрованной переписки был сравнительно небольшой, то при использовании электронных шифраторов объем двоичной гаммы мог уже достигать нескольких миллионов знаков. А тогда, при каких-то огрехах в функции усложнения, появлялась возможность строить различные статистические аналоги, т.е. находить сразу целые классы ключей, реализующих статистически близкие гаммы.

В типовой балалайке присутствует коммутатор. Это, как правило, механический элемент, набор перемычек между контактами регистра сдвига и функции усложнения, т.е. факториальный ключ, подобный диску в дисковом шифраторе. Но опять же, как и в дисковых шифраторах, это долговременный ключ, разовыми ключами, как правило, являлись начальные заполнения регистра сдвига. Здесь, конечно же, коммутатор в какой-то степени «сглаживался» функцией усложнения, которая за один такт из двоичного вектора выдавала только один двоичный знак, но тем не менее задача определения коммутатора была весьма нетривиальной.

Электронным шифраторам была посвящена отдельная спецдисциплина – СД–7В. Нолики и единички, балалайки справа и слева — все это добро аппаратно реализовывалось и запихивалось в довольно большие ящики в 60–х годах. И, естественно, часто ломалось, а посему следующей спецдисциплиной, СД–7Г, был инженерно-криптографический анализ электронных шифраторов. Закоротило где-нибудь в ящике с шифратором, отвалился контактик, полетел транзистор – не опасно ли? Не полезет ли в линию связи открытый текст? Как заблокировать потенциально опасные неисправности? Как оценить вероятность отсутствия опасных неисправностей? В общем, все рутинные вопросы, очень важные, конечно, но скучные. Элементная база, электроника в первую очередь, должна быть понадежней, культура ее производства повыше.

Попыткой некоторого обобщения понятия шифратор, своего рода криптографической абстракцией, была теория шифрующих автоматов. В ней как бы намечались основные требования, которым должен удовлетворять современный шифратор: большая группа реализуемых преобразований, гарантированный период, стойкость к различным методам гомоморфизмов и т.п. Здесь, естественно, было полное царствование математики, а посему эта СД (кажется, СД–7Е) пользовалась большим уважением. Там нас впервые познакомили с таким свойством шифра, как имитостойкость, т.е. стойкость к попыткам целенаправленного искажения шифртекста и навязывания ложной информации. Историю возникновения самого понятия имитостойкости приводили следующую. В 60–е годы, во время войны во Вьетнаме, поставленные вьетнамцам советские ракеты класса «земля-воздух» управлялись с земли с помощью шифрованных команд. Американцы, имея мощные станции подавления таких радиосигналов, научились подавлять истинные команды управления ракетой и посылать вместо них ложные, заменяя некоторые знаки в перехваченных шифрованных сообщениях. В результате наши ракеты стали летать не в ту степь, а криптографы схватились за голову. Имитостойкость – это как бы отдаленная родственница электронной подписи, цели, которые преследует имитозащита шифра и система электронной подписи, весьма близки.