DE19744913A1 - Verfahren zur probabilistischen Verschlüsselung - Google Patents

Verfahren zur probabilistischen Verschlüsselung

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Markus Fleschutz
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    • H04L9/06—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols the encryption apparatus using shift registers or memories for block-wise or stream coding, e.g. DES systems or RC4; Hash functions; Pseudorandom sequence generators
    • H04L9/065—Encryption by serially and continuously modifying data stream elements, e.g. stream cipher systems, RC4, SEAL or A5/3
    • H04L9/0656—Pseudorandom key sequence combined element-for-element with data sequence, e.g. one-time-pad [OTP] or Vernam's cipher

Description

Probabilistische Verschlüsselung ist theoretisch das sicherste jemals erfundene Kryptosystem. Die bisherigen Implementierungen sind entweder nicht praktikabel, nicht sicher oder nicht effizient zu realisieren.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Implementierung der probabilistischen Verschlüsselung so effizient und so sicher wie möglich zu gestalten.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die Besonderheit ist, daß der Chiffretext sowohl Klartext, als auch echte Zufalls­ zahlen in verschlüsselter Form enthält. Dabei ist der Chiffretext nur mittels Schlüssel dechiffrierbar.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.
Das Verfahren ist eine symmetrische Stromchiffrierung mit variabler Schlüssellänge, die probabilistischen und verketteten Chiffretext liefert. Schlüssel können ohne Sicherheitsrisiko mehrfach verwendet werden.
Vorausgesetzt wird ein echter Zufallsfolgengenerator, dessen Zahlen weder voraussagbar noch reproduzierbar sind (siehe Buch "Angewandte Kryptographie" von Bruce Schneier, 1. Auflage 1996, Verlag Addison-Wesley, ISBN 3-89319-854-7).
Zusätzlich zu den echten Zufallsfolgen wird die Sicherheit durch alternierende arithmetische Operationen gewährleistet, die nicht vertauschbar sind (Addition und XOR-Verknüpfung). Die Einbeziehung des vorherigen Zufallswertes bei jedem Verschlüsselungsschritt führt zu verketteten Chiffretext.
Ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Ver- und Entschlüsselung ist in den folgenden Ablaufplänen und Quellcodes der Programmiersprache "C" dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Die beiden Programme sind jeweils mit dem Schlüsselwort, der Eingabedatei und Ausgabedatei aufzurufen. Auf eine Fehler­ behandlung wurde zugunsten der Einfachheit verzichtet. In der Praxis ist der Inhalt der Funktion "getR()" durch einen echten Zufallsfolgengenerator zu ersetzen, zur Demonstration genügt "rand()".
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind:
  • a) hohe Sicherheit durch probabilistische Verschlüsselung mit echtem Zufallsfolgengenerator, verkettetem Chiffretext und beliebig langem Schlüssel
  • b) risikolose Schlüsselmehrfachverwendung
  • c) einfache Implementierung
  • d) hohe Ver- und Entschlüsselungsgeschwindigkeit
Ausführungsbeispiel Verschlüsselung

Claims (3)

1. Verfahren zur probabilistischen Verschlüsselung, dadurch gekennzeichnet, daß der Klartext (1) mit dem Schlüssel (2) und echten Zufallszahlen (3) zum Chiffretext (4) ver­ schlüsselt wird. Bei der Entschlüsselung werden im ersten Schritt über den Schlüssel (5) die echten Zufallszahlen (6) dechiffriert und damit im nächsten Schritt der Klartext (7) entschlüsselt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wie folgt gekennzeichnet:
Notationstabelle:
P Teilblock des Klartextes (8 Bit)
K Teilblock des Schlüssels (8 Bit)
R Teilblock des echten Zufallsfolgengenerators (8 Bit)
C Teilblock des Chiffretextes (8 Bit)
⊕ bitweises exklusives oder (XOR)8
∓ arithmetische Addition modulo 28
arithmetische Subtraktion modulo 28
Verschlüsselung:
Initialisierung: R0 = (K1 ∓ K2) ⊕ K3
Für i = 1, 2, 3 . . . n: C2i-1 = (Ki+3 ∓ Ri) ⊕ Ri-1
C2i = (Pi ∓ Ri-1) ⊕ Ri
Entschlüsselung:
Initialisierung: R0 = (K1 ∓ K2) ⊕ K3
Für i = 1, 2, 3 . . . n: Ri = (C2i-1 ⊕ Ri-1) Ki+3
Pi = (C2i ⊕ Ri) Ri-1
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