PIKE

PIKE - это поточный шифр, предложенный Россом Андерсоном на смену взломанного им шифра FISH("FIbonacci SHrinking") в 1994 году.

История

В 1994 году Росс Андерсон опубликовал работу ^[1], посвящённую вскрытию криптосистемы FISH (её представили в Уве Блёхер и Маркус Дихтль в 1993 году)^[2] и разаработке новой - PIKE. В своей работе Андерсон описал как слабые стороны FISH, так и достоинства аддитиного генератора (иногда называемый запаздывающим генератором Фибоначчи)^[3], на котором основан FISH, после чего была предложена новая криптосистема – PIKE^[4]. Андерсон стремился получить быстрый программный потоковый шифр с одной стороны и достаточно криптостойкий с другой, поэтому в конструкции PIKE был использован пороговый механизм управления движением регистров, аналогичный схеме A5. В своей работе Андерсон подчеркнул, что если бы в FISH в качестве управляющих битов использовались биты переноса, то криптостойкость этой системы была бы значительно выше. Именно поэтому в PIKE и был применен пороговый механизм, заимствованный из A5.

Описание

За основу криптосистемы PIKE были взяты три аддитивных генератора:

$a_i = (a_{i-55} + a_{i-24})~mod~2^{32}$ $a_i = (a_{i-57} + a_{i-7})~mod~2^{32}$ $a_i = (a_{i-58} + a_{i-19})~mod~2^{32}$

.

Генератор ПСП PIKE

В качестве управляющих битов используются биты переноса^[5] С1, С2 и С3 сумматоров OR1, OR2 и OR3. Анализирую их состояние, схема синхронизации принимает решение, какие регистры сдвигать. Если все С1, С2 и С3 одинаковы, сдвиг произойдет во всех трёх регистрах, если одинаковое состояние имеют лишь два бита переноса, то сдвигать будут соответствующие им регистры. Сдвиг будет произведён с задержкой в 8 циклов.

Очередное слово шифрующей гаммы получается применением операции XOR над самыми младшими словами всех трёх генераторов. Ожидаемый прирост скорости данного алгоритма по сравнению с FISH составляет около 10%, что является следствием того, что в PIKE выполняется в среднем 2.75, а не 3 обновления состояния генераторов, для порождения одного слова гаммы. На 33 МГц процессоре Intel 486 возможно достичь скорости шифрования в 62 Мбайт/сек при реализации на языке Си, пример которой может быть найден в ^[6], в которой ключ генерируется при помощи хэш-функции типа SHA.

Предполагается перезагружать ключ каждые $2^{32}$ слов гаммы для того, чтобы использовалась лишь небольшая доля минимальной длины периода генератора. Для получения начального 700-байтного заполнения целесообразно использовать качественную хеш-функцию.

Сравнение скорости шифрования

Алгоритм	Скорость шифрования (МБайт/с)
A5	5
PIKE	63
RC4	164
SEAL	381

^[7]

Следует отметить, что по данным за 2004 год, зафиксированных случаев взлома данного шифра нет^[8]. Возможной областью применения данного алгоритма шифрования является цифровая связь.

Примечания и литература

1. ↑ Ross Anderson, "On Fibonacci Keystream Generators"
2. ↑ Blöcher, Uwe; Dichtl, Markus (1993), "Fish: A fast software stream cipher", Proc. Fast Software Encryption 1993, Lecture Notes in Computer Science, 809, Springer-Verlag, pp. 41–44
3. ↑ "Дискретная математика и криптология. Курс лекций" – Фомичев В. М., 2003 ISBN 5-86404-185-8, pp.332-334
4. ↑ Название «PIKE» было взято не случайно, ведь в переводе с англ. языка оно означает щука, которая «находится вершине пищевой цепочки местных вод, живет дольше, компактнее и злее чем другие рыбы»
5. ↑ Gideon Yuval, Гидеон Юваль отметил что, вместо битов переноса на некоторых процессорах предпочтительнее использовать биты чётности
6. ↑ "Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на Си Брюс Шнайер" ISBN 5-8939-2055-4, PIKE.c
7. ↑ Цифровая книга - "Криптография", гл. 2.3.2.2.17, Диски издательства LDL
8. ↑ "Random Stream Cipher", Växjö universitet, 2007