òðåõ ïîñëåäíèõ âûïóñêàõ ìû ñ âàìè ðàññìîòðåëè àðõèòåêòóðó áëî÷íûõ êðèïòîàëãîðèòìîâ, íàñòîÿùèé âûïóñê ïîñâÿùåí ñïîñîáàì èõ èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ øèôðîâàíèÿ äàííûõ, òî åñòü ðåæèìàì øèôðîâàíèÿ.

Èòàê, ïðåäïîëîæèì, ÷òî â íàøåì ðàñïîðÿæåíèè èìååòñÿ ñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð, ñîäåðæàùèé äâà çàâèñÿùèõ îò êëþ÷à K ïðåîáðàçîâàíèÿ çà- è ðàñøèôðîâàíèÿ N-áèòîâûõ áëîêîâ, E_K è D_K ñîîòâåòñòâåííî. Ïðîñòåéøèé ñïîñîá èñïîëüçîâàòü ýòè ïðåîáðàçîâàíèÿ - ðàçáèòü øèôðóåìûé ìàññèâ T íà N-áèòîâûå áëîêè è øèôðîâàòü èõ íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà:

T = (T₁,T₂,...,T_n),
T'_i = E_K(T_i),
T' = (T'₁,T'₂,..., T'_n),
ãäå |T'_i| = |T_i| = N.

Ýòîò ðåæèì øèôðîâàíèÿ, òî åñòü ñïîñîá èñïîëüçîâàíèÿ êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ äëÿ øèôðîâàíèÿ äàííûõ, â îòå÷åñòâåííîé ëèòåðàòóðå è ÷àñòè çàðóáåæíûõ èñòî÷íèêîâ íàçûâàåòñÿ ðåæèìîì ïðîñòîé çàìåíû, â äðóãîé ÷àñòè çàðóáåæíûõ èñòî÷íèêîâ, òÿãîòåþùåé ê àíãëîñàêñîíñêîé êðèïòîãðàôè÷åñêîé òåðìèíîëîãèè, îí íàçûâàåòñÿ ðåæèìîì ýëåêòðîííîé êîäîâîé êíèãè (Electronic Code Book, ñîêðàùåííî ECB). Èñïîëüçîâàíèå äàííîãî ïðîñòåéøåãî ðåæèìà øèôðîâàíèÿ ñîïðÿæåíî ñ ðÿäîì òðóäíîñòåé. Ïåðâàÿ, ÷èñòî òåõíè÷åñêàÿ òðóäíîñòü íàçûâàåòñÿ ïðîáëåìîé ïîñëåäíåãî áëîêà è çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ðàçìåð øèôðóåìîãî òåêñòà ìîæåò áûòü íå êðàòåí ðàçìåðó áëîêà èñïîëüçóåìîãî øèôðà.  ýòîì ñëó÷àå ïîñëåäíèé áëîê áóäåò íåïîëíûì (|T_n| < N), è åãî íåîáõîäèìî êàê-ëèáî äîïîëíèòü äî ðàçìåðà â N áèò, òàê êàê êðèïòîãðàôè÷åñêîìó ïðåîáðàçîâàíèþ ìîæåò áûòü ïîäâåðãíóò òîëüêî áëîê ïîëíîãî ðàçìåðà. Ïðè ýòîì âñå ïîëó÷åííûå áèòû áëîêà øèôðîòåêñòà áóäóò çíà÷àùèìè, èõ íåëüçÿ îòáðàñûâàòü áåç ïîòåðè èíôîðìàöèè, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ðàçìåðà øèôðîòåêñòà ïî ñðàâíåíèþ ñ îòêðûòûì òåêñòîì, à ýòî íå âî âñåõ ñëó÷àÿõ äîïóñòèìî.

Âòîðàÿ ïðîáëåìà ñâÿçàíà ñî ñòîéêîñòüþ øèôðà è çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè áëî÷íîãî êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ E_K äëÿ çàøèôðîâàíèÿ äàííûõ èç îäèíàêîâûõ áëîêîâ îòêðûòîãî òåêñòà ïîëó÷àþòñÿ îäèíàêîâûå áëîêè øèôðîòåêñòà:

T_i = T_j  E_K(T_i) = E_K(T_j).

Îáðàòíîå òàêæå âåðíî: åñëè äâà áëîêà øèôðîòåêñòà ñîâïàäàþò, òî ñîîòâåòñòâóþùèå èì áëîêè îòêðûòîãî òåêñòà èäåíòè÷íû:

E_K(T_i) = E_K(T_j) T_i = T_j.

 ðåçóëüòàòå äëÿ àíàëèòèêà ïðîòèâíèêà ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì ñäåëàòü îïðåäåëåííûå çàêëþ÷åíèÿ îòíîñèòåëüíî ñâîéñòâ îòêðûòîãî òåêñòà, åñëè â øèôðîòåêñòå âñòðåòÿòñÿ ñîâïàäàþùèå áëîêè. Ïîëîæåíèå óñóãóáëÿåòñÿ òåì, ÷òî â ðåàëüíûõ îòêðûòûõ äàííûõ ÷àñòî âñòðå÷àþòñÿ ïîâòîðÿþùèåñÿ ïàòòåðíû – ãðóïïû áàéòîâ, ñèìâîëîâ, ÷àñòîòû âõîæäåíèÿ êîòîðûõ íàìíîãî ïðåâûøàþò ñðåäíþþ âåðîÿòíîñòü ïîÿâëåíèÿ â äàííûõ ñëó÷àéíîãî áëîêà. Ýòî ïîçâîëèò ïðîòèâíèêó âûÿâëÿòü ïàòòåðíû øèôðîòåêñòà è òåì ñàìûì îïðåäåëÿòü ñòðóêòóðó îòêðûòîãî òåêñòà, ÷òî, êîíå÷íî, íåïðèåìëåìî äëÿ ñåðüåçíûõ ñèñòåì îáåñïå÷åíèÿ ñåêðåòíîñòè. Íàïðèìåð, ïðè ôîðìàòèðîâàíèè ìàãíèòíîãî äèñêà íà åãî äîðîæêè çàïèñûâàåòñÿ ôèêñèðîâàííûå áàéòû êîäà. Åñëè ñâåæåîòôîðìàòèðîâàííûé äèñê çàïîëíèòü äàííûìè ëèøü ÷àñòè÷íî, òî ýòè ïàòòåðíû áóäóò çàíèìàòü ñóùåñòâåííóþ ÷àñòü äèñêà è ïîñëå çàøèôðîâàíèÿ íà èõ ìåñòå îêàæóòñÿ ïîâòîðÿþùèåñÿ áëîêè øèôðîòåêñòà, ÷òî ïîçâîëèò àíàëèòèêó ïðîòèâíèêà îïðåäåëèòü ìåñòîíàõîæäåíèå ïîëåçíûõ äàííûõ è îòëè÷èòü èõ îò ñâîáîäíîãî ïðîñòðàíñòâà äèñêà.

Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðåîäîëåòü óêàçàííûå íåäîñòàòêè, áûëè ðàçðàáîòàíû ðàçëè÷íûå ñïîñîáû èñïîëüçîâàíèÿ êðèïòîãðàôè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàíèé äëÿ øèôðîâàíèÿ äàííûõ, íàçûâàåìûå ðåæèìàìè øèôðîâàíèÿ. Îáùèì â íèõ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïðåîáðàçîâàíèå çàøèôðîâàíèÿ âûïîëíÿåòñÿ ïî áîëåå ñëîæíîìó óðàâíåíèþ è ðåçóëüòàò øèôðîâàíèÿ î÷åðåäíîãî áëîêà â îáùåì ñëó÷àå çàâèñèò íå òîëüêî îò ýòîãî áëîêà, íî è îò âñåõ ïðåäûäóùèõ áëîêîâ îòêðûòîãî òåêñòà è øèôðîòåêñòà, è, âîçìîæíî, îò çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà èíèöèàëèçàöèè S, íàçûâàåìîãî ñèíõðîïîñûëêîé:

T'_i = F(T₁,T₂,...,T_i,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S).

Ïîíÿòíî, ÷òî ïðè âû÷èñëåíèè ôóíêöèè F äîëæíî èñïîëüçîâàòüñÿ êðèïòîãðàôè÷åñêîå ïðåîáðàçîâàíèå E_K è ïðèâåäåííîå âûøå ñîîòíîøåíèå äîëæíî áûòü ðàçðåøèìî îòíîñèòåëüíî øèôðóåìîãî áëîêà T_i, ÷åãî òðåáóåò îáðàòèìîñòü ïðîöåäóðû øèôðîâàíèÿ. Êàê ìû ñ âàìè âûÿñíèëè â ïðåäûäóùèõ âûïóñêàõ, îáðàòèìîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ â ñî÷åòàíèè ñ åãî êðèïòîñòîéêîñòüþ â ñèòóàöèÿõ, êîãäà îäèí áëîê äàííûõ ìîäèôèöèðóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì îäíîãî èëè íåñêîëüêèõ äîïîëíèòåëüíûõ áëîêîâ äàííûõ ëåã÷å âñåãî îáåñïå÷èòü çà ñ÷åò ïðèìåíåíèÿ îáðàòèìûõ áèíàðíûõ îïåðàöèé. Íàïîìíþ, ÷òî áèíàðíàÿ îïåðàöèÿ “° ” íàçûâàåòñÿ îáðàòèìîé, åñëè ñóùåñòâóåò îáðàòíàÿ åé îïåðàöèÿ “· ”, òàêàÿ, ÷òî êàêîâû áû íå áûëè äâà áëîêà äàííûõ X è Y, ñîñòàâëÿþùèå ïàðó äîïóñòèìûõ àðãóìåíòîâ ïåðâîé îïåðàöèè, ñïðàâåäëèâî ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèå:

(X °  Y) ·  Y = X.

Èñïîëüçîâàíèå îáðàòèìîé áèíàðíîé îïåðàöèè íåîáõîäèìî ñî÷åòàòü ñ ïðèìåíåíèåì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñïîñîáîì, îáåñïå÷èâàþùèì âûñîêóþ êðèïòîñòîéêîñòü. Ñ ó÷åòîì ïîñëåäíåãî çàìå÷àíèÿ ñóùåñòâóþò äâà âîçìîæíûõ âàðèàíòà òàêîãî ñî÷åòàíèÿ, ðàçëè÷àþùèõñÿ òåì, êàê êîìáèíèðóþòñÿ äðóã ñ äðóãîì äâå óêàçàííûå îïåðàöèè. Ñîîòâåòñòâåííî, âñå ðåæèìû øèôðîâàíèÿ ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâà áîëüøèõ êëàññà, êîòîðûå ìîæíî óñëîâíî íàçâàòü “áëî÷íûìè ðåæèìàìè” è “ïîòîêîâûìè ðåæèìàìè” ïîäîáíî òîìó, êàê âñå øèôðû äåëÿòñÿ íà áëî÷íûå è ïîòîêîâûå. Ñìûñë òàêîãî íàçâàíèÿ ðåæèìîâ ñòàíåò ïîíÿòíûì ïîñëå îçíàêîìëåíèÿ ñ íèìè, äàëåå â òåêñòå íàñòîÿùåãî âûïóñêà ýòè íàçâàíèÿ óïîòðåáëÿåòñÿ áåç êàâû÷åê.

 áëî÷íûõ ðåæèìàõ øèôðóåìûé áëîê ïåðâîíà÷àëüíî ìîäèôèöèðóåòñÿ ïóòåì íàëîæåíèÿ íà íåãî ñ ïîìîùüþ áèíàðíîé îïåðàöèè (“° ”) çíà÷åíèÿ ôóíêöèè f, çàâèñÿùåé îò âñåõ ïðåäûäóùèõ áëîêîâ îòêðûòîãî (T_i) è øèôðîâàííîãî (T'_i ) òåêñòà, è, âîçìîæíî, îò ïàðàìåòðà èíèöèàëèçàöèè (S), ïîñëå ÷åãî ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå ìîäèôèöèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ (E_K ). Òàêèì îáðàçîì, çàøèôðîâàíèå â áëî÷íûõ ðåæèìàõ âûïîëíÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñî ñëåäóþùèì óðàâíåíèåì:

T'_i = E_K(T_i  °  f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S)).

Òîãäà ðàñøèôðîâàíèå â ðåæèìàõ ýòîãî òèïà âûïîëíÿåòñÿ ïî ñëåäóþùåìó óðàâíåíèþ:

T_i = D_K(T'_i)  ·  f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S) ,

ãäå ÷åðåç D_K îáîçíà÷åíà îáðàòíàÿ E_K ïðîöåäóðà ðàñøèôðîâàíèÿ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû, à ÷åðåç “· ” – áèíàðíàÿ îïåðàöèÿ, îáðàòíàÿ îïåðàöèè “° ”.

 ïîòîêîâûõ ðåæèìàõ øèôðóåìûé áëîê ìîäèôèöèðóåòñÿ ïóòåì íàëîæåíèÿ íà íåãî ñ ïîìîùüþ áèíàðíîé îïåðàöèè (“° ”) ðåçóëüòàòà êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ E_K çíà÷åíèÿ ôóíêöèè f , çàâèñÿùåé îò âñåõ ïðåäûäóùèõ áëîêîâ îòêðûòîãî (T_i) è øèôðîâàííîãî (T'_i) òåêñòà, è, âîçìîæíî, îò ïàðàìåòðà èíèöèàëèçàöèè (S). Òàêèì îáðàçîì, çàøèôðîâàíèå â ïîòîêîâûõ ðåæèìàõ âûïîëíÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñî ñëåäóþùèì óðàâíåíèåì:

T'_i = T_i  °  E_K(f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S)).

Òîãäà ðàñøèôðîâàíèå â ðåæèìàõ ýòîãî òèïà âûïîëíÿåòñÿ ïî ñëåäóþùåìó óðàâíåíèþ:

T_i = T'_i ·  E_K(f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S)).

Ôóíêöèþ f ìû áóäåì íàçûâàòü ðàíäîìèçèðóþùåé ôóíêöèåé, òàê êàê îñíîâíîé ñìûñë åå èñïîëüçîâàíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîáû âíåñòè ðàçíîîáðàçèå â áëîêè äàííûõ, ïîäâåðãàþùèõñÿ ïðåîáðàçîâàíèþ ïî êðèïòîãðàôè÷åñêîìó àëãîðèòìó E_K.  ðåæèìàõ îáîèõ òèïîâ çíà÷åíèå ýòîé ôóíêöèè äîëæíî áûòü ðàçëè÷íûì äëÿ áëîêîâ ñ ðàçëè÷íûìè íîìåðàìè, äàæå åñëè ýòè áëîêè ñîäåðæàò îäèíàêîâûå äàííûå. Åñëè

F_i = f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S) è

F_j = f(T₁,T₂,...,T_j–1,T'₁,T'₂,...,T'_j–1,S), òî

i   j  F_i  F_j.

 îñòàëüíîì îò ôóíêöèè f íå òðåáóåòñÿ íèêàêèõ îñîáûõ ñâîéñòâ – íè ñëîæíîñòè, íè îáðàòèìîñòè. Âñå, ÷òî åé íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü, ýòî ñòàòèñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè åå âûõîäà – âñå âûõîäíûå çíà÷åíèÿ äîëæíû áûòü ðàâíîâåðîÿòíû ïðè ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðåäïîëîæåíèÿõ î ðàñïðåäåëåíèè àðãóìåíòîâ, èáî åñëè âûõîä ôóíêöèè áóäåò ñîäåðæàòü ñòàòèñòè÷åñêèå çàêîíîìåðíîñòè, àíàëèòèêè ïîëó÷àò â ñâîè ðóêè íåêîòîðûå äîïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè ïî âçëîìó øèôðà. Êîíå÷íî âûñîêàÿ ñëîæíîñòü ðàíäîìèçèðóþùåé ôóíêöèè áóäåò ïîëåçíà ñ òî÷êè çðåíèÿ îáåñïå÷åíèÿ êðèïòîñòîéêîñòè øèôðà, îäíàêî ýòî íå ÿâëÿåòñÿ îïðåäåëÿþùèì ôàêòîðîì ïðè åå âûáîðå – íå ñòîèò çàáûâàòü, ÷òî ñòîéêîñòü øèôðà îáåñïå÷èâàåòñÿ êðèïòîãðàôè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè ïðåîáðàçîâàíèÿ E_K, à íå ñëîæíîñòüþ ôóíêöèè f.

Êîíå÷íî, ìîæíî ïîïûòàòüñÿ îáúåäèíèòü îáà âûøåóêàçàííûõ ïîäõîäà â îäèí, íî ïðè ýòîì íàäî îòäàâàòü ñåáå îò÷åò â òîì, ÷òî ýòî áóäåò íå íîâûì êëàññîì ðåæèìîâ øèôðîâàíèÿ, à ïðîñòî ïîâòîðíûì øèôðîâàíèåì, – ñíà÷àëà â îäíîì ðåæèìå, à ïîòîì â äðóãîì, – ñî âñåìè âûòåêàþùèìè ïîñëåäñòâèÿìè.  ÷àñòíîñòè, âñå âû÷èñëèòåëüíûå çàòðàòû íà âûïîëíåíèå òàêîé ïðîöåäóðû êàê ìèíèìóì óäâîÿòñÿ. Âîò ïî÷åìó â ïðàêòè÷åñêèõ ñõåìàõ øèôðîâàíèÿ îãðàíè÷èâàþòñÿ ïðèìåíåíèåì ðåæèìîâ îäíîãî èç óêàçàííûõ òèïîâ è íå ïûòàþòñÿ “âïðÿ÷ü ëîøàäü â ïàðîâîç”, èáî ýòî ïðèâåëî áû ê âîçíèêíîâåíèþ ñîâåðøåííî íååñòåñòâåííîé êðèïòîãðàôè÷åñêîé êîíñòðóêöèè.

Òåïåðü ñàìîå âðåìÿ çàìåòèòü, ÷òî â ñëó÷àÿõ, êîãäà áèíàðíàÿ îïåðàöèÿ ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ ìîäèôèêàöèè îäíîãî çíà÷åíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì äðóãîãî ñ öåëüþ òîëüêî åãî ñîêðûòèÿ, è íå ñòàâèòñÿ íèêàêèõ äîïîëíèòåëüíûõ çàäà÷ âðîäå îáåñïå÷åíèÿ ìàêñèìàëüíî âûñîêîé ñòåïåíè ïåðåìåøèâàíèÿ, íàèáîëåå ïîäõîäÿùèì âàðèàíòîì òàêîé îïåðàöèè ÿâëÿåòñÿ ïîáèòîâîå èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ, òàê êàê èç âñåõ áèíàðíûõ îïåðàöèé, îáëàäàþùèõ íåîáõîäèìûìè ñâîéñòâàìè, îíà íàèáîëåå ïðîñòà è òåõíîëîãè÷íà.  ýòîì ñëó÷àå óðàâíåíèÿ çà- è ðàñøèôðîâàíèÿ â áëî÷íûõ è ïîòîêîâûõ òèïàõ ðåæèìîâ áóäóò ñëåäóþùèìè:

1.Áëî÷íûå ðåæèìû:

• çàøèôðîâàíèå:

T'_i = E_K(T_i   f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S));

• ðàñøèôðîâàíèå:

T_i = D_K(T_i)   f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T_i–1,S);

2.Ïîòîêîâûå ðåæèìû:

• çàøèôðîâàíèå:
  

  T'_i = T_i  E_K(f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S));

• ðàñøèôðîâàíèå:

T_i = T'_i  E_K(f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S)).

Òåïåðü ñðàâíèì îáà òèïà ðåæèìîâ, ñðàâíåíèå íà÷íåì ñ äâóõ ôóíäàìåíòàëüíûõ ôàêòîâ, êîòîðûå, ñîáñòâåííî, è îïðåäåëÿþò èõ ñâîéñòâà:

1.  áëî÷íûõ ðåæèìàõ çàøèôðîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèåì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ íåïîñðåäñòâåííî ê øèôðóåìîìó áëîêó, ìîäèôèöèðîâàííîìó çíà÷åíèåì ðàíäîìèçèðóþùåé ôóíêöèè f, – â óðàâíåíèè çàøèôðîâàíèÿ øèôðóåìûé áëîê T_i ñòîèò âíóòðè ñêîáîê êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ E_K(...), òîãäà êàê â ïîòîêîâûõ ðåæèìàõ çàøèôðîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ òî÷íî òàê æå, êàê â ïîòîêîâûõ øèôðàõ, íàëîæåíèåì íà øèôðóåìûé áëîê íåêîòîðîãî êîäà ñ ïîìîùüþ îáðàòèìîé áèíàðíîé îïåðàöèè, è øèôðóåìûé áëîê T_i íå ôèãóðèðóåò â âûðàæåíèè äëÿ àðãóìåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ E_K.
1. Äëÿ ðàñøèôðîâàíèÿ â áëî÷íûõ ðåæèìàõ ïðèìåíÿåòñÿ êðèïòîãðàôè÷åñêîå ïðåîáðàçîâàíèå D_K, îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèþ E_K, èñïîëüçîâàííîìó äëÿ çàøèôðîâàíèÿ, òîãäà êàê ïðè ðàñøèôðîâàíèè â ïîòîêîâîì ðåæèìå èñïîëüçóåòñÿ òî æå ñàìîå ïðåîáðàçîâàíèå, ÷òî è ïðè çàøèôðîâàíèè. Èç ýòîãî ñëåäóåò, âîîáùå ãîâîðÿ, âåñüìà èíòåðåñíûé âûâîä: äëÿ ïîñòðîåíèÿ áëî÷íûõ ðåæèìîâ øèôðîâàíèÿ íåîáõîäèìî îáðàòèìîå êðèïòîãðàôè÷åñêîå ïðåîáðàçîâàíèå, òîãäà êàê äëÿ ïîñòðîåíèÿ ïîòîêîâûõ ðåæèìîâ îáðàòèìîñòü èñïîëüçóåìîãî êðèïòîïðåîáðàçîâàíèÿ íå òðåáóåòñÿ, äîñòàòî÷íî åãî ñòîéêîñòè. Ýòî, â ÷àñòíîñòè, ïîçâîëÿåò ðåàëèçîâàòü òàêèå ðåæèìû íà áàçå âû÷èñëèòåëüíî íåîáðàòèìûõ ôóíêöèé, íàïðèìåð, íà áàçå MD5 è àíàëîãè÷íûõ àëãîðèòìîâ.

Èç ñêàçàííîãî âûøå ñòàíîâèòñÿ ïîíÿòíûì, ÷òî íàçâàíèÿ “áëî÷íûå” è “ïîòîêîâûå” ðåæèìû èìååò âïîëíå ïðîñòîé è ïîíÿòíûé ñìûñë: øèôð â áëî÷íîì ðåæèìå âåäåò ñåáÿ êàê îáû÷íûé áëî÷íûé øèôð: øèôðîâàíèþ ìîãóò ïîäâåðãàòüñÿ òîëüêî ïîëíûå áëîêè äàííûõ. Åñëè øèôðóåìûé ìàññèâ äàííûõ ñîäåðæèò íåöåëîå ÷èñëî áëîêîâ, ýòî ñîçäàåò äëÿ òàêîé ñõåìû îïðåäåëåííûå òðóäíîñòè – äàííûé âîïðîñ áóäåò ïîäðîáíî ðàññìîòðåí íèæå. Øèôðû æå â ïîòîêîâîì ðåæèìå ÿâëÿþòñÿ â ïîëíîì ñìûñëå ñëîâà ïîòîêîâûìè øèôðàìè, è äëÿ íèõ, â ÷àñòíîñòè, îòñóòñòâóåò ïðîáëåìà ïîñëåäíåãî áëîêà. Ïî ñâîåé ñóòè ïîòîêîâûé ðåæèì åñòü íå ÷òî èíîå, êàê ñïîñîá ïîñòðîåíèÿ ïîòîêîâîãî øèôðà íà áàçå áëî÷íîãî êðèïòîãðàôè÷åñêîãî àëãîðèòìà.  ýòîì, ñîáñòâåííî, è çàêëþ÷àåòñÿ ôóíäàìåíòàëüíàÿ ðàçíèöà ìåæäó óêàçàííûìè òèïàìè ðåæèìîâ, õîòÿ, íà ïåðâûé âçãëÿä, ðàçëè÷èÿ ìåæäó íèìè ìîãóò ïîêàçàòüñÿ íåçíà÷èòåëüíûìè, è èõ óðàâíåíèÿ çàøèôðîâàíèÿ ïîõîæè äðóã íà äðóãà:

T'_i = E_K(T_i  F_i) â “áëî÷íûõ” ðåæèìàõ,

T'_i = T_i  E_K(F_i) â “ïîòîêîâûõ” ðåæèìàõ,

ãäå F_i = f(T₁,T₂,...,T_i–1,T'₁,T'₂,...,T'_i–1,S) äëÿ îáîèõ òèïîâ ðåæèìîâ.

Òåïåðü ïîãîâîðèì î ðîëè ïàðàìåòðà èíèöèàëèçàöèè S, íàçûâàåìîãî â îòå÷åñòâåííîé êðèïòîãðàôèè ñèíõðîïîñûëêîé. Äåëî â òîì, ÷òî ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ øèôðîâàíèå äâóõ ñîîáùåíèé èëè ìàññèâîâ äàííûõ íà îäíîì è òîì æå êëþ÷å ìîæåò ïðèâåñòè ê êàòàñòðîôè÷åñêîé ïîòåðå ñòîéêîñòè. Âìåñòå ñ òåì, íå âñåãäà òåõíè÷åñêè âîçìîæíî îáåñïå÷èòü ñìåíó êëþ÷à ïåðåä íà÷àëîì øèôðîâàíèÿ êàæäîãî íîâîãî ñîîáùåíèÿ. Îñîáåííî ýòî áûëî àêòóàëüíî äëÿ ïåðâûõ ñèñòåì øèôðîâàíèÿ, èñïîëüçîâàâøèõ ïîòîêîâûå øèôðû è îáñëóæèâàâøèõ êàíàëû ñâÿçè ñ âûñîêèì òðàôèêîì. ×òîáû ïðèìèðèòü óêàçàííûå îáñòîÿòåëüñòâà, â ñèñòåìàõ îáåñïå÷åíèÿ ñåêðåòíîñòè ñòàëè èñïîëüçîâàòü ïîíÿòèå “íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ” øèôðàòîðà. Ïðè øèôðîâàíèè îäíîãî è òîãî æå ñîîáùåíèÿ äâàæäû íà îäíîì è òîì æå êëþ÷å, íî ñ ðàçëè÷íûìè íà÷àëüíûìè ñîñòîÿíèÿìè øèôðàòîðà ïîëó÷àþòñÿ äâå ñîâåðøåííî ðàçëè÷íûå âûõîäíûå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè.  ýòîì ñëó÷àå øèôðîâàíèå äâóõ ñîîáùåíèé íà îäíîì è òîì æå êëþ÷å óæå íå ãðîçèò êðèòè÷åñêîé ïîòåðåé ñòîéêîñòè – íåîáõîäèìî ëèøü îáåñïå÷èòü, ÷òîáû íà÷àëüíûå ñîñòîÿíèÿ øèôðàòîðà ïðè ýòîì áûëè ðàçëè÷íû. Ýëåìåíòîì äàííûõ, îïðåäåëÿþùèì ýòî íà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå, êàê ðàç è ÿâëÿåòñÿ ñèíõðîïîñûëêà. Ïîíÿòíî, ÷òî îíà äîëæíà ïåðåäàâàòüñÿ èëè õðàíèòüñÿ âìåñòå ñ çàøèôðîâàííûìè äàííûìè è íå ìîæåò áûòü ñåêðåòíîé. Ñîáñòâåííî, ïîýòîìó îíà è íàçûâàåòñÿ ñèíõðîïîñûëêîé èëè ñèíõðîíèçèðóþùåé ïîñûëêîé, òî åñòü ïîñûëêîé ýëåìåíòà äàííûõ, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ñèíõðîíèçàöèè øèôðóþùåãî óñòðîéñòâà ïîëó÷àòåëÿ ñ øèôðóþùèì óñòðîéñòâîì îòïðàâèòåëÿ.

 áëî÷íûõ ðåæèìàõ øèôðîâàíèå äâóõ ðàçëè÷íûõ ìàññèâîâ èíôîðìàöèè íà îäíîì è òîì æå êëþ÷å ñ îäíèì è òåì æå ïàðàìåòðîì èíèöèàëèçàöèè S äîïóñòèìî è íå âåäåò ê ïîòåðå êðèïòîãðàôè÷åñêîé ñòîéêîñòè. Ñîáñòâåííî, ïî áîëüøîìó ñ÷åòó, â ðåæèìàõ ýòîãî òèïà âïîëíå ìîæíî îáîéòèñü è âîâñå áåç ñèíõðîïîñûëêè. Êîíå÷íî, åñëè ïðè ýòîì äâà ìàññèâà äàííûõ T = (T₁,T₂,...,T_n), è V = (V₁,V₂,...,V_n) äàþò ïðè çàøèôðîâàíèè ìàññèâû øèôðîòåêñòà, íà÷àëüíûå îòðåçêè êîòîðûõ ñîâïàäàþò, ýòî ãîâîðèò î òîì, ÷òî ñîîòâåòñòâóþùèå íà÷àëüíûå îòðåçêè èñõîäíûõ ìàññèâîâ òàêæå èäåíòè÷íû:

åñëè T'_i = V'_i äëÿ i = 1,2,...,m,

òî T_i = V_i äëÿ i = 1,2,...,m.

Åñëè èñïîëüçîâàííàÿ ïðè øèôðîâàíèè ôóíêöèÿ f òàêîâà, ÷òî åå çíà÷åíèå íå çàâèñèò îò ïðåäûäóùèõ áëîêîâ îòêðûòîãî òåêñòà è øèôðîòåêñòà, à çàâèñèò òîëüêî îò êîëè÷åñòâà ïðåäøåñòâóþùèõ áëîêîâ äàííûõ, òî åñòü ôàêòè÷åñêè îò ïîðÿäêîâîãî íîìåðà øèôðóåìîãî áëîêà i, è ïàðàìåòðà ñèíõðîíèçàöèè S, ò.å. åñëè F_i = f(S,i), òî ýòî ñâîéñòâî ñïðàâåäëèâî äëÿ ïðîèçâîëüíûõ ïàð îäèíàêîâûõ áëîêîâ, çàíèìàþùèõ â ñâîèõ òåêñòàõ îäíî è òî æå ìåñòî, à íå òîëüêî äëÿ òåõ, ÷òî íàõîäÿòñÿ â íà÷àëüíûõ îòðåçêàõ ñâîèõ ìàññèâîâ:

T'_i = V'_i    T_i = V_i äëÿ ëþáîãî i.

Âñïîìíèì, ÷òî â ñëó÷àå ïðîñòîé çàìåíû, ò.å. êîãäà øèôðóåìûé áëîê äàííûõ âîâñå íå ìîäèôèöèðóåòñÿ ïåðåä òåì, êàê áûòü ïîäâåðãíóòûì çàøèôðîâàíèþ, óêàçàííîå ñâîéñòâî âûïîëíÿåòñÿ äëÿ ëþáûõ ñîâïàäàþùèõ áëîêîâ äâóõ øèôðîòåêñòîâ, â òîì ÷èñëå è çàíèìàþùèõ ðàçíûå ïîçèöèè â ñâîèõ ìàññèâàõ:

T'_i = V'_j    T_i = V_j äëÿ ëþáûõ i,j,

è, â ÷àñòíîñòè,

T'_i = T'_j    T_i = T_j äëÿ ëþáûõ i,j.

Òàêèì îáðàçîì, â ñëó÷àå øèôðîâàíèÿ â áëî÷íûõ ðåæèìàõ äâóõ ìàññèâîâ äàííûõ íà îäíîì è òîì æå êëþ÷å ñ îäíèì è òåì æå íà÷àëüíûì ïàðàìåòðîì èëè âîâñå áåç èñïîëüçîâàíèÿ íà÷àëüíîãî ïàðàìåòðà òîæäåñòâåííîñòü äâóõ áëîêîâ øèôðîòåêñòà ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü òîæäåñòâåííîñòü äâóõ ñîîòâåòñòâóþùèõ áëîêîâ îòêðûòîãî òåêñòà, ÷òî, êîíå÷íî æå, íåïðèÿòíî, íî íå ñìåðòåëüíî äëÿ øèôðà.

 ïîòîêîâûõ øèôðàõ òî æå ñàìîå ïðèâîäèò ê êàòàñòðîôè÷åñêîé ïîòåðå ñòîéêîñòè. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî äâà ìàññèâà äàííûõ, T = (T₁,T₂,...,T_n), è V = (V₁,V₂,...,V_n), çàøèôðîâàíû â ïîòîêîâîì ðåæèìå íà îäíîì è òîì æå êëþ÷å K ñ èñïîëüçîâàíèåì îäíîãî è òîãî æå ïàðàìåòðà èíèöèàëèçàöèè S. Äëÿ ïðîñòîòû ïðåäïîëîæèì, ÷òî äëÿ ìîäèôèêàöèè øèôðóåìûõ äàííûõ èñïîëüçóåòñÿ îïåðàöèÿ ïîáèòîâîãî èñêëþ÷àþùåãî ÈËÈ. Òîãäà

T'₁ = T₁  E_K(f(S)),

V'₁ = V₁  E_K(f(S)), îòêóäà ñëåäóåò, ÷òî

T'₁  V'₁ = (T₁  E_K(f(S)))  (V₁  E_K(f(S))) = T₁  V₁.

Òàêèì îáðàçîì, àíàëèòèê ïîëó÷àåò â ñâîå ðàñïîðÿæåíèå ëèíåéíîå ñîîòíîøåíèå, ñâÿçûâàþùåå äâà ïåðâûõ îòêðûòûõ áëîêà ñîîáùåíèé, ÷òî, êîíå÷íî, ÿâëÿåòñÿ ïðîâàëîì â ñòîéêîñòè øèôðà è ñîâåðøåííî íåïðèåìëåìî. Âîîáùå ãîâîðÿ, äàííîå ñâîéñòâî ñïðàâåäëèâî äëÿ äâóõ ïåðâûõ íåñîâïàäàþùèõ áëîêîâ ìàññèâîâ. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ïðè çàøèôðîâàíèè äâóõ ìàññèâîâ â ïîòîêîâûõ ðåæèìàõ íà îäíîì è òîì æå êëþ÷å è ñ èñïîëüçîâàíèåì îäíîé è òîé æå ñèíõðîïîñûëêè ïîëó÷åíû øèôðîòåêñòû, íà÷àëüíûå îòðåçêè êîòîðûõ ñîâïàäàþò:

T'_i = V'_i äëÿ i = 1,2,...,m.

Òî÷íî òàêæå, êàê è â ñëó÷àå áëî÷íûõ ðåæèìîâ, ýòî ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü òîæäåñòâåííîñòü ñîîòâåòñòâóþùèõ îòðåçêîâ îòêðûòîãî òåêñòà:

T_i = V_i äëÿ i = 1,2,...,m.

Îäíàêî ïîìèìî ýòîãî áóäåò òàêæå âûïîëíÿòüñÿ è ïðèâåäåííîå âûøå ñîîòíîøåíèå, íî ñôîðìóëèðîâàííîå íå äëÿ ïåðâûõ áëîêîâ, à äëÿ ïåðâûõ íåñîâïàäàþùèõ áëîêîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ ìàññèâîâ äàííûõ:

T'_m+1  V'_m+1 = T_m+1  V_m+1.

Êîíå÷íî, â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ñòîéêîãî êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ýòî íå ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ñîîòíîøåíèÿ, îáëåã÷àþùèå îïðåäåëåíèå âòîðîãî è ïîñëåäóþùèõ íåñîâïàäàþùèõ áëîêîâ ìàññèâîâ îòêðûòûõ äàííûõ. Íî è âûøåïðèâåäåííîãî óæå âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ òîãî, ÷òîáû êðèïòîñèñòåìà áûëà áåçíàäåæíî ñêîìïðîìåòèðîâàíà. Àíàëîãè÷íî ñëó÷àþ áëî÷íûõ ðåæèìîâ ïîëîæåíèå çíà÷èòåëüíî óñóãóáëÿåòñÿ, åñëè èñïîëüçóåòñÿ ìîäèôèöèðóþùàÿ ôóíêöèÿ f, íå çàâèñÿùàÿ îò çíà÷åíèé ïðåäûäóùèõ áëîêîâ, à çàâèñÿùàÿ òîëüêî îò íîìåðà øèôðóþùåãî áëîêà (i) è îò ñèíõðîïîñûëêè (S):

T'_i = T_i  E_K(f(i,S)),

V'_i = V_i  E_K(f(i,S)),

îòêóäà ñëåäóåò, ÷òî

T'_i  V'_i = T_i  V_i

äëÿ âñåõ áëîêîâ øèôðóåìûõ ìàññèâîâ, à íå òîëüêî äëÿ ïåðâûõ äâóõ îòëè÷àþùèõñÿ, êàê ýòî áûëî â îáùåì ñëó÷àå. Ïîñëåäíåå ñîîòíîøåíèå ïîçâîëÿåò âîññòàíîâèòü îáà îòêðûòûõ ñîîáùåíèÿ, ïðè÷åì òåì ëåã÷å, ÷åì áîëüøåé èçáûòî÷íîñòüþ îíè îáëàäàþò. Äàííàÿ ñèòóàöèÿ ïî ñóòè ïðåäñòàâëÿåò ñëó÷àé ïîâòîðíîãî èñïîëüçîâàíèÿ îäíîðàçîâîé ãàììû è âëå÷åò òå æå ñàìûå êàòàñòðîôè÷åñêèå äëÿ øèôðà ïîñëåäñòâèÿ. Âîò ïî÷åìó äëÿ ñèñòåì øèôðîâàíèÿ, â êîòîðûõ èñïîëüçóþòñÿ ïîòîêîâûå ðåæèìû, íåîáõîäèìî îáåñïå÷èâàòü óíèêàëüíîñòü ñèíõðîïîñûëêè â ñëó÷àÿõ, êîãäà âîçìîæíî çàøèôðîâàíèå íåñêîëüêèõ ìàññèâîâ äàííûõ íà îäíîì è òîì æå êëþ÷å.