ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗАЩИЩЕННОГО ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ НА ОСНОВЕ ШИФРА ВЕРНАМА И ЭФЕМЕРНЫХ КЛЮЧЕЙ

DESCRIPTION OF THE SOFTWARE IMPLEMENTATION OF A CRYPTOGRAPHIC SYSTEM FOR SECURE EXCHANGE OF INFORMATION BASED ON THE VERNAM CIPHER AND EPHEMERAL KEYS

Sergey Tarasenko

Employee of the FSO Academy of Russia,

Russia, Orel

Yuri Ivanov

Candidate of technical sciences, Employee of the FSO Academy of Russia,

Russia, Orel

В данной работе описывается программная реализация криптографической системы защищенного обмена информацией на основе шифра Вернама и эфемерных ключей, алгоритм криптографических преобразований которой представлен в [1].

Инструментарий, использованный для реализации криптосистемы:

1. интерпретируемый язык программирования высокого уровня Python 3.x [2];
2. пакет Python для расчет контрольных сумм crcmod v1.7 [3];
3. пакет Python низкоуровневых криптопримитивов pycryptodome v3.17 [4];
4. пакет Python низкоуровневых криптопримитивов pycryptodomex v3.17 [5];
5. пакет Python для формирования и обработки бинарных массивов bitarray v2.7.3 [6];
6. пакет Python для формирования и запуска регрессионных тестов pytest v7.2.2 [7];
7. модуль Python для осуществления шифрования данных алгоритмом AES в режиме PCBC [8];
8. программное обеспечение mypy v1.2.0 для осуществления проверки статических типов данных в программах на языке Python [9];
9. инструмент контейнеризации программного обеспечения Docker 20.10.17 [10].

Все используемые программные средства имеют открытый исходный код.

Реализованный базовый функционал:

– генерация ключевой информации:

1. генерация ключей для одноразовых блокнотов (с использованием модуля Python «secrect»);
2. генерация ключей и векторов инициализации для блочных шифров (с использованием модуля Python «secrect»);
3. формирование первичной ключевой информации (разбиение одноразового ключа на части, извлечение некоторых частей, генерация и вставка ложных частей);
4. формирование очередной ключевой информации;
5. формирование эфемерных ключей перестановки имитовставки MAC и зашифрованной полезной нагрузки алгоритмом AES в режиме ECB;
6. формирование эфемерных ключей выработки имитовставки MAC для зашифрованной полезной нагрузки алгоритмом AES в режиме ECB;

– зашифрование/расшифрование информации с использованием шифра Вернама;

– зашифрование/расшифрование информации с использованием алгоритма AES в режиме PCBC в двух направлениях;

– зашифрование/расшифрование информации с использованием композитного шифра;

– расчет необходимой зарезервированной длины ключа L_for_transfer_new_OTK для безопасной передачи очередной ключевой информации;

– реализация интеративного процесса работы криптографической системы:

1. формирование и передача первичной ключевой информации стороной 1 стороне 2;
2. защищенный обмен полезной нагрузкой между сторонами посредством использования предлагаемой криптографической системы;
3. формирование и передача очередной ключевой информации стороной 1 стороне 2.

Реализованный вспомогательный функционал:

1. регрессионные тесты для базового функционала;
2. формирование отчета о работе криптографической системы;

Программная реализация не имеет графического интерфейса (англ. graphical user interface, GUI) – результаты работы программного обеспечения имплементированы в виде файла отчета о работе криптографической системы.

Графическое отображение структуры формируемого отчета приведено на рисунке 1.

Рисунок 1. Структура сформированного отчета о работе криптографической системы защищенного обмена информацией на основе шифра Вернама и эфемерных ключей

Список литературы:

1. Тарасенко С.С.  Алгоритм криптографического преобразования полезной нагрузки и ключевой информации на основе шифра Вернама и композиционного шифра / С.С. Тарасенко. – Текст: непосредственный. // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия "Естественные и технические науки" – 2023. – Москва. — № 6/2. — С. 147—152.
2. Интерпретируемый язык программирования высокого уровня Python 3 [Электронный ресурс] // URL: https://www.python.org (дата обращения: 20.06.2023).
3. Пакет Python для расчет контрольных сумм crcmod [Электронный ресурс] // URL: https://pypi.org/project/crcmod (дата обращения: 20.06.2023).
4. Пакет Python низкоуровневых криптопримитивов pycryptodome [Электронный ресурс] // URL: https://pypi.org/project/pycryptodome (дата обращения: 20.06.2023).
5. Пакет Python низкоуровневых криптопримитивов pycryptodomex [Электронный ресурс] // URL: https://pypi.org/project/pycryptodomex (дата обращения: 20.06.2023).
6. Пакет Python для формирования и обработки бинарных массивов bitarray [Электронный ресурс] // URL: https://pypi.org/project/bitarray (дата обращения: 20.06.2023).
7. Пакет Python для формирования и запуска регрессионных тестов pytest [Электронный ресурс] // URL: https://pypi.org/project/pytest (дата обращения: 20.06.2023).
8. Модуль Python для осуществления шифрования данных алгоритмом AES в режиме PCBC [Электронный ресурс] // URL: https://github.com/bozhu/AES-Python (дата обращения: 20.06.2023).
9. Программное обеспечение mypy [Электронный ресурс] // URL: https://pypi.org/project/mypy (дата обращения: 20.06.2023).
10. Инструмент контейнеризации программного обеспечения Docker [Электронный ресурс] // URL: https://www.docker.com (дата обращения: 20.06.2023).