Гилберт Вернам - Википедия - Gilbert Vernam

Гилберт Сэндфорд Вернам (3 апреля 1890 - 7 февраля 1960) Вустерский политехнический институт Выпускник 1914 г. и AT&T Bell Labs инженер, который в 1917 году изобрел добавку полиалфавитный потоковый шифр а позже изобрел автоматизированный одноразовый блокнот шифр. Вернам предложил шифр телетайпа, в котором заранее подготовленный ключ, держался бумажная лента, комбинируется посимвольно с простой текст сообщение для создания зашифрованный текст. Чтобы расшифровать зашифрованный текст, один и тот же ключ снова будет комбинировать символ за символом, создавая простой текст. Позже Вернам работал в Почтовая телеграфная компания, и стал сотрудником Вестерн Юнион когда эта компания приобрела Postal в 1943 году. Его более поздняя работа в основном была связана с системами автоматического переключения для телеграф сети.

Патент Вернама

Рисунок 1 из патента Вернама.

Комбинирующая функция Вернама, указанная в Патент США 1,310,719, выпущенный 22 июля 1919 г., является XOR операция, применяемая к отдельным импульсам или биты используется для кодирования символов в Код Бодо. Вернам не использовал термин «XOR» в патенте, но он реализовал эту операцию в реле логика. В примере, приведенном Вернамом, простой текст является А, закодированный как "++---"в Бодо, а ключевой персонаж - B, закодированный как "+--++". Полученный зашифрованный текст будет"-+-++", который кодирует грамм. Объединение грамм с ключевым персонажем B на принимающей стороне производит "++---", который является исходным открытым текстом А. В АНБ назвал этот патент «пожалуй, одним из самых важных в истории криптографии».[1]

Одноразовый блокнот

Вскоре после этого, Джозеф Моборн, в то время капитан в Корпус связи армии США, предложил, кроме того, чтобы ключ с бумажной лентой содержал случайный Информация. Эти две идеи, вместе взятые, реализуют автоматическую форму одноразовый блокнот, хотя тогда ни один изобретатель не использовал это имя.

Клод Шеннон, также в Bell Labs, доказал, что одноразовый блокнот, при правильном использовании, не сломается в его Вторая Мировая Война исследование, которое было позже опубликовано в октябре 1949 года. Он также доказал, что любая нерушимая система должна иметь по существу те же характеристики, что и одноразовый блокнот: ключ должен быть действительно случайным, размером с открытый текст, никогда не использоваться повторно полностью или частично, и держится в секрете.[2]

Шифр Вернама

В современной терминологии Шифр Вернама симметричный потоковый шифр в котором открытый текст комбинируется со случайным или псевдослучайный поток данных («ключевой поток») той же длины, чтобы сгенерировать зашифрованный текст, используя Булево "исключающее ИЛИ" (XOR) функция. Это символизируется ⊕ [3] и представлен следующим образом "таблица истинности ", где + представляет" истину ", а - представляет" ложь ".

ВХОДВЫХОД
АBА ⊕ B
−−−
−++
+−+
++−

Другие названия этой функции: Не равно (NEQ), по модулю 2 сложение (без «переноса») и вычитание по модулю 2 (без «заимствования»).

Шифр является взаимным в том смысле, что идентичный ключевой поток используется как для шифрования открытого текста в зашифрованный текст, так и для расшифровки зашифрованного текста, чтобы получить исходный открытый текст:

Открытый текст ⊕ Ключ = Шифрованный текст

и:

Шифрованный текст ⊕ Ключ = Открытый текст

Если ключевой поток действительно случайный и используется только один раз, это эффективно одноразовый блокнот. Подстановка псевдослучайных данных, сгенерированных криптографически безопасный генератор псевдослучайных чисел - распространенная и эффективная конструкция поточного шифра. RC4 является примером шифра Вернама, широко используемого в Интернете.

Если, однако, один и тот же ключевой поток используется для двух сообщений, известных криптоаналитикам как глубина, влияние ключевого потока можно устранить, оставив два открытых текста соединенными вместе. Результат эквивалентен Запуск шифра ключа и два открытых текста могут быть разделены лингвистическими криптоаналитическими методами.

Ciphertext1 ⊕ Ciphertext2 = Plaintext1 ⊕ Plaintext2

Как известно, из-за ошибки оператора Криптоанализ шифра Лоренца британцами в Bletchley Park в течение Вторая Мировая Война. Они диагностировали, как генерируется ключевой поток, разработали, как взломать шифр, и прочитали огромное количество высокоуровневых сообщений, отправляемых немецким высшим командованием и от него, даже не видя реальной машины Лоренца.[4]

Примечания

  1. ^ Кляйн, п. 3 «Вернам изобрел неразрушимый шифр:»разовая лента »(OTT) для он-лайн TTY шифрование. В 1919 году он получил патент, возможно, один из самых важных в истории криптографии ».
  2. ^ Шеннон 1949
  3. ^ Кляйн, п. 2
  4. ^ Тутте 2006, стр. 4–6

Смотрите также

Рекомендации

  • Кляйн, Мелвилл, Защита записи данных: TSEC / KW-26 (PDF), заархивировано из оригинал (PDF) на 2012-10-10, получено 2012-04-12
  • Шеннон, К. (Октябрь 1949 г.), "Коммуникационная теория секретных систем", Технический журнал Bell System, 28 (4): 656–715, Дои:10.1002 / j.1538-7305.1949.tb00928.x, HDL:10338.dmlcz / 142933
  • Тутте, В. Т. (19 июня 1998 г.), Рыба и я (PDF), заархивировано из оригинал (PDF) 14 января 2009 г., получено 7 апреля 2012 Стенограмма лекции профессора Тутте в Университет Ватерлоо
  • Вернам, Гилберт С. (1926), "Шифровальные телеграфные системы для секретной проводной и радиотелеграфной связи", Труды Американского института инженеров-электриков, 55: 109–115, Дои:10.1109 / T-AIEE.1926.5061224, S2CID  51639806
  • Вернам, Гилберт С. (Апрель 1932 г.), "Автоматический концентратор для печатных телеграфных схем", Электрическая связь: 200
  • Вернам, Гилберт С. (Июль 1938 г.), "Работа печатного телеграфа путевых проводов", AIEE транзакции, 57 (7): 365, Дои:10.1109 / t-aiee.1938.5057823, S2CID  51642422
  • Вернам, Гилберт С. (Апрель 1958 г.), "Системы печати телеграфов для секретной проводной и радиотелеграфной связи", Технический обзор Western Union, 12 (2): 37 Также в Вернам, Гилберт С. (1958 г.), "Схема системы автоматической телеграфной коммутации 55-А", Труды Американского института инженеров-электриков, часть I: Связь и электроника, 77 (2): 239–247, Дои:10.1109 / TCE.1958.6372793, S2CID  51645917