Основы.
В симметричной криптографии шифрование и дешифрование открытого текста выполняется с использованием одного и того же ключа (в отличие от криптографии с открытым ключом).Trivium — это симметричный шифр, а точнее поточный шифр, означающий, что для шифрования/дешифрования используется поток случайных (псевдослучайных) битов (в отличие от блочных шифров, где открытый текст разбивается на куски). На этапе шифрования открытый текст подвергается операции XOR с так называемым ключевой поток/выходной поток дать зашифрованный текст. Расшифровка выполняется аналогичным образом, т. е. зашифрованный текст подвергается операции XOR с потоком ключей, чтобы получить исходный открытый текст.
НЛФСР.
Основным строительным блоком Trivium являются так называемые регистры сдвига с нелинейной обратной связью (NLFSR), которые чрезвычайно эффективны для аппаратной реализации.
NLFSR состоит из массива регистров, где размер массива известен как степень НЛФСР. Кроме того, петля обратной связи определяется набором логических значений. коэффициенты обратной связи.
Состояние NLFSR обновляется в каждом такте часов путем сдвига значений во всех регистрах вправо и установки нового значения крайнего левого регистра равным некоторому нелинейный функция некоторого подмножества текущих регистров, определяемая коэффициентами обратной связи. На каждом такте NLFSR выводит значение самого правого регистра. Если НЛФСР имеет степень $n$, то первый $n$ биты выходного потока точно соответствуют начальному состоянию.
Задний план.
Поточный шифр Trivium был выбран как часть портфеля проекта eSTREAM, европейского проекта, завершенного в 2008 году, целью которого была разработка новых потоковых шифров. Его дизайн должен был иметь простое описание и компактное описание оборудования.
Тривиум.
Trivium использует три связанных NLFSR, назовите их $А$, $В$, и $С$, имеющие ученые степени $93$, $84$, и $111$, соответственно. Состояние Trivium — это просто $288$ биты, содержащие значения во всех регистрах трех NLFSR.На каждом такте выход каждого NLFSR подвергается операции XOR с самым правым регистром и одним дополнительным регистром; вывод Trivium - это XOR выходных битов трех NLFSR.
На каждом тактовом импульсе новое значение крайнего левого регистра каждого NLFSR вычисляется как функция одного из регистров того же NLFSR и подмножества регистров из второго NLFSR.
Тривиум использует $80$битовый ключ и $80$-кусочек вектор инициализации (IV). Ключ загружается в $80$ самые левые регистры $А$, а IV загружается в $80$ самые левые регистры $В$. Остальные регистры устанавливаются в $0$, за исключением трех правых регистров $С$, которые установлены на $1$. Затем запускаются NLFSR для $4\cdot 288$ часы тикают (с отброшенным выводом), и результирующее состояние принимается в качестве начального состояния. В спецификации шифра указано, что не более $2^{64}$ биты ключевого потока могут быть сгенерированы из каждой пары ключ/IV.
Справка
Джонатан Кац и Иегуда Линделл. 2021. Введение в современную криптографию, второе издание (3-е изд.). Чепмен и Холл/CRC.
