Brevet FR2738372A1 — publié le 19970307

PROCEDE POUR DECALER UN SIGNAL BINAIRE DANS UNE CLE NUMERIQUE DE CHIFFREMENT DE MESSAGES, DISPOSITIF ET APPAREIL CORRESPONDANTS La présente invention concerne un procédé pour décaler un signal binaire dans une suite temporelle ordonnée de signaux binaires composant une clé numérique de chiffrement de messages, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation d'appareils de transmission de messages chiffrés, qui utilisent un générateur pseudo-aléatoire de suites de clés, ou plus généralement un système logique séquentiel. Dans des appareils de transmission de messages chiffrés, la logique du générateur pseudo-aléatoire de suites de clés, encore appelé générateur de clés, est initialisée avec des éléments binaires issus de la combinaison secrète utilisée. Cette combinaison secrête constitue la clé interne de l'appareil de chiffrement. On sait que les contraintes relatives à la conception d'un générateur de clé proviennent des performances de sécurité exigées pour de tels appareils, en particulier il est indispensable que la connaissance accidentelle par un tiers non habilité d'une partie plus ou moins longue, voire de la totalité de la suite de clés délivrées par le générateur, ne lui permette pas de déterminer la valeur de la clé interne dans un délai raisonnable.Sur le plan théorique tout au moins, cette détermination est toujours possible, car un tiers hostile peut procéder à l'essai systématique de toutes les valeurs de clés internes, jusqu'à ce qu'il trouve une suite en coincidence avec la suite de référence. En pratique l'aboutissement de cette méthode est vouée à l'échec, car la taille de la clé interne est telle, qu'au moins plusieurs centaines d'années seraient nécessaires pour essayer toutes les combinaisons possibles. La réalisation des générateurs de clé est toutefois délicate car il faut en particulier que l'algorithme du générateur soit conçu de manière qu'aucune autre méthode que celle précédemment énoncée ne puisse être trouvée.Le concepteur est conduit à suivre certaines règles pratiques qui sont pour la plupart édictées dans un article intitulé "Communication Theory of Secrecy System BSTJ, 1949, page 656 de S.S. SHANNON. En particulier cet article met l'accent sur le fait qu'un générateur de clé doit satisfaire les propriétés de dispersion et de confusion. La dispersion signifie que l'état atteint par le générateur de clé à tout instant dépend de tous les éléments binaires d'initialisation. La confusion signifie qu'à une suite binaire de sortie de clés peut correspondre a priori un grand nombre d'états internes du générateur de clé, donc un grand nombre de clés internes possible. La famille de circuits décrite dans ce document contribue à améliorer en particulier, la propriété de confusion des générateurs de clé. Le but de l'invention est d'améliorer davantage la propriété de confusion des générateurs de clé. A cet effet l'invention a pour premier objet un procédé pour décaler au moins un signal binaire dans une suite temporelle ordonnée de signaux binaires composant une clé numérique de chiffrement de messages, caractérisé en ce qu'il consiste à retarder le signal binaire à décaler d'un nombre déterminé de positions par rapport à la position qu'il occupe dans la suite, à opérer, simultanément, d'une part l'insertion du signal binaire à décaler à la place du signal binaire de la suite correspondant à la nouvelle position du signal décalé et d'autre part la sauvegarde du signal binaire de la suite ainsi substitué pour le décaler à son tour d'un nombre déterminé de positions par rapport à sa position dans la suite. L'invention a pour deuxième objet un dispositif pour décaler au moins un signal binaire dans une suite temporelle ordonnée de signaux binaires composant une clé numérique de chiffrement de messages, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un registre à décalage, chaque registre à décalage étant connecté à un aiguilleur d'entrée pour soit, appliquer la suite de signaux binaires se présentant à l'entrée du dispositif, à entrée du registre à décalage, soit reboucler la sortie du registre à décalage sur son entrée, et d'autre part, à un aiguilleur de sortie pour prélever les signaux binaires sortant du registre à décalage ou pour prélever les signaux binaires de la suite se présentant à l'entrée du dispositif. L'invention a également pour objet un appareil de transmission de messages chiffrés du type comprenant un émetteur-récepteur, un générateur de clés et un organe de calcul pour chiffrer les messages à l'aide des clés délivrées par le générateur de clés, caractérisé en ce qu'il utilise le procédé et le dispositif de l'invention pour décaler au moins un signal binaire dans la suite des signaux binaires délivrés par le générateur de clés et transmettre la suite de signaux binaires ainsi traités à l'entrée de l'organe de calcul pour chiffrer les messages. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description faite au regard des dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure I représente un dispositif pour décaler un signal binaire dans une suite ordonnée de signaux binaires comprenant un seul registre à décalage. - La figure 2 représente un dispositif pour décaler un signal binaire dans une suite ordonnée de signaux binaires comprenant deux registres à décalage. - La figure 3 représente un dispositif pour décaler au moins un bit dans une suite ordonnée de signaux binaires comprenant plusieurs registres à décalage. - La figure 4 représente un appareil de transmission de messages chiffrés faisant application du procédé et du dispositif selon l'invention. Le dispositif représenté à la figure 1, comprend un registre à décalage 1 constitué par un ou plusieurs basculeurs, relié par son entrée E à la sortie S2 d'un aiguilleur 2 et par sa sortie S1 à l'entrée E1 d'un aiguilleur 3. L'aiguilleur 2 reçoit sur son entrée E1 la suite |en| des signaux binaires, pour laquelle l'indice n désigne le rang d'un signal binaire dans la suite. L'entrée E1 est connectée à l'entrée E2 de l'aiguilleur 3. L'entrée E1 de l'aiguilleur 3 est connectée à la sortie s; du registre 1. La sortie S3 de l'aiguilleur 3 transmet la suite | 5n ( des signaux binaires de la suite e en|, modifiée par le dispositif de la figure 1. Les aiguilleurs 2 et 3 sont commandés sur leurs entrées de commande respectives C2 et C3 par un signal de commande c n délivré par un organe de commande non représenté. La progression des signaux binaires à l'intérieur du registre 1 est assurée par l'entrée d'horloge H qui reçoit un signal d'horloge délivré par une horloge également non représentée. Le fonctionnement du dispositif représenté à la figure 1 est le suivant. La suite |en| des des signaux binaires à modifier, est présentée à L'entrée E1 de l'aiguilleur 2, et la suite modifiée |sn| sortsort par la sortie 53 de l'aiguilleur 3. La modification de la suite I en I se fait par l'action du signal de commande c n appliqué sur les entrées C2 et C3 des aiguilleurs 2 et 3. Le signal binaire c n peut prendre deux états possibles, 0 ou 1. Le choix de ces états pour agir sur les aiguilleurs 2 et 3 dépend en fait de la structure de ceux-ci et par conséquent ce choix peut ne pas être arbitraire.Dans le cas de la figure 1, on adopte la convention suivante: pour Cn = 0, l'aiguilleur 2 aiguille la suite en des signaux binaires à l'entrée E du registre I, et l'aiguilleur 3 aiguille la sortie S1 du registre I sur la sortie 53 de l'aiguilleur 3, pour cn = I I'aiguilleur 2 aiguille la sortie du du registre 1 à l'entrée E2 de l'aiguilleur 2, établissant ainsi le rebouclage sur lui-même du registre I. Toujours pour l'état c =1 I'aiguilleur 3 aiguille la suite |en| des des signaux binaires directement à la sortie S3 de l'aiguilleur 3. Le dispositif de la figure I assure un mélange temporel de la suite leni des signaux binaires qui se présente à son entrée. En effet, chaque signal en de la suite leni présent à l'entrée du dispositif, peut être retardé par le registre à décalage 1 d'un nombre multiple de positions dans la suite, dépendant de la longueur L du registre, évaluée en nombre de basculeurs et du nombre de rebouclages d'un signal e n dans ce registre. Il peut également être prélevé du registre 1 après un certain nombre de rebouclages successifs.Les rebouclages successifs, ou les instants de prélèvement ne seront possibles que pour des instants postérieurs à celui pour lequel un signal en de la suite |en| a enî a pénétré à l'intérieur du registre 1, ces instants possibles correspondant à des nombres multiples kL de rebouclages du signal e n dans le registre 1. En d'autres termes le dispositif délivre un signal binaire sn = en kL pour des valeurs du signal de commande cn kL = O ou un signal 5n = e n lorsque le signal de commande C n = 1. On remarquera que le circuit de la figure I ne crée ni ne perd aucun signal binaire au cours des commandes successives des aiguilleurs 2 et 3.En effet lorsque la suite I en I des signaux binaires est aiguillée directement à la sortie de l'aiguilleur 3, les signaux binaires sortant du registre I sont rebouclés directement à l'entrée de ce registre. Comme la commande des aiguilleurs 2 et 3 est simultanée le dispositif ne perd, ni ne crée aucun signal binaire dans la suite |en| des des signaux binaires. Les dispositifs représentés figures 2 et 3 constituent les variantes d'exécution du dispositif selon I'invention. Le dispositif de la figure 2 comprend deux registres 4 et 5 dont les entrées respectives sont reliées aux sorties d'aiguilleurs 6 et 7. La sortie du dispositif comprend un aiguilleur 8 à deux entrées reliées respectivement aux sorties des registres à décalage 4 et 5. La sortie de l'aiguilleur 8 permet de délivrer une suite son de signaux binaires provenant soit de la sortie du registre 4 soit de la sortie du registre 5. La suite |en| des des signaux binaires est appliquée sur une entrée de chacun des aiguilleurs 6 et 7, la deuxième entrée de ces aiguilleurs étant connectée à la sortie respective des registres 4 et 5.Les aiguilleurs 6, 7, 8 sont commandés par un signal commun c n qui peut prendre deux états binaires 0 et 1. Lorsque le signal de commande c n = 0 l'aiguilleur 6 oriente la suite i en en des signaux binaires à l'entrée du registre 4, l'aiguilleur 7 reboucle la sortie du registre à décalage 5 sur son entrée et l'aiguilleur 8 prélève les signaux binaires 5n de la suite |sn| à lala sortie du registre 4. Lorsque le signal de commande c n = I la suite |en| des signaux binaires est appliquée à l'entrée du registre 5, l'aiguilleur 6 reboucle la sortie du registre 4 sur son entrée et l'aiguilleur 8 prélève la suite |sn| dede signaux binaires à la sortie du registre à décalage 5. Dans la réalisation de la figure 2 on s'arrange généralement pour que les longueurs des registres 4 et 5 soient différentes. Dans la mesure où les deux registres ont des longueurs égales, le dispositif de la figure 2 équivaut au dispositif de la figure I. Si L1 et L2 représentent les longueurs évaluées en nombre de basculeurs des registres à décalage 4 et 5, la suite |sn| desdes signaux de sortie équivaut à la suite |sn| dede signaux binaires retardée dans le registre 4, lorsque la valeur du signal binaire de commande a la valeur c n = 0. Dans ce cas, la suite |sn| desdes signaux 5n peut être représentée par la formule 5n = en=kL pour c n a' = 0.De même la suite f 5n1 des signaux binaires de sortie équivaut à suite la suite ienï des signaux binaires retardée dans le registre à décalage 5, lorsque la valeur du signal binaire de commande a la valeur 1. L'équation logique de la suite ss |sn| peut s'écrire dans ce cas sn = en~kL chaque fois que le signal de commande réalisera la condition cn kL = 1. Le dispositif de la figure 2 permet donc ainsi de réaliser un mélange temporel des signaux binaires constituant la suite |en| transitant alternativement dans les registres à décalage 4 et 5 qui ont des longueurs différentes. Le dispositif de la figure 3 constitue une généralisation du principe de l'invention exposé à l'aide des figures I et 2. Le principe de l'invention peut être réalisé à l'aide d'un dispositif comportant un nombre quelconque de registres à décalage. Sur la figure 3, seulement quatre registres à décalage sont représentés, on comprendra que ce nombre de registres n'est absolument pas limitatif et qu'il est possible de réaliser le dispositif selon l'invention à l'aide d'un nombre quelconque de registres. Sur cette figure, les registres à décalage 9, 10, 11, 12 sont reliés respectivement par leurs entrées aux sorties d'aiguilleurs 13, 14, 15 et 16. Chaque aiguilleur comprend comme précédemment deux états, un premier état qui aiguille la sortie du registre à décalage auquel il est relié sur son entrée et un deuxième état qui permet d'appliquer la suite leni des signaux binaires à l'entrée du registre à décalage qui lui correspond. Les sorties des registres à décalage de 9 à 12 sont reliées aux entrées respectives d'un aiguilleur 17 dont le rôle est de relier la sortie du dispositif à l'une quelconque des sorties des registres à décalage 9 à 12. Comme dans le cas de la figure I, une liaison directe 18, sur un fil, transmet directement la suite |en| des des signaux binaires à une entrée de l'aiguilleur 17.La liaison 18 équivaut à un registre qui aurait une longueur nulle, et lorsque cette liaison est sélectionnée par l'aiguilleur 17, la suite lsnl des signaux binaires à la sortie du dispositif équivaut à la suite je des signaux binaires qui se présente à son entrée. Le dispositif représenté à la figure 3 est bien une généralisation du dispositif représenté aux figures 1 et 2 car il permet aussi de réaliser un mélange temporel des signaux binaires constituant la suite |en| des signaux binaires. I1 permet, comme dans le cas de la figure 1, d'obtenir directement à l'aide de la liaison 18, une suite |sn| en en sortie correspondant à la suite i en en | d'entrées et de décaler un signal binaire quelconque dans la suite I en i des signaux binaires, d'un nombre quelconque de positions dans la suite correspondant à la longueur d'un quelconque des registres 9 à 12 à l'aide duquel il a pu être retardé. Comme dans le cas de la figure 2, le dispositif de la figure 3 permet également d'assurer un mélange des signaux binaires constituant la suite |en| de de signaux binaires, par introduc tion à des instants quelconques, des signaux binaires constituant la suite dans les registres à décalage 9 à 12. Comme dans les cas précédents le dispositif représenté à la figure 3 permet de ne créer, ni de perdre, aucun signal binaire constituant la suite |en| des des signaux binaires, puisque la commande des aiguilleurs 13 à 17 est simultanée et qu'à cet instant, un seul registre reçoit sur son entrée la suite |en| des signaux binaires et que sa sortie est connectée à la sortie de l'aiguilleur 17, les autres registres ayant leurs entrées rebouclées sur leurs sorties. La figure 4 représente un appareil de transmission de messages appliquant le procédé et le dispositif de l'invention. L'appareil comprend un codeur de messages 19, un registre 20 contenant une clé interne, un générateur de clés 21, un organe de calcul 22, un organe d'émissionréception 23 et une antenne 24. Le codeur 19 reçoit sur son entrée le message en clair à transmettre et délivre sur sa sortie un message codé binaire à destination de l'organe de calcul 22. La clé interne, contenue dans le registre 20, est transmise à l'entrée du générateur de clés 21 qui délivre sur sa sortie une suite de clés aléatoires, composée d'une suite Ieordonnée de signaux binaires. Cette suite leni est transmise à l'entrée d'un dispositif à décalage 25 qui peut être réalisé de la façon décrite au cours de la description des figures I à 3.Le dispositif à décalage 25 réalise donc un mélange de la suite |en| de de signaux binaires et transmet sur sa sortie la suite |sn| des des signaux mélangés à destination de l'organe de calcul 22. L'organe de calcul 22 opère le chiffrement du message transmis par le codeur 19 à l'aide de la suite |sn| desdes signaux mélangés. Le résultat de cette opération est transmis sur l'antenne d'émission 24 par l'interne diaire de l'émetteur 23. On concevra que dans ce mode de réalisation de la figure 4, l'implantation du dispositif 25 peut être réalisée indifféremment à l'intérieur de l'organe de calcul 22 ou à l'intérieur du générateur de clés 21, et que les signaux de commande des aiguilleurs constituant le dispositif 25 peuvent être tout aussi bien délivrés par le générateur de clés 21 ou par l'organe de calcul 22.On notera également que dans certaines installations la présence du codeur 19 n'est pas obligatoire, notamment si l'organe de calcul, au lieu d'être du type numérique est analogique. Dans ce dernier cas le message est directement appliqué à une entrée de l'organe de calcul. Comme le dispositif 25 peut être réalisé indifféremment à l'aide des dispositifs décrits aux figures 1 à 3, et qu'il résulte de leurs fonctionnements respectifs que l'on peut toujours faire correspondre à une suite (5n1 sn| de signaux binaires de sortie un grand nombre de suites |en| de signaux binaires d'entrées, on s'aperçoit que la propriété de confusion indispensable, recherchée pour les générateurs de clés, est pleinement réalisée et que par conséquent la sécurité des appareils de chiffrement utilisant le dispositif selon l'invention se trouve améliorée. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il faut comprendre que la description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour décaler au moins un signal binaire dans une suite (lent) temporelle, ordonnée, de signaux binaires, composant une clé numérique de chiffrement de messages caractérisé en ce qu'il consiste à retarder le signal binaire à décaler d'une durée correspondant à un nombre déterminé de positions (kil) par rapport à la position qu'il occupe dans la suite, à opérer simultanément, d'une part, l'insertion du signal binaire à décaler à la place du signal binaire de la suite correspondant à la nouvelle position du signal décalé et d'autre part, la sauvegarde du signal binaire de la suite ainsi substituée pour le décaler à son tour d'un nombre déterminé de positions (kL2) par rapport à sa position dans la suite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à retarder d'un même nombre de positions (kL1) de signaux binaires dans la suite, le signal binaire à décaler et le signal binaire auquel il se substitue. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à retarder, le signal binaire à décaler, d'un nombre de positions de signaux binaires dans la suite différent de celui correspondant au décalage du nombre binaire auquel il se substitue. 4. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il consiste à retarder chaque signal binaire à décaler dans la suite d'une durée égale ou différente de celle déterminée pour les autres signaux binaires à décaler dans la suite. 5. Dispositif pour décaler au moins un signal binaire dans une suite (|en|) temporelle ordonnée de signaux binaires composant une clé numérique de chiffrement de messages, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un registre à décalage (1 ; 4 5; 9, 10, 11, 12) chaque registre à décalage (1, 4 ; 5, 9 ; 10, 11, 12) étant connecté, d'une part, à un aiguilleur d'entrée (2 ; 6, 7 ; 13, 14, 15, 16) pour soit, appliquer la suite de signaux binaires, se présentant à l'entrée du dispositif, à l'entrée du registre à décalage, soit reboucler la sortie du registre à décalage sur son entrée et d'autre part, à un aiguilleur de sortie (3 ; 8 ; 17) pour prélever les signaux binaires sortant du registre à décalage ou pour prélever les signaux binaires de la suite (lent) se présentant à l'entrée du dispositif. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de commande (cn) des aiguilleurs d'entrée (2, 6, 7 13, 14, 15, 16) et de sortie (3 ; 8 ; 17) le moyen de commande réalisant la commande des aiguilleurs de façon qu'à un instant donné la suite ordonnée de signaux binaires soit appliquée à l'entrée d'un des registres à décalage et que la sortie de ce registre constitue la sortie des signaux binaires de la suite traités au travers du dispositif. 7. Appareil de transmission de messages chiffrés du type comportant un émetteur récepteur (23), un générateur de clés (21) et un organe de calcul (22) pour chiffrer les messages à l'aide des clés délivrées par le générateur de clés (21) caractérisé en ce qu'il utilise le procédé et le dispositif tels que revendiqués dans l'une quelconque des revendications I à 6 pour décaler au moins un signal binaire dans la suite ( de ' de signaux binaires délivrée par le générateur de clés et transmettre la suite (|s4) de signaux binaires ainsi traitée à l'entrée de l'organe de calcul (22) pour chiffrer les messages.