ビット単位で暗号化する共通鍵暗号方式です。

入力は、連続して受け取る要素です。

出力は、一度に一つの要素です。

ブロック暗号より高速です。

鍵を一度だけ使用します。

既知平文攻撃に弱い性質があります：$M \oplus C = M \oplus (M \oplus k) = k$

例：LFSR、RC4、ChaCha。

• 暗号学で幅広く使われます。
  • 公開鍵暗号の秘密鍵
  • ストリーム暗号の鍵
  • 一時的なセッション鍵として使う共通鍵
• 要件
  • ランダム性
    • 一様分布：各数値の出現頻度が同じであること。
    • 独立性：ほかの値から値を推測できないこと。
  • 予測不可能性
    • 各数値が、ほかの数値と統計的に独立であること。
    • 過去の要素から、将来の要素を誰も予測できないこと。

• 真性乱数生成器 (True Random Number Generator, TRNG)
  • 実現には大きな費用がかかります。
  • 非決定的な情報源を使います。
  • 放射性崩壊、ガスの放出、コンデンサーの漏れなど、予測できない自然現象を測定します。
  • 最近のプロセッサーでは、提供されることが増えています。
• 疑似乱数 (Pseudorandom numbers)
  • 統計的な乱数テストを満たす系列を生成します。
  • 決定的な情報源を使うため、予測されやすい性質があります。

• ソフトウェア上で高速に動作すると期待されます。

• 0から255までの数が、昇順に一度ずつ現れます。
  Tは一時的なベクトルで、最初のkeylen個の要素はkからコピーします。
• keylenは鍵の長さです。
• kは鍵であり、Tを埋める必要があるたびに繰り返します。
  Tを使ってSを置換します。

j = 0
for i=0 to 255 do
	j = (j + S[i] + T[i]) mod 256;
	Swap(S[i], S[j]);

i = 0
j = 0
while(true)
	i = (i + 1) mod 256
	j = (j + S[i]) mod 256
	Swap(S[i], S[j])
	t = (S[i] + S[j]) mod 256
	k = S[t]

ブロック暗号を使って、メッセージを暗号化する方法です。

ブロック暗号の制約は、平文の長さが固定されることです。

利用モードは、ブロック暗号で任意長のメッセージを暗号化するために使います。

• ECB (Electronic Codebook) モード
• CBC (Cipher Block Chaining) モード
• CFB (Cipher Feedback) モード
• OFB (Output Feedback) モード
• CTR (Counter) モード

• 時刻nにおいて、$P_n$を暗号化して$C_n$を得ます。
  復号も、順にブロック単位で行います。
• 時刻nにおいて、$C_n$を復号して$P_n$を得ます。

• ブロックの同期は不要です。
• 伝送エラーの影響が、そのブロック内に限られます。
• 並列処理できます。

• 決定的な暗号化です。
• 置換攻撃に弱く、同じ平文ブロックを同じ暗号文ブロックへ変換できます。

• $C_n = E_K(P_n \oplus C_{n-1})$
  復号：前のブロックの暗号文と鍵KのXORを使います。
• $P_n = D_K(C_n) \oplus C_{n-1}$