ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.01.2025
Просмотров: 714
Скачиваний: 2
Блочный шифр tea
Рассмотрим один из самых простых в реализации, но признанно стойких криптоалгоритмов – TEA (Tiny Encryption Algorithm).
Параметры алгоритма : Размер блока – 64 бита. Длина ключа – 128 бит. В алгоритме использована сеть Фейштеля с двумя ветвями в 32 бита каждая. Образующая функция F обратима. Сеть Фейштеля несимметрична из-за использования в качестве операции наложения не исключающего "ИЛИ", а арифметического сложения.
Ниже приведен код криптоалгоритма на языке программирования PASCAL.
type TLong2=array[0.. 1] of longint;
TLong2x2=array[0.. 1] of TLong2;
const Delta=$9E3779B9;
var key:TLong2x2;
procedure EnCryptRouting(var data);
var y,z,sum:longint; a:byte;
begin
y:=TLong2(data)[0];z:=TLong2(data)[1];sum:=0;
for a:=0 to 31 do
begin
inc(sum,Delta);
inc(y,((z shl 4)+key[0,0]) xor (z+sum) xor ((z shr 5)+key[0,1]));
inc(z,((y shl 4)+key[1,0]) xor (y+sum) xor ((y shr 5)+key[1,1]));
end;
TLong2(data)[0]:=y;TLong2(data)[1]:=z
end;
Схема работы алгоритма приведена на рисунке 1.
Рис.1.
Отличительной чертой криптоалгоритма TEA является его размер. Простота операций, отсутствие табличных подстановок и оптимизация под 32-разрядную архитектуру процессоров позволяет реализовать его на языке ASSEMBLER в предельно малом объеме кода. Недостатком алгоритма является некоторая медлительность, вызванная необходимостью повторять цикл Фейштеля 32 раза (это необходимо для тщательного "перемешивания данных" из-за отсутствия табличных подстановок).
Aes : cтандарт блочных шифров сша c 2000 года
2.2.2.4.1. Общие сведения о конкурсе AES Требования к конкурсантам AES, краткая информация о Национальном Институте Стандартизации США. На конкурс было подано 15 заявок, первый этап отбора прошли только 5 претендентов – финалистов AES.
2.2.2.4.2. Финалист AES – шифр MARS Разработка корпорации IBM, основанная на классической сети Фейштеля и многочисленных математических операциях.
2.2.2.4.3. Финалист AES – шифр RC6 Модификация широко известного блочного шифра RC5. Использует только основные математические преобразования, битовые сдвиги и, в качестве функции перемешивания, операцию T(X)=X*(X+1).
2.2.2.4.4. Финалист AES – шифр Serpent Шифр использует только операции табличных подстановок, исключающего "ИЛИ" и битовых сдвигов в тщательно подобранной очередности.
2.2.2.4.5. Финалист AES – шифр TwoFish Достаточно сложная в реализации разработка компании Counterpane Security Systems, воплотившая много интересных идей из алгоритма предшественника BlowFish.
2.2.2.4.6. Победитель AES – шифр Rijndael Блочный шифр, реализованный не по принципу сети Фейштеля, и имеющий надежную математическую базу преобразований. Структура алгоритма позволяет достичь очень высокой степени оптимизации на персональных ЭВМ и серверах, и в то же время не слишком замедляет выполнение на электронных устройствах с ограниченными ресурсами.
Общие сведения о конкурсе aes
В 80-х годах в США был принят стандарт симметричного криптоалгоритма для внутреннего применения DES (Data Encryption Standard), который получил достаточно широкое распространение в свое время. Однако на текущий момент этот стандарт полностью неприемлем для использования по двум причинам : 1) основной – длина его ключа составляет 56 бит, что чрезвычайно мало на современном этапе развития ЭВМ, 2) второстепенной – при разработке алгоритм был ориентирован на аппаратную реализацию, то есть содержал операции, выполняемые на микропроцессорах за неприемлимо большое время (например, такие как перестановка бит внутри машинного слова по определенной схеме).
Все это сподвигло Американский институт стандартизации NIST – National Institute of Standards & Technology на объявление в 1997 году конкурса на новый стандарт симметричного криптоалгоритма. На сей раз уже были учтены основные промахи шифра-предшественника, а к разработке были подключены самые крупные центры по криптологии со всего мира. Тем самым, победитель этого соревнования, названного AES – Advanced Encryption Standard, станет де-факто мировым криптостандартом на ближайшие 10-20 лет.
Требования, предъявленные к кандидитам на AES в 1998 году, были предельно просты :
алгоритм должен быть симметричным,
алгоритм должен быть блочным шифром,
алгоритм должен иметь длину блока 128 бит, и поддерживать три длины ключа : 128, 192 и 256 бит.
Дополнительно кандидатам рекомендовалось:
использовать операции, легко реализуемые как аппаратно (в микрочипах), так и программно (на персональных компьютерах и серверах),
ориентироваться на 32-разрядные процессоры,
не усложнять без необходимости структуру шифра для того, чтобы все заинтересованные стороны были в состоянии самостоятельно провести независимый криптоанализ алгоритма и убедиться, что в нем не заложено каких-либо недокументированных возможностей.
На первом этапе в оргкомитет соревнования поступило 15 заявок из совершенно разных уголков мира. В течение 2 лет специалисты комитета, исследуя самостоятельно, и изучая публикации других исследователей, выбрали 5 лучших представителей, прошедших в "финал" соревнования.
|
Алгоритм |
Создатель |
Страна |
Быстродействие (asm, 200МГц) |
|
MARS |
IBM |
US |
8 Мбайт/с |
|
RC6 |
R.Rivest & Co |
US |
12 Мбайт/с |
|
Rijndael |
V.Rijmen & J.Daemen |
BE |
7 Мбайт/с |
|
Serpent |
Universities |
IS, UK, NO |
2 Мбайт/с |
|
TwoFish |
B.Schneier & Co |
US |
11 Мбайт/с |
Все эти алгоритмы были признаны достаточно стойкими и успешно противостоящими всем широко известным методам криптоанализа.
2 октября 2000 года NIST объявил о своем выборе – победителем конкурса стал бельгийский алгоритм RIJNDAEL. С этого момента с алгоритма-победителя сняты все патентные ограничения – его можно будет использовать в любой криптопрограмме без отчисления каких-либо средств создателю.
Ниже мы рассмотрим основные (рабочие) части алгоритмов победителей первого этапа. Объем лекции не позволяет привести для каждого алгоритма методы создания S-box'ов (таблиц для табличных подстановок) и методы расширения материала ключа. Полное описание всех 15 алгоритмов претендентов на AES, включая исследования по их криптостойкости можно найти на сервере института NIST, указанном выше.
Финалист aes – шифр mars
Шифр состоит из трех видов операций, которые повторяются сначала в прямом, а затем в инверсном порядке. На первом шаге идет классическое входное забеливание : ко всем байтам исходного текста добавляются байты из материала ключа.
Второй этап : прямое перемешивание, однотипная операция, имеющая структуру сети Фейштеля повторяется 8 раз. Однако, на этом этапе не производится добавление материала ключа. Цель данного преобразования – тщательная рандомизация данных и повышение стойкости шифра к некоторым видам атак (рис.1).
Третий этап : собственно шифрование. В нем используется сеть Фейштеля треьего типа с 4 ветвями, то есть значения трех функций, вычисленных от одной ветви накладываются соответственно на три других, затем идет перестановка машинных слов. Эта операция также повторяется 8 раз (рис.1). Именно на этом этапе происходит смешивание текста с основной (большей) частью материала ключа. Сами функции, накладываемые на ветви, изображены на рис.2. Как видим, в алгоритме MARS использованы практически все виды операций, применяемых в криптографических преобразованиях : сложение, "исключающее ИЛИ", сдвиг на фиксированное число бит, сдвиг на переменное число бит, умножение и табличные подстановки.
Во второй части операции шифрования повторяются те же операции, но в обратном порядке : сначала шифрование, затем перемешивание, и, наконец, забеливание. При этом во вторые варианты всех операций внесены некоторые изменения таким образом, чтобы криптоалгоритм в целом стал абсолютно симметричным. То есть, в алгоритме MARS для любого X выполняется выражение EnCrypt(EnCrypt(X))=X
Рис.1.
Рис.2.
Финалист aes – шифр rc6
Алгоритм является продолжением криптоалгоритма RC5, разработанного Рональдом Ривестом (англ. Ron Rivest) – очень известной личностью в мире криптографии. RC5 был незначительно изменен для того, чтобы соответствовать требованиям AES по длине ключа и размеру блока. При этом алгоритм стал еще быстрее, а его ядро, унаследованное от RC5, имеет солидный запас исследований, проведенных задолго до объявления конкурса AES.
Алгоритм является сетью Фейштеля с 4 ветвями смешанного типа : в нем два четных блока используются для одновременного изменения содержимого двух нечетных блоков. Затем производится обычный для сети Фейштеля сдвиг на одно машинное слово, что меняет четные и нечетные блоки местами. Сам алгоритм предельно прост и изображен на рисунке 1. Разработчики рекомендуют при шифровании использовать 20 раундов сети, хотя в принципе их количество не регламентируется. При 20 повторах операции шифрования алгоритм имеет самую высокую скорость среди 5 финалистов AES.
Преобразование T(x) очень просто : T(X)=(X*(X+1)) mod 2N. Оно используется в качестве нелинейного преобразования с хорошими показателями перемешивания битового значения входной величины.
Финалист aes – шифр Serpent
Алгоритм разработан группой ученых из нескольких исследовательских центров мира. Алгоритм представляет собой сетей Фейштеля для четырех ветвей смешанного типа : 2 четные ветви изменяют совместо значения нечетных, затем меняются местами. В качестве криптопреобразований используются только исключающее "ИЛИ", табличные подстановки и битовые сдвиги. Алгоритм состоит из 32 раундов. Сами раунды составлены таким образом, что добавление к ветвями материала ключа на первом и последнем раундах образует входное и выходное забеливание.