ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2019
Просмотров: 12437
Скачиваний: 24
131
k
Объем ансамбля
5
6
6
8
7
18
8
16
9
48
10
60
16
2048
Очевидно, что такие объемы ансамблей последовательности неприемлемы.
Поэтому на практике часто используют последовательности Голда,
образующиеся суммированием нескольких М-последовательностей. Объем
ансамблей этих последовательностей на несколько порядков превосходят
объемы ансамблей порождающих М-последовательностей. Так при
k
=10
ансамбль увеличивается от 1023 (М-последовательности) до 388000.
Также перспективными представляются нелинейные датчики ПСП
(например сдвиговые регистры с элементом И в цепи обратной связи),
однако их свойства еще недостаточно изучены.
Возможны и другие, более сложные варианты выбора порождающих
чисел для гаммы шифра.
Шифрование с помощью датчика ПСЧ является довольно распространенным
криптографическим методом. Во многом качество шифра, построенного на
основе датчика ПСЧ, определяется не только и не столько характеристиками
датчика, сколько алгоритмом получения гаммы. Один из фундаментальных
принципов криптологической практики гласит, даже сложные шифры могут
быть очень чувствительны к простым воздействиям.
5. Блочные шифры
Характерной особенностью блочных криптоалгоритмов является тот факт,
что в ходе своей работы они производят преобразование блока входной
информации фиксированной длины и получают результирующий блок того
же объема, но недоступный для прочтения сторонним лицам, не владеющим
ключом. Таким образом, схему работы блочного шифра можно описать
функциями Z=EnCrypt(X,Key) и X=DeCrypt(Z,Key)
Ключ Key является параметром блочного криптоалгоритма и представляет
собой некоторый блок двоичной информации фиксированного размера.
Исходный (X) и зашифрованный (Z) блоки данных также имеют
фиксированную разрядность, равную между собой, но необязательно равную
длине ключа.
Блочные шифры являются основой, на которой реализованы практически все
криптосистемы. Методика создания цепочек из зашифрованных блочными
132
алгоритмами байт позволяет шифровать ими пакеты информации
неограниченной длины. Такое свойство блочных шифров, как быстрота
работы, используется асимметричными криптоалгоритмами, медлительными
по своей природе. Отсутствие статистической корреляции между битами
выходного потока блочного шифра используется для вычисления
контрольных сумм пакетов данных и в хешировании паролей.
Следующие разработки всемирно признаны стойкими алгоритмами и
публикаций о универсальных методах их взлома в средствах массовой
информации на момент создания материала не встречалось.
Название алгоритма
Автор
Размер блока
Длина ключа
IDEA
Xuejia Lia and James Massey
64 бита
128 бит
CAST128
64 бита
128 бит
BlowFish
Bruce Schneier
64
бита
128
– 448 бит
ГОСТ
КГБ СССР
64 бита
256 бит
TwoFish
Bruce Schneier
128
бит
128
– 256 бит
MARS
Корпорация IBM
128 бит
128
– 1048 бит
Криптоалгоритм
именуется
идеально
стойким,
если
прочесть
зашифрованный блок данных можно только перебрав все возможные ключи,
до тех пор, пока сообщение не окажется осмысленным. Так как по теории
вероятности искомый ключ будет найден с вероятностью 1/2 после перебора
половины всех ключей, то на взлом идеально стойкого криптоалгоритма с
ключом длины N потребуется в среднем 2
N-1
проверок. Таким образом, в
общем случае стойкость блочного шифра зависит только от длины ключа и
возрастает экспоненциально с ее ростом. Даже предположив, что перебор
ключей производится на специально созданной многопроцессорной системе,
в которой благодаря диагональному параллелизму на проверку 1 ключа
уходит только 1 такт, то на взлом 128 битного ключа современной технике
потребуется не менее 10
21
лет. Естественно, все сказанное относится только к
идеально стойким шифрам, которыми, например, с большой долей
уверенности являются приведенные в таблице выше алгоритмы.
Кроме этого условия к идеально стойким криптоалгоритмам применяется
еще одно очень важное требование, которому они должны обязательно
соответствовать. При известных исходном и зашифрованном значениях
блока ключ, которым произведено это преобразование, можно узнать также
только полным перебором. Ситуации, в которых постороннему наблюдателю
известна часть исходного текста встречаются повсеместно. Это могут быть
стандартные надписи в электронных бланках, фиксированные заголовки
133
форматов файлов, довольно часто встречающиеся в тексте длинные слова
или последовательности байт. В свете этой проблемы описанное выше
требование не является ничем чрезмерным и также строго выполняется
стойкими криптоалгоритмами, как и первое.
Таким образом, на функцию стойкого блочного шифра Z=EnCrypt(X,Key)
накладываются следующие условия:
1. Функция EnCrypt должна быть обратимой.
2. Не должно существовать иных методов прочтения сообщения X по
известному блоку Z, кроме как полным перебором ключей Key.
3. Не должно существовать иных методов определения каким ключом Key
было произведено преобразование известного сообщения X в сообщение Z,
кроме как полным перебором ключей.
Далее рассмотрим методы, с помощью которых разработчики блочных
криптоалгоритмов добиваются одновременного выполнения этих трех
условий с очень большой долей достоверности.
Все действия, производимые над данными блочным криптоалгоритмом,
основаны на том факте, что преобразуемый блок может быть представлен в
виде целого неотрицательного числа из диапазона, соответствующего его
разрядности.
Так,
например,
32-битный
блок
данных
можно
интерпретировать как число из диапазона 0..4'294'967'295. Кроме того, блок,
разрядность которого обычно является "степенью двойки", можно трактовать
как несколько независимых неотрицательных чисел из меньшего диапазона
(рассмотренный выше 32-битный блок можно также представить в виде 2
независимых чисел из диапазона 0..65535 или в виде 4 независимых чисел из
диапазона 0..255).
Над этими числами блочным криптоалгоритмом и производятся по
определенной схеме следующие действия (слева даны условные обозначения
этих операций на графических схемах алгоритмов):
Биективные (обратимые) математические функции
Сложение
X'=X+V
Исключающее ИЛИ
X'=X XOR V
Умножение по модулю 2
N
+1
X'=(X*V) mod (2
N
+1)
134
Умножение по модулю 2
N
X'=(X*V) mod (2
N
)
Битовые сдвиги
Арифметический сдвиг влево X'=X SHL V
Арифметический сдвиг вправо X'=X SHR V
Циклический сдвиг влево
X'=X ROL V
Циклический сдвиг вправо
X'=X ROR V
Табличные подстановки
S-box (
англ. substitute)
X'=Table[X,V]
В качестве параметра V для любого из этих преобразований может
использоваться:
1. фиксированное число (например, X'=X+125)
2. число, получаемое из ключа (например, X'=X+F(Key))
3. число, получаемое из независимой части блока (например, X
2
'=X
2
+F(X
1
))
Последний вариант используется в схеме, названной по имени ее создателя
сетью Файстеля (нем. Feistel).
Последовательность выполняемых над блоком операций, комбинации
перечисленных выше вариантов V и сами функции F и составляют "ноу-хау"
каждого конкретного блочного криптоалгоритма. Размер блоков и длина
ключа современных алгоритмов были рассмотрены ранее. Один-два раза в
год исследовательские центры мира публикуют очередной блочный шифр,
который под яростной атакой криптоаналитиков либо приобретает за
несколько лет статус стойкого криптоалгоритма, либо (что происходит
неизмеримо чаще) бесславно уходит в историю криптографии.
Характерным признаком блочных алгоритмов является многократное и
косвенное использование материала ключа. Это диктуется в первую очередь
135
требованием невозможности обратного декодирования в отношении ключа
при известных исходном и зашифрованном текстах. Для решения этой задачи
в приведенных выше преобразованиях чаще всего используется не само
значение ключа или его части, а некоторая, иногда необратимая
(небиективная) функция от материала ключа. Более того, в подобных
преобразованиях один и тот же блок или элемент ключа используется
многократно. Это позволяет при выполнении условия обратимости функции
относительно величины X сделать функцию необратимой относительно
ключа Key.
Поскольку операция зашифровки или расшифровки отдельного блока в
процессе кодирования пакета информации выполняется многократно (иногда
до сотен тысяч раз), а значение ключа и, следовательно, функций V
i
(Key)
остается неизменным, то иногда становится целесообразно заранее
однократно вычислить данные значения и хранить их в оперативной памяти
совместно с ключом. Поскольку эти значения зависят только от ключа, то
они в криптографии называются материалом ключа. Необходимо отметить,
что данная операция никоим образом не изменяет ни длину ключа, ни
криптостойкость алгоритма в целом. Здесь происходит лишь оптимизация
скорости вычислений путем кеширования (англ. caching) промежуточных
результатов. Описанные действия встречаются практически во многих
блочных криптоалгоритмах и носят название расширение ключа (англ. key
scheduling).
Тема 2.3. Ассиметричные методы криптографии.
1. Асимметричная (открытая) методология
2. Методика шифрования с помощью открытого ключа.
3. Электронная цифровая подпись.
1. Асимметричная (открытая) методология
В этой методологии ключи для шифрования и расшифровки разные, хотя и
создаются вместе. Один ключ делается известным всем, а другой держится в
тайне. Хотя можно шифровать и расшифровывать обоими ключами, данные,
зашифрованные одним ключом, могут быть расшифрованы только другим
ключом.
Как бы ни были сложны и надежны криптографические системы - их слабое
место при практической реализации - проблема
распределения ключей
. Для
того, чтобы был возможен обмен конфиденциальной информацией между
двумя субъектами ИС, ключ должен быть сгенерирован одним из них, а за-
тем каким-то образом опять же в конфиденциальном порядке передан друго-