Современная прикладная криптография (стр. 4 )

Криптосистемы с секретным ключом подразделяются на два вида:

блочные (block) и поточные (stream) криптосистемы.

Блочная криптосистема (блочный шифр) разбивает открытый текст M на последовательные блоки .... и зашифровывает каждый блок с помощью одного и того же обратимого преобразования , выбранного в соответствии с ключом k

....

Примерами блочных систем являются: des (режим электронной кодовой книги - есв), ГОСТ 28147-89 (режим простой замены [20,76]. Размер блоков открытого и шифрованного текста в этих криптосистемах равен 64 битам. В американском стандарте шифрования AES размер блока равен 128. В настоящее время такой размер блоков более актуален.

ГОСТ 28147-89

Рассмотрим подробнее отечественный стандарт ГОСТ 28147-89, используемый с 1989 года до настоящего времени.

Всего у стандарта четыре режима использования:

1. Режим простой замены;

2. Режим гаммирования;

3. Режим гаммирования с обратной связью;

4. Режим имитовставки.

Начнем изложение с режима простой замены. Отечественный ГОСТ менее известен, чем американский DES, но они имеют много общего, а именно принцип построения в соответствии со схемой Фейстеля. Описываемый режим работы соответствует режиму электронной кодовой книги есв (Electronic Codebook) для алгоритма des по стандарту fips pub 81 (I980).

Введем необходимые понятия и обозначения.

Ключом (сеансовым, разовым) является 256-битная последовательность W = [••••], которая разбивается на восемь 32-битных блока следующим образом:

,

,

..

Эти блоки используются в процедуре размножения ключа (key shedule) для получения тридцати двух 32-битных блоков по правилу

=.

Долговременным ключом К является набор из восьми таблиц замены 4-х битных двоичных векторов, которые разбиваются на восемь последовательно идущих 4-битных векторов, каждый из которых преобразуется в 4-битный вектор по соответствующей таблице замены из . Наконец, через T обозначим преобразование циклического сдвига на 11 разрядов 32-битных двоичных векторов в сторону старшего разряда.

Каждый 64-битный блок открытого текста ( i = 1,2,…) разбивается на две равные части

которые определяют начальные векторы и рекурренты второго порядка вида

, j = 0,1.....

следующим образом

=,

=,

Через "®" и "+" обозначены соответственно операции побитового сложения двоичных векторов по модулю два и сложения целых чисел по модулю 232. Здесь и далее не различаем целые числа и их двоичное представление, все определяется операциями, которые к ним применяются.

В приведенных обозначениях 64-битный блок шифртекста получается из значений и ,

описанной выше рекурренты, следующей перестановкой бит

.

Расшифрование производится в обратном порядке.

В стандарте указано, что этот режим используется только для выработки и зашифрования таблиц замены при их передаче по каналам связи с обеспечением имитозащиты (подтверждением подлинности).

Режим сцепления блоков шифра (Cipher Block Chaining - CBC). Этот режим использования блочного шифра, как показал Фейстель (H. Feistel), предпочтителен для шифрования открытых текстов и является более устойчивым к атакам криптоаналитиков.

Если обозначить через (), преобразование зашифрования (расшифрования) , то получение блоков шифрованного текста , .... из блоков , открытого текста описывается соотношением

, i=1,2,…

Начальное значение является несекретным и передается вместе с шифртекстом.

Соответственно процесс расшифрования определяется соотношением

, i=1,2, … .

Иногда используются подобные CBC режимы, например, режим рсвс (Propagating Cipher Block Chaning) и режим РВС (Plaintext Block Chaning),соотношения зашифрования и расшифрования, для которых имеют соответственно вид

Например, режим рсвс используется в системе Kerberos [48].

Поточная криптосистема (поточный шифр) разбивает открытый текст M на порции, буквы(знаки) или биты ,…., и зашифровывает каждый знак с помощью обратимого преобразования , выбранного в соответствии со знаком ключевого потока (key stream) ,,… .

В отечественной литературе (см. например, ГОСТ 28147-89) такие системы называются системами гаммирования, а последовательность ,,… называется гаммой.

Примерами поточных криптосистем являются:

- система Вернама (где()=() XOR ,, ),

- ГОСТ 28147-89 (режимы гаммирования и гаммирования с обратной связью),

- des (режимы CFB и OFB).

В свою очередь поточные криптосистемы подразделяются на

синхронные поточные системы (synchronous stream cipher) и самосинхронизирующиеся поточные системы (self synchronous stream cipher). Первые отличаются тем, что ключевой поток в них получается независимо от открытого и шифрованного текстов. Поэтому, если какая-нибудь буква шифрованного текста потеряна при передаче, то получатель на приемном конце должен пересинхронизировать свой ключевой поток, выбросив и соответствующий знак ключа для правильного расшифрования последующих знаков шифртекста.

Алгоритм, который вырабатывает ключевой поток (гамму), должен быть либо детерминистическим, чтобы воспроизвести одинаковые потоки на приемном и передающем концах связи, либо случайным, что часто непрактично в силу необходимости передачи и хранения ключевой информации большого объема. Этот алгоритм называют генератором ключевого потока (running key generator-RKG, key stream generator). Если генератор детерминистический, то он должен зависеть от секретного ключа.