Современная прикладная криптография (стр. 5 )

Для описания работы генераторов удобно использовать язык теории автоматов [40]. Если обозначить через состояние генератора в 1-тый момент времени, то работу синхронной поточной системы можно описать двумя соотношениями

,

где функции F и f называются соответственно функцией переходов и функцией выхода. Начальное состояние может быть функцией от ключа k.

Одна из основных сложностей в построении таких систем заключается в построении хороших генераторов ключей, чтобы, например, нельзя было, получив отрезок потока по известному отрезку открытого и шифрованного текстов (или другими способами), восстановить всю ключевую последовательность. Часто при построении генераторов ключей используют преобразования блочных шифров.

Режим обратной связи по входу (Output Feedback – OFB).

Этот режим характеризует независимость функции выхода I от ключа. Поэтому его также называют режимом с внутренней обратной связью (Internal Feedback).

Если обозначить через - преобразование зашифрования блочного шифра на ключе k, то уравнение переходов в этом режиме принимает вид, а в качестве знаков ключевого потока могут использоваться какие-нибудь (чаще всего старшие) биты вектора состояния (Режим ofb для des).

Иногда рассматривают вариант режима ofb, где ключ k определяет только начальное состояние генератора ключевого потока и = , k = f.

Счетчиковый метод (Counter method) .

Метод предложен Диффи и Хеллманом [14]. В общем случае работа генератора ключей описывается соотношениями

Функция переходов F не зависит от ключа, но преобразование F выбирается так, что гарантирует перебор всех или почти всех возможных состояний генератора при изменении времени i = 0,1,... В качестве f часто используются преобразования регистров сдвига с линейно обратной связью, вырабатывающие последовательности максимального периода [23], или просто счетчики, состояния которых меняется прибавлением единицы по некоторому модулю (периоду состояний счетчика). В качестве функции выхода используется преобразование зашифрования блочного шифра.

Примером счетчикового метода является режим гаммирования в ГОСТ 28147-89.

Достоинство счетчикового метода в том, что можно получить произвольный знак ключевой последовательности без получения предыдущих значений этой последовательности (в отличие от режима OFB, например).

Самосинхронизирующиеся поточные системы характеризуются тем, что каждый знак ключевого потока в любой момент времени определяется фиксированным числом предшествующих знаков шифртекста, то есть они описываются соотношениями

=

= , i = 1,2

Заметим, что в этих системах вход (знаки шифртекста) и выход (ключевой поток) могут быть известны криптоаналитику как при атаке с известным открытым текстом (known plaintext attack).

Примером таких поточных систем является режим гаммирования с обратной связью в ГОСТ 28147-89.

Режим обратной связи по шифртексту (Cipher Feedback - СFВ).

Приведенные выше соотношения при использовании блочного шифра и проходного регистра сдвига принимают следующий вид

=

=

где n - размер преобразованного блока и v номер какой-нибудь (чаще младшей) координаты выходного блока [= ]. (Так делается в режиме CFB стандарта des).

Самосинхронизирующиеся поточные системы хороши тем, что как только на приемном конце принят правильный неискаженный отрезок шифртекста длины n, то значение соответствующего знака ключевого потока также будет определено правильно.

Блочные и поточные криптосистемы имеют ряд достоинств и недостатков друг перед другом, некоторые из которых приведены в работах [12,85].

Описание тройного DES алгоритма (3DES, Triple DES, TDEA)

В американских стандартах различают понятия алгоритма и стандарта. На слуху все же больше звучит DES, чем DEA. В настоящее время и до принятия стандарта AES использовался тройной DES – 3DES. Обычно производители средств защиты указывают на реализацию 3DES, не уточняя деталей, которые весьма существенны. Далее описание дается по FIPS PUB 46-3, Reaffirmed, 1999 October 25.

Пусть EK(I) и DK(I) обозначают соответственно преобразование зашифрования и расшифрования блока I алгоритмом DES на ключе K . Преобразование зашифрования/расшифрования по алгоритму TDEA (как определено в ANSI X9.52) является композицией из преобразований зашифрования/расшифрования по алгоритму DES следующим образом.

1. преобразование зашифрования по алгоритму TDEA: преобразование 64-битового блока I в 64-битовый блок O следующим образом:

O = EK3(DK2(EK1(I))).

2. преобразование расшифрования по алгоритму TDEA: преобразование 64-битового блока I в 64-битовый блок O следующим образом :

O = DK1(EK2(DK3(I)))

Стандарт определяет следующие возможности для выбора ключей (K1, K2, K3)

1. Выбор 1: K1, K2 и K3 являются независимыми ключами;

2. Выбор 2: K1 и K2 – независимые ключи и K3 = K1;

3. Выбор 3: K1 = K2 = K3.

Когда используется Выбор ключей 3 (K1 = K2 = K3), то режимы шифрования для TECB, TCBC, TCFB и TOFB совпадают с режимами ECB, CBC, CFB, OFB обычного DES соответственно.

От Rijndael до AES. Новый американский стандарт шифрования AES

В конце ноября 2001 г. NIST принял новый стандарт симметричного шифрования Advanced Encryption Standard (AES) (FIPS PUB 197). Этим завершилась процедура выбора нового перспективного стандарта шифрования на смену устаревшего стандарта DES (DES-1997), начатая в сентябре 1997 г. после опубликования требований к участникам конкурса.

Алгоритм стандарта DES считается многими устаревшим по следующим причинам:

·  малая длина ключа в 56 бит,

·  неудобство реализации на современных процессорах,

·  относительно малое быстродействие.

·  относительно малый размер блока в 64 бита.

Он имеет лишь одно достоинство - стойкость. За прошедшие годы интенсивного криптоанализа не было найдено методов вскрытия этого алгоритма, существенно отличающихся по эффективности от полного перебора всех ключей.

Минимальные требованиями к новому алгоритму шифрования были следующие:

·  алгоритм должен реализовывать криптографию с симметричным(секретным) ключом,

·  алгоритм должен быть блочным шифром,

·  алгоритм должен поддерживать следующие комбинации пар размеров ключа и блока шифрования в битах: 128-128, 192-128, 256-128. Возможна поддержка и других дополнительных комбинаций помимо перечисленных.

Кроме того, предполагалось, что:

·  алгоритм должен быть открыто опубликован;

·  алгоритм должен быть удобен как для аппаратной, так и для программной реализации;

·  алгоритм не должен быть запатентован, в противном случае патентные права должны быть аннулированы.

Алгоритмы, участвующие в конкурсе, предполагалось сравнивать по следующим характеристикам в порядке убывания значимости: стойкости, стоимости, гибкости.

Стойкость - Это самый важный критерий в оценке алгоритма. Оценивались способность шифра противостоять различным методам криптоанализа, а также его статистические характеристики. Коме того, учитывалась стойкость к атаке методом полного перебора с учетом прогнозируемого роста мощностей вычислительной техники.