Научная Петербургская Академия

Курсовая: Криптографические методы защиты информации. Метод комбинированного шифрования

Курсовая: Криптографические методы защиты информации. Метод комбинированного шифрования

ÂÂÅÄÅÍÈÅ.

Êðèïòîãðàôè÷åñêàÿ çàùèòà èíôîðìàöèè.

Êðèïòîãðàôèÿ

- íàóêà î

çàùèòå

èíôîðìàöèè

îò

ïðî÷òåíèÿ

åå

ïîñòîðîííèìè.

Çàùèòà

äîñòèãàåòñÿ

øèôðîâàíèåì,

ò.å.

ïðåîáðàçîâàíèåì,

êîòîðîå

äåëàåò

çàùèùåííûå

âõîäíûå

äàííûå

òðóäíîðàñêðûâàåìûìè

ïî âûõîäíûì

äàííûì áåç

çíàíèÿ

ñïåöèàëüíîé

êëþ÷åâîé

èíôîðìàöèè -

êëþ÷à. Ïîä

êëþ÷îì

ïîíèìàåòñÿ

ëåãêî

èçìåíÿåìàÿ

÷àñòü

êðèïòîñèñòåìû,

õðàíÿùàÿñÿ â

òàéíå è

îïðåäåëÿþùàÿ,

êàêîå

øèôðóþùèå

ïðåîáðàçîâàíèå

èç

âîçìîæíûõ

âûïîëíÿåòñÿ

â äàííîì

ñëó÷àå.

Êðèïòîñèñòåìà

- ñåìåéñòâî

âûáèðàåìûõ

ñ ïîìîùüþ

êëþ÷à

îáðàòèìûõ

ïðåîáðàçîâàíèé,

êîòîðûå

ïðåîáðàçóþò

çàùèùàåìûé

îòêðûòûé

òåêñò â

øèôðîãðàììó

è îáðàòíî.

Æåëàòåëüíî, ÷òîáû ìåòîäû øèôðîâàíèÿ îáëàäàëè ìèíèìóì äâóìÿ ñâîéñòâàìè:

· çàêîííûé ïîëó÷àòåëü ñìîæåò âûïîëíèòü îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå è ðàñøèôðîâàòü ñîîáùåíèå;

· êðèïòîàíàëèòèê ïðîòèâíèêà, ïåðåõâàòèâøèé ñîîáùåíèå, íå ñìîæåò âîññòàíîâèòü ïî íåìó èñõîäíîå ñîîáùåíèå áåç òàêèõ çàòðàò âðåìåíè è ñðåäñòâ, êîòîðûå ñäåëàþò ýòó ðàáîòó ðàáîòó íåöåëåñîîáðàçíîé.

Íàèáîëåå èçâåñòíûå êðèïòîñèñòåìû.

Ïî õàðàêòåðó èñïîëüçîâàíèÿ êëþ÷à èçâåñòíûå êðèïòîñèñòåìû ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâà òèïà: ñèììåòðè÷íûå (îäíîêëþ÷åâûå, ñ ñåêðåòíûì êëþ÷îì) è íåñèììåòðè÷íûå (ñ îòêðûòûì êëþ÷îì).

 øèôðàòîðå îòïðàâèòåëÿ è äåøèôðàòîðå ïîëó÷àòåëÿ èñïîëüçóåòñÿ îäèí è òîò æå êëþ÷. Øèôðàòîð îáðàçóåò øèôðòåêñò, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé îòêðûòîãî òåêñòà, êîíêðåòíûé âèä ôóíêöèè øèôðîâàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñåêðåòíûì êëþ÷îì. Äåøèôðàòîð ïîëó÷àòåëÿ ñîîáùåíèÿ âûïîëíÿåò îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå àíàëîãè÷íûì îáðàçîì. Ñåêðåòíûé êëþ÷ õðàíèòñÿ â òàéíå è ïåðåäàåòñÿ îòïðàâèòåëåì ñîîáùåíèÿ ïîëó÷àòåëÿ ïî êàíàëó, èñêëþ÷àþùåìó ïåðåõâàò êëþ÷à êðèïòîàíàëèòèêîì ïðîòèâíèêà. Îáû÷íî ïðåäïîëàãàåòñÿ ïðàâèëî Êèðõãîôà:

ñòîéêîñòü øèôðà îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ñåêðåòíîñòüþ êëþ÷à,ò.å. êðèïòîàíàëèòèêó èçâåñòíû âñå äåòàëè ïðîöåññà øèôðîâàíèÿ è äåøèôðîâàíèÿ, êðîìå ñåêðåòíîãî êëþ÷à.

Îòêðûòûé òåêñò îáû÷íî èìååò ïðîèçâîëüíóþ äëèíó: åñëè åãî ðàçìåð âåëèê è îí íå ìîæåò áûòü îáðàáîòàí âû÷èñëèòåëüíûì óñòðîéñòâîì øèôðàòîðà öåëèêîì, òî îí ðàçáèâàåòñÿ íà áëîêè ôèêñèðîâàííîé äëèíû, è êàæäûé áëîê øèôðóåòñÿ â îòäåëüíîñòè, íåçàâèñèìî îò åãî ïîëîæåíèÿ âî âõîäíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Òàêèå êðèïòîñèñòåìû íàçûâàþòñÿ ñèñòåìàìè áëî÷íîãî øèôðîâàíèÿ.

Íà ïðàêòèêå

îáû÷íî

èñïîëüçóþò

äâà îáùèõ

ïðèíöèïà

øèôðîâàíèÿ:

ðàññåèâàíèå

è

ïåðåìåøèâàíèå.

Ðàññåèâàíèå

çàêëþ÷àåòñÿ

â

ðàñïðîñòðàíåíèè

âëèÿíèÿ

îäíîãî

ñèìâîëà

îòêðûòîãî

òåêñòà íà

ìíîãî

ñèìâîëîâ

øèôðòåêñòà:

ýòî

ïîçâîëÿåò

ñêðûòü

ñòàòèñòè÷åñêèå

ñâîéñòâà

îòêðûòîãî

òåêñòà.

Ðàçâèòèåì

ýòîãî

ïðèíöèïà

ÿâëÿåòñÿ

ðàñïðîñòðàíåíèå

âëèÿíèÿ

îäíîãî

ñèìâîëà

êëþ÷à íà

ìíîãî

ñèìâîëîâ

øèôðîãðàììû,

÷òî

ïîçâîëÿåò

èñêëþ÷èòü

âîññòàíîâëåíèå

êëþ÷à ïî

÷àñòÿì.

Ïåðåìåøèâàíèå

ñîñòîèò â

èñïîëüçîâàíèè

òàêèõ

øèôðóþùèõ

ïðåîáðàçîâàíèé,

êîòîðûå

èñêëþ÷àþò

âîññòàíîâëåíèå

âçàèìîñâÿçè

ñòàòèñòè÷åñêèõ

ñâîéñòâ

îòêðûòîãî è

øèôðîâàííîãî

òåêñòà.

Ðàñïðîñòðàíåííûé

ñïîñîá

äîñòèæåíèÿ

õîðîøåãî

ðàññåèâàíèÿ

ñîñòîèò â

èñïîëüçîâàíèè

ñîñòàâíîãî

øèôðà,

êîòîðûé

ìîæåò áûòü

ðåàëèçîâàí

â âèäå

íåêîòîðîé

ïîñëåäîâàòåëüíîñòè

ïðîñòûõ

øèôðîâ,

êàæäûé èç

êîòîðûõ

âíîñèò

íåáîëüøîé

âêëàä â

çíà÷èòåëüíîå

ñóììàðíîå

ðàññåèâàíèå

è

ïåðåìåøèâàíèå.

 êà÷åñòâå

ïðîñòûõ

øèôðîâ ÷àùå

âñåãî

èñïîëüçóþò

ïðîñòûå

ïîäñòàíîâêè

è

ïåðåñòàíîâêè.

Èçâåñòíû

òàêæå

ìåòîäû

àíàëèòè÷åñêîãî

ïðåîáðàçîâàíèÿ,

ãàììèðîâàíèÿ,

à òàêæå

ìåòîä

êîìáèíèðîâàííîãî

øèôðîâàíèÿ.

Çàùèòà èíôîðìàöèè

ìåòîäîì êîìáèíèðîâàííîãî øèôðîâàíèÿ.

Âàæíåéøèì

òðåáîâàíèåì

ê ñèñòåìå

øèôðîâàíèÿ

ÿâëÿåòñÿ

ñòîéêîñòü

äàííîé

ñèñòåìû. Ê

ñîæàëåíèþ,

ïîâûøåíèå

ñòîéêîñòè

ïðè ïîìîùè

ëþáîãî

ìåòîäà

ïðèâîäèò, êàê

ïðàâèëî, ê

òðóäíîñòÿì

è ïðè

øèôðîâàíèè

îòêðûòîãî

òåêñòà è ïðè

åãî

ðàñøèôðîâêå.

Îäíèì èç

íàèáîëåå

ýôôåêòèâíûõ

ìåòîäîâ

ïîâûøåíèÿ

ñòîéêîñòè

øèôð-òåêñòà

ÿâëÿåòñÿ

ìåòîä

êîìáèíèðîâàííîãî

øèôðîâàíèÿ.

Ýòîò ìåòîä

çàêëþ÷àåòñÿ

â

èñïîëüçîâàíèè

è

êîìáèíèðîâàíèè

íåñêîëüêèõ

ïðîñòûõ

ñïîñîáîâ

øèôðîâàíèÿ.

Òàê,

íàïðèìåð,

ìîæíî

èñïîëüçîâàòü

ìåòîä

øèôðîâàíèÿ

ïðîñòîé

ïåðåñòàíîâêîé

â ñî÷åòàíèè

ñ ìåòîäîì

àíàëèòè÷åñêèõ

ïðåîáðàçîâàíèé

èëè òåêñò,

çàøèôðîâàííûé

ìåòîäîì

ãàììèðîâàíèÿ,

äîïîëíèòåëüíî

çàùèòèòü

ïðè ïîìîùè

ïîäñòàíîâêè.

Ðàññìîòðèì ïðèìåð :

1. Âîçüìåì â êà÷åñòâå îòêðûòîãî òåêñòà ñîîáùåíèå :ß ïèøó êóðñîâóþ.

Çàùèèì ýòîò òåêñò ìåòîäîì ïðîñòîé ïåðåñòàíîâêè, èñïîëüçóÿ â êà÷åñòâå êëþ÷à ñëîâî "çà÷åò" è îáîçíà÷àÿ ïðîáåë áóêâîé "ü" :

Ç

À

×

Å

Ò

À

Å

Ç

Ò

×

ÿüïèøüèÿøï
óüêóðüóóðê
ñîâóþîóñþâ

Âûïèñûâàåì áóêâû îòêðûòîãî òåêñòà ïîä áóêâàìè êëþ÷à. Çàòåì áóêâû êëþ÷à ðàññòàâëÿåì â àëôàâèòíîì ïîðÿäêå. Âûïèñûâàåì áóêâû ïî ñòîëáöàì è ïîëó÷àåì øèôðòåêñò: üüîèóóÿóñøðþïêâ.

Ïîëó÷åííîå ñîîáùåíèå çàøèôðóåì ñ ïîìîùüþ ìåòîäà ïîäñòàíîâêè :

Ïóñòü

êàæäîìó

ñèìâîëó

ðóññêîãî

àëôàâèòà

ñîîòâåòñòâóåò

÷èñëî îò 0 äî 32,

òî åñòü

áóêâå À

áóäåò

ñîîòâåòñòâîâàòü

0, áóêâå Á - 1 è ò.

ä. Âîçüìåì

òàêæå íåêîå

÷èñëî,

íàïðèìåð 2,

êîòîðîå

áóäåò

êëþ÷åì

øèôðà.

Ïðèáàâëÿÿ ê

÷èñëó,

ñîîòâåòñòâóþùåìó

îïðåäåëåííîìó

ñèìâîëó, 2, ìû

ïîëó÷èì

íîâûé

ñèìâîë,

íàïðèìåð

åñëè À

ñîîòâåòñòâóåò

0, òî ïðè

ïðèáàâëåíèè

2 ïîëó÷àåì  è

òàê äàëåå.

Ïîëüçóÿñü

ýòèì,

ïîëó÷àåì

íîâûé

øèôðòåêñò :

þþðêõõáõóüòàñìä

Èòàê èìåÿ îòêðûòûé òåêñò : ß ïèøó êóðñîâóþ , ïîñëå ïðåîáðàçîâàíèé ïîëó÷àåì øèôðòåêñò: þþðêõõáõóüòàñìä, èñïîëüçóÿ ìåòîäû ïåðåñòàíîâêè è çàìåíû. Ðàñêðûòü òåêñò ðàñøèôðîâùèê ñìîæåò, çíàÿ, ÷òî êëþ÷àìè ÿâëÿþòñÿ ÷èñëî 2 è ñëîâî "çà÷åò" è ñîîòâåòñòâåííî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èõ ïðèìåíåíèÿ.

Äîïîëíåíèÿ

DES-ñòàíäàðò ÑØÀ íà øèôðîâàíèå äàííûõ.

Îäíèì èç

íàèëó÷øèõ

ïðèìåðîâ

êðèïòîàëãîðèòìà,

ðàçðàáîòàííîãî

â

ñîîòâåòñòâèè

ñ

ïðèíöèïàìè

ðàññåèâàíèÿ

è

ïåðåìåøèâàíèÿ,

ìîæåò

ñëóæèòü

ïðèíÿòûé â 1977

ãîäó

Íàöèîíàëüíûì

áþðî

ñòàíäàðòîâ

ÑØÀ

ñòàíäàðò

øèôðîâàíèÿ

äàííûõ DES (Data Enscription Standard).

Íåñìîòðÿ íà

èíòåíñèâíûå

è

òùàòåëüíûå

èññëåäîâàíèÿ

àëãîðèòìà

ñïåöèàëèñòàìè,

ïîêà íå

íàéäåíî

óÿçâèìûõ

ìåñò

àëãîðèòìà,

íà îñíîâå

êîòîðûõ

ìîæíî áûëî

áû

ïðåäëîæèòü

ìåòîä

êðèïòîàíàëèçà,

ñóùåñòâåííî

ëó÷øèé, ÷åì

ïîëíûé

ïåðåáîð

êëþ÷åé.

Îáùåå

ìíåíèå

òàêîâî: DES -

èñêëþ÷èòåëüíî

õîðîøèé

øèôð.

Êðèïòîãðàôèÿ èçâåñòíà ñ äðåâíåéøèõ âðåìåí (äîñòàòî÷íî âñïîìíèòü êîäû Öåçàðÿ) è äî íåäàâíåãî âðåìåíè îñòàâàëàñü ïðèâèëåãèåé èñêëþ÷èòåëüíî ãîñóäàðñòâåííûõ è âîåííûõ ó÷ðåæäåíèé. Ñèòóàöèÿ ðåçêî èçìåíèëàñü ïîñëå ïóáëèêàöèè â 1949 ãîäó êíèãè Ê.Øåííîíà "Ðàáîòû ïî òåîðèè èíôîðìàöèè è êèáåðíåòèêå". Êðèïòîãðàôèÿ ñòàëà îáúåêòîì ïðèñòàëüíîãî âíèìàíèÿ ìíîãèõ ó÷åíûõ.

Ïðèíÿòèå

ñòàíäàðòà

øèôðîâàíèÿ DES

ÿâèëîñü

ìîùíûì

òîë÷êîì ê

øèðîêîìó

ïðèìåíåíèþ

øèôðîâàíèÿ

â

êîììåð÷åñêèõ

ñèñòåìàõ.

Ââåäåíèå

ýòîãî

ñòàíäàðòà -

îòëè÷íûé

ïðèìåð

óíèôèêàöèè

è

ñòàíäàðòèçàöèè

ñðåäñòâ

çàùèòû.

Ïðèìåðîì

ñèñòåìíîãî

ïîäõîäà ê

ñîçäàíèþ

åäèíîé

êðóïíîìàñøòàáíîé

ñèñòåìû

çàùèòû

èíôîðìàöèè

ÿâëÿåòñÿ

äèðåêòèâà

Ìèíèñòåðñòâà

ôèíàíñîâ

ÑØÀ 1984 ãîäà,

ñîãëàñíî

êîòîðîé âñå

îáùåñòâåííûå

è ÷àñòíûå

îðãàíèçàöèè,

âåäóùèå

äåëà ñ

ïðàâèòåëüñòâîì

ÑØÀ, îáÿçàíû

âíåäðèòü

ïðîöåäóðó

øèôðîâàíèÿ DES;

êðóïíåéøèå

áàíêè - Citibank, Chase Manhattan Bank,

Manufaktures Hannover Trust, Bank of America, Security Pacific Bank -

òàêæå

âíåäðèëè

ýòó

ñèñòåìó.

Ìèíèñòåðñòâî

ýíåðãåòèêè

ÑØÀ

ðàñïîëàãàåò

áîëåå ÷åì 30

äåéñòâóþùèìè

ñåòÿìè, â

êîòîðûõ

èñïîëüçóåòñÿ

àëãîðèòì DES.

Ìèíèñòåðñòâî

þñòèöèè

óñòàíàâëèâàåò

20000

ðàäèîóñòðîéñòâ,

ðàñïîëàãàþùèõ

ñðåäñòâàìè

çàùèòû íà

áàçå DES.

Ñòàíäàðòèçàöèÿ â ïîñëåäíåå âðåìÿ ïðèîáðåòàåò ìåæäóíàðîäíûé õàðàêòåð, ïîäòâåðæäåíèå òîìó - ìåæäóíàðîäíûé ñòàíäàðò 1987 ãîäà ISO 8372, ðàçðàáîòàííûé íà îñíîâå êðèïòîàëãîðèòìà DES.

 êà÷åñòâå

ñòàíäàðòíîé

àïïàðàòóðû

øèôðîâàíèÿ

ìîæíî

íàçâàòü

óñòðîéñòâî

Cidex-ÍÕ,

áàçèðóþùååñÿ

íà

àëãîðèòìå DES;

ñêîðîñòü

øèôðîâàíèÿ -

îò 56 Êáèò/ñ äî 7

Ìáèò/ñ.

Ñåðèéíî

âûïóñêàåòñÿ

àâòîíîìíûé

øèôðîâàëüíûé

áëîê DES 2000, â íåì

òàêæå

èñïîëüçóåòñÿ

ïðîöåäóðà

øèôðîâàíèÿ DES;

ñêîðîñòü

øèôðîâàíèÿ -

îò 38,4 Êáèò/ñ äî

110Êáèò/ñ. Â

ðàçëè÷íûõ

ñåêòîðàõ

êîììåð÷åñêîé

äåÿòåëüíîñòè

èñïîëüçóåòñÿ

ïðîöåññîð

øèôðîâàíèÿ/äåøèôðîâàíèÿ

äàííûõ FACOM 2151À

íà îñíîâå

àëãîðèòìà DES;

ñêîðîñòü - îò 2,4

Êáèò/ñ äî 19,2

Êáèò/ñ. Ñ

ðàñïðîñòðàíåíèåì

ïåðñîíàëüíûõ

êîìïüþòåðîâ

íàèáîëåå

ýôôåêòèâíûìè

äëÿ íèõ

ñòàëè

ïðîãðàììíûå

ñðåäñòâà

çàùèòû. Òàê,

ðàçðàáîòàí

ïàêåò

ïðîãðàìì äëÿ

øèôðîâàíèÿ/äåøèôðîâàíèÿ

èíôîðìàöèè

ÑÒÀ (Computer Intelligence Access),

ðåàëèçóþùèé

àëãîðèòì DES.

Ýòîò æå

àëãîðèòì

èñïîëüçîâàí

â ïàêåòå SecretDisk (C F Systems)

äëÿ

èñêëþ÷åíèÿ

íåñàíêöèîíèðîâàííîãî

äîñòóïà ê

äèñêàì.

Òàêèì

îáðàçîì,

àëãîðèòì DES

ïðåäñòàâëÿåò

ñîáîé

îñíîâíîé

ìåõàíèçì,

ïðèìåíÿâøèéñÿ

÷àñòíûìè è

ãîñóäàðñòâåííûìè

ó÷ðåæäåíèÿìè

ÑØÀ äëÿ

çàùèòû

èíôîðìàöèè.

 òî æå âðåìÿ

Àãåíñòâî

íàöèîíàëüíîé

áåçîïàñíîñòè,

âûñòóïàþùåå

êàê ýêñïåðò

ïî

êðèïòîãðàôè÷åñêèì

àëãîðèòìàì,

ðàçðàáàòûâàåò

íîâûå

àëãîðèòìû

øèôðîâàíèÿ

äàííûõ äëÿ

ìàññîâîãî

èñïîëüçîâàíèÿ.

 1987 ãîäó

Íàöèîíàëüíîå

áþðî

ñòàíäàðòîâ

ïîñëå

îáñóæäåíèÿ

ïîäòâåðäèëî

äåéñòâèå DES;

åãî

ïåðåñìîòð

íàìå÷àëîñü

ïðîâåñòè íå

ïîçäíåå

ÿíâàðÿ 1992 ãîäà,

è íà

ñåãîäíÿøíèé

äåíü

äåéñòâèå DES

îãðàíè÷èâàåòñÿ

èñêëþ÷èòåëüíî

êîììåð÷åñêèìè

ñèñòåìàìè. DES

ìîæåò áûòü

ðåàëèçîâàí

àïïàðàòíî è

ïðîãðàììíî,

íî áàçîâûé

àëãîðèòì

âñ¸ æå

ðàññ÷èòàí

íà

ðåàëèçàöèþ

â

ýëåêòðîííûõ

óñòðîéñòâàõ

ñïåöèàëüíîãî

íàçíà÷åíèÿ.

Ñàìûì

ñóùåñòâåííûì

íåäîñòàòêîì

DES ñ÷èòàåòñÿ

ìàëûé ðàçìåð

êëþ÷à.Ñòàíäàðò

â íàñòîÿùåå

âðåìÿ íå

ñ÷èòàåòñÿ

íåóÿçâèìûì,

õîòÿ è î÷åíü

òðóäåí äëÿ

ðàñêðûòèÿ (äî

ñèõ ïîð íå

áûëè

çàðåãèñòðèðîâàíû

ñëó÷àè

íåñàíêöèîíèðîâàííîé

äåøèôðàöèè.

Åù¸ îäèí

íåäîñòàòîê DES

çàêëþ÷àåòñÿ

â òîì, ÷òî

îäèíàêîâûå

äàííûå

áóäóò

îäèíàêîâî

âûãëÿäåòü â

çàøèôðîâàííîì

òåêñòå.

ÃÎÑÒ 28147-89 - îòå÷åñòâåííûé ñòàíäàðò øèôðîâàíèÿ äàííûõ.

 Ðîññèè óñòàíîâëåí åäèíûé àëãîðèòì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ äàííûõ äëÿ ñèñòåì îáðàáîòêè èíôîðìàöèè â ñåòÿõ ÝÂÌ, îòäåëèòåëüíûõ êîìïëåêñàõ è ÝÂÌ, êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ ÃÎÑÒ 28147-89.

Àëãîðèòì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ äàííûõ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ àïïàðàòíîé èëè ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè, óäîâëåòâîðÿåò êðèïòîãðàôè÷åñêèì òðåáîâàíèÿì è íå íàêëàäûâàåò îãðàíè÷åíèé íà ñòåïåíü ñåêðåòíîñòè çàùèùàåìîé èíôîðìàöèè.

×òîáû ïîëó÷èòü ïîäðîáíûå ñïåöèôèêàöèè àëãîðèòìà êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, ñëåäóåò îáðàòèòüñÿ ê ÃÎÑÒ 28147-89. Áåçóñëîâíî, ïðèâåäåííûé íèæå ìàòåðèàë íå äîëæåí íè ïðè êàêèõ óñëîâèÿõ èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïðîãðàììíîé èëè àïïàðàòíîé ðåàëèçàöèè àëãîðèòìà êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ.

Ïðè îïèñàíèè àëãîðèòìà èñïîëüçóþòñÿ ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ:

Åñëè L è R - ýòî

ïîñëåäîâàòåëüíîñòè

áèò, òî LR

áóäåò

îáîçíà÷àòü

êîíêàòåíàöèþ

ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé

L è R. Ïîä

êîíêàòåíàöèåé

ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé

L è R

ïîíèìàåòñÿ

ïîñëåäîâàòåëüíîñòü

áèò,

ðàçìåðíîñòü

êîòîðîé

ðàâíà ñóììå

ðàçìåðíîñòåé

L è R. Â ýòîé

ïîñëåäîâàòåëüíîñòè

áèòû

ïîñëåäîâàòåëüíîñòè

R ñëåäóþò çà

áèòàìè

ïîñëåäîâàòåëüíîñòè

L.

Êîíêàòåíàöèÿ

áèòîâûõ

ñòðîê

ÿâëÿåòñÿ

àññîöèàòèâíîé,

ò.å. çàïèñü ABCDE

îáîçíà÷àåò,

÷òî çà

áèòàìè

ïîñëåäîâàòåëüíîñòè

À ñëåäóþò

áèòû

ïîñëåäîâàòåëüíîñòè

Â, çàòåì Ñ è

ò.ä.

Ñèìâîëîì (+) áóäåò îáîçíà÷àòüñÿ îïåðàöèÿ ïîáèòîâîãî ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ 2, ñèìâîëîì [+] - îïåðàöèÿ ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ ( 2 â 32 ñòåïåíè) äâóõ 32-ðàçðÿäíûõ ÷èñåë. ×èñëà ñóììèðóþòñÿ ïî ñëåäóþùåìó ïðàâèëó:

A [+] B = A + B , åñëè A + B <> (2 â 32 ñòåïåíè),

A [+] B = A + B - ( 2 â 32 ñòåïåíè), åñëè A + B = 2 â 32

Ñèìâîëîì {+} îáîçíà÷àåòñÿ îïåðàöèÿ ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ ((2 â à532à0) -1) äâóõ 32 ðàçðÿäíûõ ÷èñåë. Ïðàâèëà ñóììèðîâàíèÿ ÷èñåë ñëåäóþùèå:

A {+} B = A + B, åñëè A + B <> ((2 â 32) - 1)

A {+} B = A + B - ((2 â 32) - 1), åñëè A + B = (2 â 32) - 1

Àëãîðèòì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðåäóñìàòðèâàåò íåñêîëüêî ðåæèìîâ ðàáîòû. Íî â ëþáîì ñëó÷àå äëÿ øèôðîâàíèÿ äàííûõ èñïîëüçóåòñÿ êëþ÷, êîòîðûé èìååò ðàçìåðíîñòü 256 áèò è ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå âîñüìè 32-ðàçðÿäíûõ ÷èñåë Õ(i). Åñëè îáîçíà÷èòü êëþ÷ ÷åðåç W, òî

W =X(7)X(6)X(5)X(4)X(3)X(2)X(1)X(0)

Ðàñøèôðîâàíèå âûïîëíÿåòñÿ ïî òîìó æå êëþ÷ó, ÷òî è çàøèôðîâàíèå, íî ýòîò ïðîöåññ ÿâëÿåòñÿ èíâåðñèåé ïðîöåññà çàøèôðîâàíèÿ äàííûõ.

Ïåðâûé è ñàìûé ïðîñòîé ðåæèì - çàìåíà. Îòêðûòûå äàííûå, ïîäëåæàùèå çàøèôðîâàíèþ, ðàçáèâàþò íà áëîêè ïî 64 áèò â êàæäîì, êîòîðûå ìîæíî îáîçíà÷èòü Ò(j).

Î÷åðåäíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áèò Ò(j) ðàçäåëÿåòñÿ íà äâå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè Â(Î) (ëåâûå èëè ñòàðøèå áèòû) è À(Î) (ïðàâûå èëè ìëàäøèå áèòû), êàæäàÿ èç êîòîðûõ ñîäåðæèò 32 áèòà. Çàòåì âûïîëíÿåòñÿ èòåðàòèâíûé ïðîöåññ øèôðîâàíèÿ, êîòîðûé îïèñûâàåòñÿ ñëåäóþùèìè ôîðìóëàìè:

1. A(i)=f(A(i-1) [+] X(j) (+) B(i-1)),

è B(i)=A(i-1),

åñëè i=1,2,...,24,j=(i-1) mod 8;

2. A(i)=f(A(i-1) [+] X(j) (+) B(i-1)),

è B(i)=A(i-1),

åñëè i=25,26,...,31,j=32-i;

3. A(32)=A(31),

è B(32)=f(A(31) [+] X(0)) (+) B(31),

åñëè i=32.

Çäåñü i îáîçíà÷àåòñÿ íîìåð èòåðàöèè (i=1,2,...,32). Ôóíêöèÿ f íàçûâàåòñÿ ôóíêöèåé øèôðîâàíèÿ. Åå àðãóìåíòîì ÿâëÿåòñÿ ñóììà ïî ìîäóëþ 2 â à532à0 ÷èñëà À(i), ïîëó÷åííîãî íà ïðåäûäóùåì øàãå èòåðàöèè, è ÷èñëà Õ(j) êëþ÷à (ðàçìåðíîñòü êàæäîãî èç ýòèõ ÷èñåë ðàâíà 32 çíàêàì).

Ôóíêöèÿ

øèôðîâàíèÿ

âêëþ÷àåò

äâå îïåðàöèè

íàä

ïîëó÷åííîé

32-ðàçðÿäíîé

ñóììîé.

Ïåðâàÿ

îïåðàöèÿ

íàçûâàåòñÿ

ïîäñòàíîâêîé

Ê. Áëîê

ïîäñòàíîâêè

Ê ñîñòîèò èç

âîñüìè

óçëîâ

çàìåíû Ê(1) ... Ê(8)

ñ ïàìÿòüþ 64

áèò êàæäûé.

Ïîñòóïàþùèé

íà áëîê

ïîäñòàíîâêè

32-ðàçðÿäíûé

âåêòîð

ðàçáèâàåòñÿ

íà âîñåìü

ïîñëåäîâàòåëüíî

èäóùèõ

4-ðàçðÿäíûé

âåêòîð

ñîîòâåòñòâóþùèì

óçëîì

çàìåíû,

ïðåäñòàâëÿþùèì

ñîáîé

òàáëèöó èç øåñòíàäöàòè öåëûõ ÷èñåë â äèàïàçîíå 0....15.

Âõîäíîé âåêòîð îïðåäåëÿåò àäðåñ ñòðîêè â òàáëèöå, ÷èñëî èç êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ âûõîäíûì âåêòîðîì. Çàòåì 4-ðàçðÿäíûå âûõîäíûå âåêòîðû ïîñëåäîâàòåëüíî îáúåäèíÿþòñÿ â 32-ðàçðÿäíûé âåêòîð. Òàáëèöû áëîêà ïîäñòàíîâêè Ê ñîäåðæèò êëþ÷åâûå ýëåìåíòû, îáùèå äëÿ ñåòè ÝÂÌ è ðåäêî èçìåíÿåìûå.

Âòîðàÿ îïåðàöèÿ - öèêëè÷åñêèé ñäâèã âëåâî 32-ðàçðÿäíîãî âåêòîðà, ïîëó÷åííîãî â ðåçóëüòàòå ïîäñòàíîâêè Ê. 64-ðàçðÿäíûé áëîê çàøèôðîâàííûõ äàííûõ Òø ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå

Òø = À(32) Â(32)

Îñòàëüíûå áëîêè îòêðûòûõ äàííûõ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû çàøèôðîâûâàþòñÿ àíàëîãè÷íî.

Ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî ðåæèì ïðîñòîé çàìåíû äîïóñòèìî èñïîëüçîâàòü äëÿ øèôðîâàíèÿ äàííûõ òîëüêî â îãðàíè÷åííûõ ñëó÷àÿõ. Ê ýòèì ñëó÷àÿì îòíîñèòñÿ âûðàáîòêà êëþ÷à è çàøèôðîâàíèå åãî ñ îáåñïå÷åíèåì èìèòîçàùèòû äëÿ ïåðåäà÷è ïî êàíàëàì ñâÿçè èëè õðàíåíèÿ â ïàìÿòè ÝÂÌ.

Ñëåäóþùèé

ðåæèì

øèôðîâàíèÿ

íàçûâàåòñÿ

ðåæèìîì

ãàììèðîâàíèÿ.

Îòêðûòûå

äàííûå,

ðàçáèòûå

íà

64-ðàçðÿäíûå

áëîêè Ò(i) (i=1,2,...,m},

(ãäå m

îïðåäåëÿåòñÿ

îáúåìîì

øèôðóåìûõ

äàííûõ),

çàøèôðîâûâàþòñÿ

â ðåæèìå

ãàììèðîâàíèÿ

ïóòåì

ïîðàçðÿäíîãî

ñëîæåíèÿ ïî

ìîäóëþ 2 ñ

ãàììîé

øèôðà Ãø,

êîòîðàÿ

âûðàáàòûâàåòñÿ

áëîêàìè ïî 64

áèò, ò.å.

Ãø = ( Ã(1),Ã(2), ...,Ã(i), ...,Ã(m) ).

×èñëî äâîè÷íûõ ðàçðÿäîâ â áëîêå Ò(m) ìîæåò áûòü ìåíüøå 64, ïðè ýòîì íåèñïîëüçîâàííàÿ äëÿ øèôðîâàíèÿ ÷àñòü ãàììû øèôðà èç áëîêà Ã(m) îòáðàñûâàåòñÿ.

Óðàâíåíèå çàøèôðîâàíèÿ äàííûõ â ðåæèìå ãàììèðîâàíèÿ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî â ñëåäóþùåì âèäå:

Ø(i)=A(Y(i-1) [+] C2),

Z(i-1) {+ }C1 (+) T(i)=Ã(i) (+) T(i).

 ýòîì

óðàâíåíèè Ø(i)

îáîçíà÷àåò

64-ðàçðÿäíûé

áëîê

çàøèôðîâàííîãî

òåêñòà, À -

ôóíêöèþ

øèôðîâàíèÿ

â ðåæèìå

ïðîñòîé

çàìåíû

(àðãóìåíòàìè

ýòîé

ôóíêöèè

ÿâëÿþòñÿ äâà

32-ðàçðÿäíîãî

÷èñëà), Ñ1 è Ñ2 -

êîíñòàíòû,

çàäàííûå â

ÃÎÑÒ 28147-89.

Âåëè÷èíû Y(i) è Z(i)

îïðåäåëÿþòñÿ

èòåðàöèîííî

ïî ìåðå

ôîðìèðîâàíèÿ

ãàììû,

ñëåäóþùèì

îáðàçîì:

(Y(0),Z(0))=A(S),

ãäå S - 64-ðàçðÿäíàÿ äâîè÷íàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü (ñèíõðîïîñûëêà);

(Y(i),Z(i))=(Y(i-1) [+] C2,Z(i-1) {+} C1),

äëÿ i=1,2,..,m

Ðàñøèôðîâàíèå äàííûõ âîçìîæíî òîëüêî ïðè íàëè÷èè ñèíõðîïîñûëêè, êîòîðàÿ íå ÿâëÿåòñÿ ñåêðåòíûì ýëåìåíòîì øèôðà è ìîæåò õðàíèòüñÿ â ïàìÿòè ÝÂÌ èëè ïåðåäàâàòüñÿ ïî êàíàëàì ñâÿçè âìåñòå ñ çàøèôðîâàííûìè äàííûìè.

Ðåæèì

ãàììèðîâàíèÿ

ñ îáðàòíîé

ñâÿçüþ

î÷åíü ïîõîæ

íà ðåæèì

ãàììèðîâàíèÿ.

Êàê è â

ðåæèìå

ãàììèðîâàíèÿ,

îòêðûòûå

äàííûå,

ðàçáèòûå íà

64-ðàçðÿäíûå

áëîêè Ò(i) (i=1,2,....,m),

ãäå m

îïðåäåëÿåòñÿ

îáúåìîì

øèôðóåìûõ

äàííûõ),

çàøèôðîâûâàåòñÿ

ïóòåì

ïîðàçðÿäíîãî

ñëîæåíèÿ ïî

ìîäóëþ 2 ñ

ãàììîé

øèôðà Ãø,

êîòîðàÿ

âûðàáàòûâàåòñÿ

áëîêàìè ïî 64

áèò:

Ãø=(Ã(1),Ã(2),...,Ã(i),...,Ã(m)).

×èñëî äâîè÷íûõ ðàçðÿäîâ â áëîêå Ò(m) ìîæåò áûòü ìåíüøå 64, ïðè ýòîì íåèñïîëüçîâàííàÿ äëÿ øèôðîâàíèÿ ÷àñòü ãàììû øèôðà èç áëîêà Ã(m) îòáðàñûâàåòñÿ.

Óðàâíåíèå çàøèôðîâàíèÿ äàííûõ â ðåæèìå ãàììèðîâàíèÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî â ñëåäóþùåì âèäå:

Ø(1) = A(S) (+) T(1) = Ã(1) (+) T(1),

Ø(i) = A(Ø(i-1)) (+) T(i) = Ã(i) (+) T(i),

äëÿ i=2,3,...,m

Çäåñü Ø(i) îáîçíà÷àåò 64-ðàçðÿäíûé áëîê çàøèôðîâàííîãî òåêñòà, À - ôóíêöèþ øèôðîâàíèÿ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû. Àðãóìåíòîì ôóíêöèè íà ïåðâîì øàãå èòåðàòèâíîãî àëãîðèòìà ÿâëÿåòñÿ 64-ðàçðÿäíûé ñèíõðîïîñûëêà, à íà âñåõ ïîñëåäóþùèõ - ïðåäûäóùèé áëîê çàøèôðîâàíûõ äàííûõ Ø(i-1).

 ÃÎÑÒ 28147-89

îïðåäåëÿåòñÿ

ïðîöåññ

âûðàáîòêè

èìèòîâñòàâêè,

êîòîðûé

åäèíîîáðàçåí

äëÿ ëþáîãî

èç ðåæèìîâ

øèôðîâàíèÿ

äàííûõ.

Èìèòîâñòàâêà

- ýòî áëîê èç p

áèò (

èìèòîâñòàâêà

Èp), êîòîðûé

âûðàáàòûâàåòñÿ

ëþáî ïåðåä

øèôðîâàíèåì

âñåãî

ñîîáùåíèÿ,

ëèáî

ïàðàëëåëüíî

ñ

øèôðîâàíèåì

ïî áëîêàì.

Ïåðâûå áëîêè

îòêðûòûõ

äàííûõ,

êîòîðûå

ó÷àñòâóþò â

âûðàáîòêå

èìèòîâñòàâêè,

ìîãóò

ñîäåðæàòü

ñëóæåáíóþ

èíôîðìàöèþ

(íàïðèìåð,

àäðåñíóþ

÷àñòü, âðåìÿ,

ñèíõðîïîñûëêó)

è íå

çàøèôðîâûâàòüñÿ.

Çíà÷åíèå

ïàðàìåòðà p

(÷èñëî

äâîè÷íûõ

ðàçðÿäîâ â

èìèòîâñòàâêå)

îïðåäåëÿåòñÿ

êðèïòîãðàôè÷åñêèìè

òðåáîâàíèÿìè

ñ ó÷åòîì

òîãî, ÷òî

âåðîÿòíîñòü

íàâÿçûâàíèÿ

ëîæíûõ

ïîìåõ ðàâíà

1/2à5ð

Äëÿ

ïîëó÷åíèÿ

èìèòîâñòàâêè

îòêðûòûå

äàííûå

ïðåäñòàâëÿþòñÿ

â âèäå

64-ðàçðÿäíûõ

áëîêîâ Ò(i) (i=1,2,..., m

ãäå m

îïðåäåëÿåòñÿ

îáúåìîì

øèôðóåìûõ

äàííûõ).

Ïåðâûé áëîê

îòêðûòûõ

äàííûõ Ò(1)

ïîäâåðãàåòñÿ

ïðåîáðàçîâàíèþ,

ñîîòâåòñòâóþùåìó

ïåðâûì 16

öèêëàì

àëãîðèòìà

çàøèôðîâàíèÿ

â ðåæèìå

ïðîñòîé

çàìåíû.

Ïðè÷åì â

êà÷åñòâå

êëþ÷à äëÿ

âûðàáîòêè

èìèòîâñòàâêè

èñïîëüçóåòñÿ

êëþ÷, ïî

êîòîðîìó

øèôðóþòñÿ äàííûå.

Ïîëó÷åííîå

ïîñëå 16 öèêëîâ

ðàáîòû

64-ïàçðÿäíîå

÷èñëî

ñóììèðóåòñÿ

ïî ìîäóëþ 2 ñî

âòîðûì

áëîêîì

îòêðûòûõ

äàííûõ Ò(2).

Ðåçóëüòàò

ñóììèðîâàíèÿ

ñíîâà

ïîäâåðãàåòñÿ

ïðåîáðàçîâàíèþ,

ñîîòâåòñòâóþùåìó

ïåðâûì 16

öèêëàì

àëãîðèòìà

çàøèôðîâàíèÿ

â ðåæèìå

ïðîñòîé

çàìåíû.

Ïîëó÷åííîå

64-ðàçðÿäíîå

÷èñëî

ñóììèðóåòñÿ

ïî ìîäóëþ 2 ñ

òðåòüèì

áëîêîì

îòêðûòûõ

äàííûõ Ò(3) è

ò.ä.

Ïîñëåäíèé

áëîê Ò(m), ïðè

íåîáõîäèìîñòè

äîïîëíåííûé

äî ïîëíîãî

64-ðàçðÿäíîãî

áëîêà

íóëÿìè,

ñóììèðóåòñÿ

ïî ìîäóëþ 2 ñ

ðåçóëüòàòîì

ðàáîòû íà

øàãå m-1, ïîñëå

÷åãî

çàøèôðîâûâàåòñÿ

â ðåæèìå

ïðîñòîé

çàìåíû ïî

ïåðâûì 16

öèêëàì

ðàáîòû

àëãîðèòìà.

Èç

ïîëó÷åííîãî

64-ðàçðÿäíîãî

÷èñëà âûáè

ðàåòñÿ

îòðåçîê Èð

äëèíîé ð áèò.

Èìèòîâñòàâêà

Èð

ïåðåäàåòñÿ

ïî êàíàëó

ñâÿçè èëè â

ïàìÿòü ÝÂÌ

ïîñëå

çàøèôðîâàííûõ

äàííûõ.

Ïîñòóïèâøèå

çàøèôðîâàííûå

äàííûå

ðàñøèôðîâûâàþòñÿ

è èç

ïîëó÷åííûõ

áëîêîâ

îòêðûòûõ

äàííûõ Ò(i)

âûðàáàòûâàåòñÿ

èìèòîâñòàâêà

Èð, êîòîðàÿ

çàòåì

ñðàâíèâàåòñÿ

ñ

èìèòîâñòàâêîé

Èð,

ïîëó÷åííîé

èç êàíàëà

ñâÿçè èëè èç

ïàìÿòè ÝÂÌ. Â

ñëó÷àå

íåñîâïàäåíèÿ

èìèòîâñòàâîê

âñå

ðàñøèôðîâàííûå

äàííûå

ñ÷èòàþòñÿ

ëîæíûìè.

Àëãîðèòì

êðèïòîãðàôè÷åñêîãî

ïðåîáðàçîâàíèÿ,ÿâëÿþùèéñÿ

îòå÷åñòâåííûì

ñòàíäàðòîì

è

îïðåäåëÿåìûé

ÃÎÑÒ

28147-89,ñâîáîäåí

îò

íåäîñòàòêîâ

ñòàíäàðòà DES

è â òî æå

âðåìÿ

îáëààäàåò

âñåìè åãî

ïðåèìóùåñòâàìè.Êðîìå

òîãî â íåãî

çàëîæåí

ìåòîä,ñ

ïîìîùüþ

êîòîðîãî

ìîæíî

çàôèêñèðîâàòü

íåîáíàðóæåííóþ

ñëó÷àéíóþ

èëè

óìûøëåííóþ

ìîäèôèêàöèþ

çàøèôðîâàííîé

èíôîðìàöèè.

Îäíàêî ó

àëãîðèòìà

åñòü î÷åíü

ñóùåñòâåííûé

íåäîñòàòîê,êîòîðûé

çàêëþ÷àåòñÿ

â òîì,÷òî åãî

ïðîãðàììíàÿ

ðåàëèçàöèÿ

î÷åíü

ñëîæíà è

ïðàêòè÷åñêè

ëèøåíà

âñÿêîãî

ñìûñëà.



(C) 2009