32.Криптографическое преобразование информации. Прямое и обратное преобразование и их свойство. Принцип интегрирования.

Основу любого блочного шифра составляет криптографическое преобразование.Есть прямое и обратное.Прямое крипт-е пре-ие(шифрование)-перевод блоков текста.Обратное крипт-е пре-ие(дешифрование)-перевод блока шифротекста в исходный блок открытого текста.Для выполнения как прямого,так и обратного преоб-ия надо наличие секретного ключа.

Прямое кр. пр. обладает след. свойством:различные блоки открытого текста отображаются в различные блоки шифротекста.При обратном преобразовании соответствие сохраняется.Как правило применяются базовые преобразования 2 типов:1)сложные локальные преобразования над отдельными частями шифруемых блоков и 2)простые преобр., предстовляющие собой части шифруемых блоков · 1-ые-перемешивающими,2-ые-рассеивающими.

Алгоритм шифрования реализует определенное число циклов(итераций).Каждый цикл нужен для 1ого и 2ого типа.

Принцип интегрирования: предст. собой основной принцип при разработке криптограф. преобр.Он состоит в многократной,сост. из нескольких циклов обработке одного блока открытого текста.На каждом цикле данные подвергаются спец. преобр. при участии вспомогательного ключа,полученного из заданного секретного.Выбор числа циклов зависит от требований криптостойкости и эффективности реализации блочного шифра.Какправило,чем больше циклов,тем выше стойкость,но больше время задержки при шифровании(дешифровании).

33.Конструкция Фейстеля. Инволютное отображение. Инволюция.

Одним из распрост. вариантов задания блочных шифров-сетиФейстеля.(IBM).

Это метод преобразования с помощью произвольной функции f.В перестановку на множестве блоков.Эта конструкция используется в различных шифрах:DES, ГОСТ-28147-89.

Сеть Фейстеля-разновидность итерированного блочного шифра.При шифровании текст делится на 2 части.На каждом цикле одна из частей подвергается f-функции с помощью вспомогательного ключа k,полученного из секретного ключа .Части суммируются по модулю 2(XOR), а затем части меняются местами.

Процедура дешифрования аналогична шифрованию,ноkвыбирается в обратном порядке.Констр. Фейстеля хороша тем,что структура шифрования и дешифрования идентичны.

Блочный шифр,использующий подобную констр. обратим и гарантирует возможность восстановления входных данных функции fна каждом цикле.Сама же функция fне обязательно должна быть обратимой.При задании произвольной функции fне потребуется реализовывать 2 последовательных функции.

Существует еще 1 объяснение функционирования констр. Фейстеля-инволютное отображение.

f(f(x))=X-инволюция (XOR)

Рассмотрим композиционный блочный шифр, включающий Nпоследовательных крипто-преобразований.

E^k_i(•),1≤i≤n, K

C=E^k_n(E ^k _n-1 (…E^k₂(E^k₁(p))…))

Если E^k_i-инволюция, то открытый текст м.б. восстановлен так:

P=E^k₁(E ^k₂ (…E^k_n-1(E^k_n(p))…))

35. Режимы использования блочного шифра DES. Режим «Электронная кодовая книга» (ECB – Electronic Code Book). Структурная схема функционирования DES в режиме ECB. Достоинства и недостатки алгоритма.

Блочные шифры используются в нескольких режимах работы, в зависимости от решаемых крипто-задач. Рассмотрим эти режимы на примере шифра DES. Алгоритм DES может применятся в следующих 4 режимах:

Режим “Электронная кодовая книга” (ECB-Electronic Code Book)

Режим сцепления блоков шифра (CBC-Cipher Block Chaining)

Режим обратной связи по шифру (CFB-Cipher Feed Back)

Обратная связь по выходу (OFB-Output Feed Back)

Режим “Электронной кодовой книги”.

Входной файл разбивается на 64 –битовые блоки (по 8 байтов). Каждый из этих блоков шифруется независимо с использованием одного и того же ключа шифрования. Главное достоинство алгоритма –простота реализации. Недостаток - относительно слабая устойчивость против квалифицированных аналитиков. По причине фиксированного характера шифрования при огранич. длине блока в 64 бита, возможно проведения криптоанализа со словарём. Блок такого размера может повторятся в сообщении в следствии большой избыточности в тексте на естественном языке. Поэтому одинаковые блоки открытого текста в сообщении будут представлены одинаковыми блоками шифротекста, что позволяет криптоаналитикам получить инфу о содержании сообщения.

Структурная схема функционирования DES в режиме ECB.

34.Федеральный стандарт США DES для шифрования данных. Основные параметры DES (размер блока, длина ключа, число циклов и др.). Принципы построения алгоритма DES. Структурная схема DES-преобразования и описание функционирования DES в соответствии со структурной схемой.

Стандарт шифрования данных DES,к-й также является алгоритмом шифрования DEAза более чем 20 лет стал мировым стандартом.За время выдержал много атак и все еще считается криптостойким.Шифрует данные по 64 бита.С одного конца алгоритма вводится 64 бита исходного текста,а с другого выходит 64 шифротекста.DES-симметричный алгоритм:шифруется и дешифруется одинаково.Длина ключа 56 бит.Ключ обычно представляется 64 битным, но каждый 8 бит-проверка четности и он игнорится.Ключ можно изменить в любой момент времени.Криптостойкость полностью определяется ключом.

Фундаментальным строительным блоком DES является комбинация подстановки перестановок.DES состоит из 16 циклов.

При за шифровании очередного блока его биты подвергаются начальной перестановке(IP),согласно установленной таблицы.Полученные новые перестановки блок разделяет на 2 половины:L₀-32 старших бита;R₀-32 младших бита.Затем выполняется итеративный процесс шифрования,состоящий из 16 циклов преобразования Фейстеля.Результатом последней итерации является блок L₁₆R₁₆.По окончании шифрования восстановление порций битов применением к результату обратной перестановки IP^-1.При расшифровании все действия повторяются в обратном порядке.

Общий вид цикла DES-преобразования

Каждый цикл DESпредставляет собой композиционный шифр с 2-мя последовательными преобразованиями:подстановкой и перестановкой,за исключением последнего,16-го цикла,где перестановка опускается.

Т.О. DES-это шифр Фейстеля,сконструированныйтак,чтобы выполнялось полезное свойство:применение одного и того же алгоритма для шифрования и дешифрования.Единственное отличие в том,что ключи должны использоваться в обратном порядке,т.е.:шифрование:k₀,k₁,k₂,…,k₁₅,тогда дешифрование:k₁₅,k₁₄,k₁₃,…,k₀.

Алгоритм использует только стандартную арифметике 64-битных чисел и логические операции,поэтому легко реализуем на аппаратном уровне.

С целью реализации базовых преобразований служат регистры сдвига.При этом рассеивающие преобразования определяются функциями обратной связи,а перемешивающие-сдвигами инфы в регистре.

Для алгоритма DES определены схемы вычисления значений функций шифрования,а также процедура преобразования ключа,которыеявл. стандартными.

36.Режимы использования блочного шифра DES. Режим «Сцепления блоков шифров» (CBC – Cipher Block Chaining). Структурная схема функционирования DES в режиме CBC. Достоинства и недостатки алгоритма. КАС – код аудиенции сообщения.

Блочные шифры используются в нескольких режимах работы, в зависимости от решаемых крипто-задач. Рассмотрим эти режимы на примере шифра DES. Алгоритм DES может применятся в следующих 4 режимах:

1. Режим “Электронная кодовая книга” (ECB-Electronic Code Book)

2. Режим сцепления блоков шифра (CBC-Cipher Block Chaining)

3. Режим обратной связи по шифру (CFB-Cipher Feed Back)

4. Обратная связь по выходу (OFB-Output Feed Back)

Режим сцепление блоков шифров.

Характеризуется тем, что исходный файл разбивается на 64-х битовые блоки:М=М₁М₂М₃…М_n. 1-ый блок М₁ складывается по модулю 2 с 64-х битовым начальным вектором, который ежедневно изменяется и сохраняется в секрете. Полученная сумма затем шифруется с использованием ключа DES, известного и отправитель и получателю инфы. Полученный при этом 64-бытный шифр C₁ складывается по модулю 2 со 2-ым блоков исходного текста: результат шифруется и получает 2-ой 64-битный шифр С₂ и тд. Процедура повторяется до тех пор , пока не будет обработаны все блоки исходного текста.

Структурная схема функционирования в DES в режиме CBC.

Для всех i=0..n, где n-число блоков, С₀=IV, результат шифрования определяется следующим образом: С=DES(M_i+C_i-1). С₀=IV – начальное значение шифра, равное нач. вектору (вектору инициализации).

Очевидно, что последний 64-битный блок шифротекста явл. функцией секретного ключа, начального вектора и каждого символа открытого текста, независимо от его длины. Этот блок шифротекста называется кодом аутентификации сообщения (КАС). Код касс м.б. легко проверен получателем, у которого имеется секретный ключ и начальный вектор, путём повторения процедуры, выполненной отправителем. Посторонний, однако, не может осуществить инерацию КАС, который воспринимался бы получателем как подлинный, чтобы добавить его к ложному сообщению или отделить КАС от истинного сообщения, для использования его с изменённым или ложным сообщением. Достоинство данного режима-не позволение накопления ошибок при передаче. Блок M_i явл. функцией только С_i-1 и Ci , поэтому ошибка при передаче приведёт к потере только 2-ух блоков исходного текста.