55) Поточный шифр а5.

А5 — это поточный шифр, используемый для шифрования GSM (Group Special Mobile), — европейского стандарта для цифровых сотовых мобильных телефонов. А5 состоит из трех PCЛОС длиной 19, 22 и 23. Выходом является XOR трех PCЛОС. В А5 используется изменяемое управление тактированием. Каждый регистр тактируется в зависимости от своего среднего бита, затем выполняется XOR с обратной пороговой функцией средних битов всех трех регистров. Обычно на каждом этапе тактируется два РСЛОС. Существует тривиальная атака на открытом тексте, основанная на предположении о содержании первых двух РСЛОС и попытке определения третьего РСЛОС по ключевой последовательности. Тем не менее идеи, лежащие в основе А5, позволяют проектировать надежные поточные шифры. Алгоритм эффективен и удовлетворяет всем известным статистическим тестам, единственная его слабость — короткие регистры. Варианты А5 с более длинными сдвиговыми регистрами и более плотными многочленами обратной связи позволяют противостоять силовой атаке.

56) Методы продукционного шифрования. Сеть Фейстеля.

Описание методов продукционного шифрования

Как перестановочные, так и шифры замены имеют свои преимущества, поэтому безопасную криптосистему можно построить путем их объединения. Продукционный шифр — это такой шифр, в котором объединены две или несколько криптографических функции, выполняемых одна за другой. Примером такой системы является шифровальная машина военного времени “Enigma” («Загадка»), в которой ряд кодовых колес переставлял и преобразовывал символы сообщения в кодовые символы. Многие коммерческие шифры основаны на принципе выполнения достаточного количества относительно простых перестановок и преобразований, формирующих безопасную систему.

Хорошим примером системы этого типа является стандарт шифрования данных (Data Encryption Standard, DES), который использует последовательность из 16 преобразований и перестановок. Он имеет 56-разрядный ключ, который, хотя и восприимчив к нападениям "в лоб", но все еще очень популярен. Другие примеры продукционных шифров коммерческого использования — Blowfish Брюса Шнейера, ТС4 Рональда Райвеста (соавтора криптосистемы RSA) и IDEA (International Data Encryption Algorithm) — международный алгоритм шифрования данных, который использует 128-разрядный ключ и ряд, состоящий из 8 преобразований и перестановок.

Продукционные шифры обеспечивают очень хороший компромисс между защитой, сложностью и генерацией/распределением ключей. Они продолжают быть популярными и приняты Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST, National Institute of Standards and Technology) для замены стандарта DES под названием Advanced Encryption Standard, AES (Расширенный стандарт шифрования).

Сети Фейстеля.

Сеть Фейстеля подразумевает разбиение обрабатываемого блока данных на несколько субблоков (чаще всего - на два), один из которых обрабатывается некоей функцией и накладывается на один или несколько остальных субблоков.

а) б)

Рис. 1. Структура алгоритмов на основе сети Фейстеля

а) шифрования, б) дешифрования.

Блок открытого текста делится на две равные части ( ). Для каждого раунда ( - номер раунда) вычисляется:

где — некоторая функция, а — ключ -го раунда.

Ключ раунда является результатом обработки ключа шифрования процедурой расширения ключа, задача которой - получение необходимого количества ключей из исходного ключа шифрования относительно небольшого размера (в настоящее время достаточным для ключа симметричного шифрования считается размер 128 бит). В простейших случаях процедура расширения ключа просто разбивает ключ на несколько фрагментов, которые поочередно используются в раундах шифрования; существенно чаще процедура расширения ключа является достаточно сложной, а ключи зависят от значений большинства бит исходного ключа шифрования.

Результатом выполнения раундов является . Но обычно в -ом раунде перестановка и не производится, что позволяет использовать ту же процедуру и для расшифрования, просто инвертировав порядок использования раундовой ключевой информации:

Такая структура алгоритмов шифрования получила свое название по имени Хорста Фейстеля (Horst Feistel) - одного из разработчиков алгоритма шифрования Lucifer и разработанного на его основе алгоритма DES (Data Encryption Standard) - бывшего (но до сих пор широко используемого) стандарта шифрования США. Оба этих алгоритма имеют структуру, аналогичную показанной на рис. 1. Среди других алгоритмов, основанных на сети Фейстеля, можно привести в пример отечественный стандарт шифрования ГОСТ 28147-89, а также другие весьма известные алгоритмы: RC5, Blowfish, TEA, CAST-128 и т.д.

На сети Фейстеля основано большинство современных алгоритмов шифрования - благодаря множеству преимуществ подобной структуры, среди которых стоит отметить следующие:

Алгоритмы на основе сети Фейстеля могут быть сконструированы таким образом, что для зашифрования и расшифрования могут использоваться один и тот же код алгоритма - разница между этими операциями может состоять лишь в порядке применения ключей ; такое свойство алгоритма наиболее полезно при его аппаратной реализации или на платформах с ограниченными ресурсами; в качестве примера такого алгоритма можно привести ГОСТ 28147-89.

Алгоритмы на основе сети Фейстеля являются наиболее изученными - таким алгоритмам посвящено огромное количество криптоаналитических исследований, что является несомненным преимуществом как при разработке алгоритма, так и при его анализе.

Существует и более сложные структуры сети Фейстеля. При большом размере блоков шифрования (128 бит и более) реализация сети Фейстеля на 32-разрядных архитектурах может вызвать затруднения, поэтому применяются модифицированные варианты этой конструкции. Обычно используются сети с 4 ветвями. На рисунке показаны наиболее распространенные модификации. Также существуют схемы, в которых длины половинок и не совпадают. Они называются несбалансированными.

рис. 2. Модификации сети Фейстеля