1.1.2 Расшифрование зашифрованных данных в режиме простой замены

Криптосхема, реализующая алгоритм расшифрования в режиме простой замены, имеет тот же вид (см. рисунок 2), что и при зашифровании. В КЗУ вводятся 256 бит того же ключа, на котором осуществлялось зашифрование. Зашифрованные данные, подлежащие расшифрованию, разбиты на блоки по 64 бита в каждом.

Ввод любого блока Т_ш=(а₁(32), а₂(32), …, а₃₂(32),

b₁(32), b₂(32), …,

b₃₂(32)) в накопители N₁ и N₂ производится так,

что значение а₁(32) вводится в 1-й разряд N₁,

значение a₂(32) вводится во 2-й разряд N₁,

и т.д., значение a₃₂(32) вводится в 32-й разряд N₁;

значение b₁(32) вводится в 1-й разряд N₂, значение b₂(32) вводится во 2-й разряд N₂ и т.д.,

значение b₃₂(32) вводится в 32-й разряд N₂.

Расшифрование осуществляется по тому же алгоритму, что и зашифрование открытых данных, с тем изменением, что заполнения накопителей Х₀, Х₁, …, Х₇ считываются из КЗУ в циклах расшифрования в следующем порядке:

Х₀, Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, Х₅, Х₆, Х₇, Х₇, Х₆, Х₅, Х₄, Х₃, Х₂, Х₁, Х₀,

Х₇, Х₆, Х₅, Х₄, Х₃, Х₂, Х₁, Х₀, Х₇, Х₆, Х₅, Х₄, Х₃, Х₂, Х₁, Х₀.

Полученные после 32 циклов работы заполнения накопителей N₁ и N₂ составляют блок открытых данных.

Т₀=(a₁(0), a₂(0), …, a₃₂(0), b₁(0), b₂(0), …, b₃₂(0)), соответствующий блоку зашифрованных данных,

при этом значение а₁(0) блока Т₀ соответствует содержимому 1-го разряда N₁, значение а₂(0) соответствует содержимому 2-го разряда N₁ и т.д.,

значение а₃₂(0) соответствует содержимому 32-го разряда N₁;

значение b₁(0) соответствует содержимому 1-го разряда N₂, значение b₂(0) соответствует содержимому 2-го разряда N₂, и т.д.,

значение b₃₂(0) соответствует содержимому 32-го разряда N₂.

Аналогично расшифровываются остальные блоки зашифрованных данных.

2. Режим гаммирования

2.1.1. Зашифрование открытых данных в режиме гаммирования

Криптосхема, реализующая алгоритм зашифрования в режиме гаммирования, должна иметь вид, приведенный на рисунке 1б.

Рисунок 1б

Открытые данные, разбитые на 64-разрядные блоки Т₀⁽¹⁾, Т₀⁽²⁾, …, Т₀^(М-1), Т₀^(М), зашифровываются в режиме гаммирования путем поразрядного суммирования по модулю 2 в сумматоре СМ₅ (рис 1) с гаммой шифра Г_ш, которая вырабатывается блоками по 64 бита:

Рис. 1 Сумматор СМ5 где:

inf[63…32]- гамма шифра Г_ш

ab[31…0] – зашифрованные данные , подготовленные для побитного сложения с гаммой шифра Г_ш

Г_ш=(Г_ш⁽¹⁾, Г_ш⁽²⁾, …, Г_ш^(М-1), Г_ш^(М)),

где М – определяется объемом шифруемых данных.

Г_ш⁽ⁱ⁾ – i-й 64-разрядный блок, i=1÷Ì, число двоичных разрядов в блоке Т₀^(М) может быть меньше 64, при этом неиспользованная для зашифрования часть гаммы шифра из блока Г_ш^(М) отбрасывается.

Рис2. КЗУ.

В КЗУ (Рис.2) вводятся 256 бит ключа. В накопители N₁, N₂ вводится 64-разрядная двоичная последовательность (синхропосылка) S=(S₁, S₂, …, S₆₄), являющаяся исходным заполнением этих накопителей для последующей выработки М блоков гаммы шифра.

Синхропосылка вводится в N₁ и N₂ так, что значение S₁ вводится в 1-й разряд N₁, значение S₂ вводится во 2-й разряд N₁, и т.д.,

значение S₃₂ вводится в 32-й разряд N₁;

значение S₃₃ вводится в 1-й разряд N₂,

значение S₃₄ вводится во 2-й разряд N₂ и т.д.,

значение S₆₄ вводится в 32-й разряд N₂.

Исходное заполнение накопителей N₁ и N₂ (синхропосылка S) зашифровывается в режиме простой замены . Результат зашифрования переписывается в 32-разрядые накопители N₃ (рис 3) и N₄ (рис 4) так, что заполнение N₁ переписывается в N₃, а заполнение N₂ переписывается в N₄.

Рис 3. Мультиплексор и накопитель N3 для переключения записи из N1 , и записи просуммированной информации из СМ3

Рис. 4 Мультиплексор и накопитель N4 для переключения записи из N2 , и записи просуммированной информации из СМ4

Заполнение накопителя N₄ суммируется по модулю (2³²-1) в сумматоре СМ₄ с 32-разрядной константой С₁ из накопителя N₆, результат записывается в N₄.

Рис. 5 Константы С₁ и С₂

Заполнение накопителя N₃ суммируется по модулю 2³² в сумматоре СМ₃ (рис 6) с 32-разрядной константой С₂ из накопителя N₅, результат записывается в N₃.

Рис. 6 Сумматор СМ₃

Рис. 7 Сумматор СМ₄

Суммирование в СМ₃ и СМ₄ проходит на 2 такте

Заполнение N₃ переписывается в N₁, а заполнение N₄ переписывается в N₂, при этом заполнение N₃, N₄ сохраняется.

Заполнение N₁ и N₂ зашифровывается в режиме простой замены(п.1.1 переход на схему рис 8) .

Рис. 8 Переход на схему шифрования в режиме простой замены

Полученное в результате зашифрования заполнение N₁, N₂ образует первый 64-разрядный блок гаммы шифра Г_ш⁽¹⁾, который суммируется поразрядно по модулю 2 в сумматоре СМ₅ с первым 64-разрядным блоком открытых данных Т₀⁽¹⁾=(t₁⁽¹⁾, t₂⁽¹⁾, …, t₆₃⁽¹⁾, t₆₄⁽¹⁾). В результате суммирования получается 64-разрядный блок зашифрованных данных Т_ш⁽¹⁾=(τ₁⁽¹⁾, τ₂⁽¹⁾, …, τ₆₃⁽¹⁾, τ₆₄⁽¹⁾).

Значение τ₁⁽¹⁾ блока Т_ш⁽¹⁾ является результатом суммирования по модулю 2 в СМ₅ значения t₁⁽¹⁾ из блока Т₀⁽¹⁾ 

со значением 1-го разряда N₁, значение τ₂⁽¹⁾ блока Т_ш⁽¹⁾ является результатом суммирования по модулю 2 в СМ₅ значения t₂⁽¹⁾ из блока Т₀⁽¹⁾ 

со значением 2-го разряда N₁ и т.д., значение τ₆₄⁽¹⁾ блока Т_ш⁽¹⁾ является результатом суммирования по модулю 2 в СМ₅ значения t₆₄⁽¹⁾ из блока Т₀⁽¹⁾ со значением 32-го разряда N₂.

Для получения следующего 64-разрядного блока гаммы шифра Г_ш⁽²⁾ заполнение N₄ суммируется по модулю (2³²-1) в сумматоре СМ₄ с константой С₁ из N₆, заполнение N₃ суммируется по модулю 2³² в сумматоре СМ₃ с константой С₂ из N₅. Новое заполнение N₃ переписывается в N₁, а новое заполнение N₄ переписывается в N₂, при этом заполнение N₃ и N₄ сохраняется.

Заполнение N₁ и N₂ зашифровывается в режиме простой замены. Полученное в результате зашифрования заполнение N₁, N₂ образует второй 64-разрядный блок гаммы шифра Г_ш⁽²⁾, который суммируется поразрядно по модулю 2 в сумматоре СМ₅ со вторым блоком открытых данных Т₀⁽²⁾. Аналогично вырабатываются блоки гаммы шифра Г_ш⁽³⁾, Г_ш⁽⁴⁾ …, Г_ш^(М) и зашифровываются блоки открытых данных Т₀⁽³⁾, Т₀⁽⁴⁾ …, Т₀^(М). Если длина последнего М-го блока открытых данных Т₀^(М) меньше 64 бит, то из последнего М-го блока гаммы шифра Г_ш^(М) для зашифрования используется только соответствующее число разрядов гаммы шифра, остальные разряды отбрасываются.

В канал связи или память ЭВМ передаются синхропосылка S и блоки зашифрованных данных Т_ш⁽¹⁾, Т_ш⁽²⁾ …, Т_ш^(М).