5. Режими роботи блочних шифрів. Проблема та схеми розподілу ключів симетричного шифрування.

Режими роботи блокових шифрів

Алгоритм DES є базовим будівельним блоком захисту передачі даних. Для застосування DES в різних додатках були визначені чотири режими його роботи (FIPS PUB 74, 81). Передбачається, що цих чотирьох режимів має бути достатньо для того, щоб використовувати DES практично у будь-якій галузі, для якої цей алгоритм підходить. Ці режими представлені в табл. 5.1, а далі дано їх короткі описи. Ці режими застосовні і для інших блокових шифрів симетричної схеми.

1. Режим електронної шифрувальної книги

Найпростішим режимом є режим електронної шифрувальної книги, (ЕСВ) , коли відкритий текст обробляється блоками по 64 біта і кожен блок шифрується з одним і тим же ключем (рис. 5.1). Термін шифрувальна книга пояснюється тим , що при заданому ключі кожен 64 - бітовий блок відкритого тексту представляється унікальним блоком шифрованого тексту. Така відповідність викликає аналогію з уявною гігантської шифрувальною книгою, в якій для кожної 64 - бітової послідовності відкритого тексту вказана відповідна послідовність шифрованого тексту.

Якщо довжина повідомлення перевищує 64 біта, воно поділяється на 64-бітові блоки з додаванням при необхідності заповнювачів до останнього блоку. Дешифрування теж виконується поблочно на основі одного і того ж ключа. На рис. 3.11 відкритий текст (при необхідності доповнений), що розглядається як послідовність 64-бітових блоків, позначений Р₁,Р₂,.., Р_N, а відповідний шифрований текст - С₁, С₂, ..., C_N.

Метод ЕСВ ідеальний для невеликих об'ємів даних, наприклад для ключів шифрування. Тому, якщо необхідно переслати ключ DES, забезпечивши його захист від розголошення, можна для цього скористатися режимом ЕСВ.

Найважливішою особливістю режиму ЕСВ є те, що однакові 64-бітові блоки відкритого тексту за умови, що такі зустрічаються у вихідному повідомленні, в зашифрованому тексті теж будуть представлятися однаковими блоками.

Найважливішою особливістю режиму ЕСВ є те, що однакові 64-бітові блоки відкритого тексту за умови, що такі зустрічаються у вихідному повідомленні, в зашифрованому тексті теж будуть представлятися однаковими блоками.

Таблиця 5.1. Режими роботи DES

Режим	Опис	Типові області застосування
Електронна шифрувальна книга (ЕСВ - Electronic Code- book)	Кожен 64-бітовий блок відкритого тексту шифрується незалежно від інших з одним і тим же ключем	Захищена передача окремих значень (наприклад, ключа шифрування)
Зчеплення шифрованих блоків (СВС - Cipher Block Chaining)	Вхідний блок даних для алгоритму шифрування обчислюється як XOR-різниця поточного 64-бітового блоку відкритого тексту і попереднього 64-бітового блоку шифрованого тексту	Поблочна передача даних загального призначення. Аутентифікація
Шифрований зворотний зв'язок (CFB - Cipher Feedback)	Вхідні дані обробляються порціями по J бітів. Отриманий на попередньому кроці шифрований текст використовується як вхідні дані для алгоритму шифрування з метою одержання псевдовипадкової послідовності, XOR-різниця якої і блоку відкритого тексту визначає чергову порцію шифрованого тексту	Потокова передача даних загального призначення. Аутентифікація
Зворотній зв'язок по виходу (OFB - Output Feedback)	Подібний до CFB, але в якості вхідних даних для алгоритму шифрування використовуються раніше отримані вихідні дані DES	Потокова передача даних по каналах з перешкодами (наприклад, по супутниковому зв'язку)

Тому при передачі досить довгих повідомлень режим ЕСВ може не забезпечувати необхідний рівень захисту. Якщо повідомлення має явно виражену структуру, у криптоаналітика з'являється можливість використовувати регулярності тексту. Наприклад, якщо відомо, що на початку повідомлення завжди розміщується певний заголовок, криптоаналітик може отримати в своє розпорядження цілий набір відповідних пар блоків відкритого та шифрованого тексту. Або якщо повідомлення містить повторювані елементи з періодом їх повторення, кратним 64 бітам, такі елементи теж можуть бути виявлені аналітиком. Подібні відомості спрощують завдання криптоаналізу або надають можливість для заміщення або реорганізації блоків тексту переданого повідомлення.

Рис. 5.1. Режим електронної шифрувальної книги (ЕСВ)