 |
|
Характеристики имитостойкости.
Помимо пассивных действий со стороны потенциального противника, состоящих в подслушивании или перехвате передаваемой по каналу связи шифрованной информации, возможны также его активные действия, состоящие в попытках подмены или имитации сообщения.
Если передается шифрованное сообщение у принадлежащее Y (полученное из открытого текста х принадлежащего X на ключе к принадлежащего К), то противник может его заменить на у', отличный от у . При этом он будет рассчитывать на то, что на действующем ключе к новая криптограмма при расшифровании будет воспринята как некий осмысленный открытый текст х', отличный от х. Конечно, это событие может произойти с некоторой вероятностью, и чем больше эта вероятность, тем успешнее будет попытка подмены.
Попытка имитации может быть предпринята противником в том случае, когда линия связи готова к работе (на приеме и передаче установлены действующие ключи), но в рассматриваемый момент никакого сообщения не передается. В таком случае противник может выбрать некий у,принадлежащий Y и послать его от имени законного отправителя. При этом он будет рассчитывать на то, что на действующем ключе его криптограмма при расшифровании будет воспринята как некий осмысленный открытый текст. Чем больше вероятность этого события, тем успешнее будет попытка имитации.
При теоретическом исследовании активных действий противника, его обычно ставят в наиболее благоприятные условия, помещая между отправителем и получателем, см. рис. 8.
Имитостойкость шифра определяется, как его способность противостоять попыткам противника по имитации или подмене сообщения.
№ 9 Стандарт шифрования данных (DES). Шифрование и дешифрование DES.Достоинства и недостатки.
DES (Data Encryption Standard) — симметричный алгоритм шифрования, разработанный фирмой IBM и утвержденный правительством США в 1977 году как официальный стандарт (FIPS 46-3). DES имеет блоки по 64 бита и 16 цикловую структурусети Фейстеля, для шифрования использует ключ с длиной 56 бит. Алгоритм использует комбинацию нелинейных (S-блоки) и линейных (перестановки E, IP, IP-1) преобразований
Кратко:
1. Ключ – 64 бита, отделяются 8 бит контроля четности, 56 бит разделяются на 2 блока по 28, сдвигается на 1-2 бита в зависимости от цикла, перемешиваются в H, на выходе 48 и тд.
2. Функция f – вход 32 бита, расширятеся до 48, XOR с Ki, разделяется на 8 блоков по 6, блоки по 6 в блоки по 4, переставляем биты, на выходе 32
Рис.5 Схема работы функции f
[править]Генерирование ключей 
Ключи получаются из начального ключа k (64 бит = 8 байтов или 8 символов в ASCII) таким образом. Восемь битов, находящихся в позициях 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64 добавляются в ключ k таким образом чтобы каждый байт содержал нечетное число единиц. Это используется для обнаружения ошибок при обмене и хранении ключей. Затем делают перестановку для расширенного ключа (кроме добавляемых битов 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64). Такая перестановка определена в таблице 5.
[править]Схема расшифрования
При расшифровании данных все действия выполняются в обратном порядке. В 16 циклах расшифрования, в отличие от шифрования c помощью прямого преобразования сетью Фейстеля, здесь используется обратное преобразование сетью Фейстеля.
Схема расшифрования указана на Рис.6.
Ключ , i=1,…,16, функция f, перестановка IP и 
такие же как и в процессе шифрования.
Основные достоинства алгоритма DES:
· используется только один ключ длиной 56 битов;
· зашифровав сообщение с помощью одного пакета, для расшифровки вы можете использовать любой другой;
· относительная простота алгоритма обеспечивает высокую скорость обработки информации;
· достаточно высокая стойкость алгоритма.
№ 10 Стандарт AES. (Требования к стандарту, финалисты конкурса, сравнение алгоритмов RC6, Twofish, Rijndael,Serpent, Mars).
Advanced Encryption Standard (AES), также известный как Rijndael (произносится [rɛindaːl] (Рейндол) ) —симметричный алгоритм блочного шифрования (размер блока 128 бит, ключ 128/192/256 бит), принятый в качестве стандарта шифрования правительством США по результатам конкурса AES. Этот алгоритм хорошо проанализирован и сейчас широко используется, как это было с его предшественником DES.
2 января 1997 года NIST объявил[1] о намерении выбрать преемника для DES, являвшегося американским стандартом с 1977 года. Однако, вместо опубликования алгоритма, NIST принял различные предложения от заинтересованных сторон о том, каким образом следует выбирать алгоритм. Бурный отклик со стороны открытого криптографического сообщества привёл к объявлению конкурса (12 сентября 1997 года). Свой алгоритм могла предложить любая организация или группа исследователей. Требования к новому стандарту были следующими:
· блочный шифр.
· длина блока, равная 128 битам.
· ключи длиной 128, 192 и 256 бит.
Критерий оценки был разделен на три основных категории:
1. Безопасность.
2. Стоимость.
3. Характеристики алгоритма и его реализации.
Третьей областью оценки являлись характеристики алгоритма и реализации, такие как гибкость, аппаратное и программное соответствие и простота алгоритма. Гибкость включает возможность алгоритма:
· управлять размером ключа и блока сверх того, который минимально должен поддерживаться;
· безопасно и эффективно реализовываться в различных типах окружений;
· реализовываться в качестве поточного алгоритма шифрования, хэш-функции и обеспечивать дополнительные криптографические сервисы.
Финалисты: MARS, RC6, Rijndael, Serpent, TwoFish.
MARS показывает высокую степень резерва безопасности. Кратко охарактеризовать MARS трудно, потому что фактически MARS реализует два различных типа раунда. MARS даже критиковали за сложность, которая может препятствовать анализу его безопасности.
RC6 показал адекватный резерв безопасности. Однако RC6 критиковали за небольшой резерв безопасности по сравнению с другими финалистами. С другой стороны, все высоко оценили простоту RC6, облегчающую анализ безопасности. RC6 произошел от RC5, который уже достаточно хорошо проанализирован.
Rijndael показал адекватный резерв безопасности. Резерв безопасности довольно трудно измерить, потому что число раундов изменяется в зависимости от длины ключа. Rijndael критиковался по двум направлениям: что его резерв безопасности меньше, чем у других финалистов, и что егоматематическая структура может привести к атакам. Тем не менее, его структура достаточно проста и обеспечивает возможность анализа безопасности.
Serpent показал значительный резерв безопасности. Serpent также имеет простую структуру, безопасность которой легко проанализировать.
Twofish показал высокий резерв безопасности. Поскольку Twofish использует зависящую от ключа функцию раунда, для него замечания о резерве безопасности могут иметь меньшее значение, чем для других финалистов. Зависимость S-boxes Twofish только от k/2 битов энтропии в случае k-битного ключа позволяет сделать вывод, что Twofish может быть подвергнут divide-and-conquer-атаке, хотя такая атака не найдена. Twofish был подвергнут критике за сложность, которая затрудняет его анализ.
№ 11 ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования»:
[править]
Краткое описание алгоритма
Отечественный алгоритм шифрования ГОСТ 28147-89 определен в стандарте [14]. Алгоритм шифрует данные 64-битными блоками с использованием 256-битного ключа шифрования. Выполняется 32 раунда преобразований, в каждом из которых предусмотрены следующие операции (см. рис. 1):
Рис 1. Раунд алгоритма ГОСТ 28147-89.
1. Один из 32-битных субблоков данных складывается с 32-битным значением ключа раунда Ki по модулю 232.
2. Результат предыдущей операции разбивается на 8 фрагментов по 4 бита, которые параллельно «прогоняются» через 8 таблиц замен S1…S8. Таблицы замен в стандарте [14] не определены. Примеры возможных таблиц замен можно найти, например, в [17] или [18].
3. 4-битные фрагменты (после замен) объединяются обратно в 32-битный субблок, значение которого циклически сдвигается влево на 11 бит.
4. Обработанный предыдущими операциями субблок накладывается на необработанный с помощью побитовой логической операции «исключающее или» (XOR).
5. Субблоки меняются местами.
Процедура расширения ключа в алгоритме ГОСТ 28147-89, фактически, отсутствует: в раундах шифрования последовательно используются 32-битные фрагменты K1…K8 исходного 256-битного ключа шифрования в следующем порядке: K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8,
– за исключением последних 8 раундов – в раундах с 25-го по 31-й фрагменты используются в обратном порядке.
Расшифрование полностью аналогично зашифрованию, но с другим порядком использования фрагментов ключа:
в прямом порядке – в первых 8 раундах;
в остальных раундах – в обратном порядке.
Стандарт [14] также предусматривает и описывает различные режимы применения алгоритма:
описанный выше режим простой замены;
режимы гаммирования и гаммирования с обратной связью, предусматривающие вычисление с помощью описанных выше преобразований псевдослучайной последовательности – гаммы шифра – и ее наложение на шифруемый текст;
режим вычисления имитовставки – криптографической контрольной суммы, используемой для подтверждения целостности данных; в данном режиме выполняется 16 раундов преобразований вместо 32-х.
Алгоритм ГОСТ 28147-89 можно использовать и в различных общеупотребительных режимах шифрования (предусмотренных стандартом [4]). Кроме того, на основе данного алгоритма построен отечественный стандарт хэширования ГОСТ Р 34.11-94 [15].
Как видно из описания, алгоритм ГОСТ 28147-89 является весьма простым в реализации, что является его несомненным достоинством.
¾ Цикл выработки имитовставки.
Имитовставка вырабатывается для M ≥ 2 блоков открытого текста по 64 бит. Алгоритм следующий:
1. Блок открытых данных записывается в регистры N1 и N2, после чего подвергается преобразованию, соответствующему первым 16 циклам шифрования в режиме простой замены
2. К полученному результату побитово по модулю 2 прибавляется следующий блок открытых данных. Последний блок при необходимости дополняется нулями. Сумма также шифруется в соответствии с пунктом 1.
3. После добавления и шифрования последнего блока из результата выбирается имитовставка длиной L бит: с бита номер 32-L до 32(отсчет начинается с 1). Стандарт рекомендует выбирать L исходя из того, что вероятность навязывания ложных данных равна 2-L. Имитовставка передается по каналу связи после зашифрованных блоков.
Достоинства ГОСТа
· бесперспективность силовой атаки (XSL-атаки в учёт не берутся, так как их эффективность на данный момент полностью не доказана);
· эффективность реализации и соответственно высокое быстродействие на современных компьютерах.
· наличие защиты от навязывания ложных данных (выработка имитовставки) и одинаковый цикл шифрования во всех четырех алгоритмах ГОСТа.
№ 12 Потоковые шифры на основе РСЛОС. Генератор Геффе, «старт-стоп» Бета-Пайпера. Пороговый генератор.