Лекция 3 - Блочные шифры, часть i

Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû

Ëåêöèÿ 3Áëî÷íûå øèôðû

Ìèõàèë Ëåîíèäîâè÷ Áóðÿêîâ

2012 ãîä

Îïðåäåëåíèå

Áëî÷íûé øèôð � àëãîðèòì, îïåðèðóþùèé íàä ãðóïïàìè áèòîâôèêñèðîâàííîé äëèíû (áëîêàìè), ïðåîáðàçîâàíèå êîòîðîãîîïðåäåëÿåòñÿ êëþ÷îì è ÿâëÿåòñÿ íåèçìåííûì [âî âðåìåíè], òîåñòü îäèíàêîâûå áëîêè ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîãî êëþ÷àïðåîáðàçóþòñÿ â îäèíàêîâûå áëîêè.

Ñèììåòðè÷åñêèå/àññèììåòðè÷íûå áëî÷íûå øèôðû

Ñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð

I ñåêðåòíûé êëþ÷ � ∼ 100 áèò

I áûñòðàÿ ñêîðîñòü øèôðîâàíèÿ

Àñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð

I îòêðûòûé/ñåêðåòíûé êëþ÷ � ∼ c · 1000 áèò

I ìåäëåííàÿ ñêîðîñòü øèôðîâàíèÿ (< â 1000 ðàç)

Ïåðâûå áëî÷íûå øèôðû

Lucifer � èññëåäîâàòåëüñêèé ïðîåêò ôèðìû IBM 1970-õ ãîäîâïî ñîçäàíèþ êðèïòîóñòîé÷èâîãî áëî÷íîãî øèôðà.

Ðåçóëüòàòîì ïðîåêòà ñòàëè:

I ñåòü Ôåéñòåëÿ;

I SP-ñåòü.

Îñíîâíûå îïðåäåëåíèÿ

Ïðîöåäóðà øèôðîâàíèÿ

EK (P) := E (K ,P) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n

Ïðîöåäóðà ðàñøèôðîâàíèÿ

E−1K (C ) := DK (C ) = D(K ,C ) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n,

ïðè÷åì ∀K : DK (EK (P)) = P .

EK äëÿ ôèêñèðîâàííîãî K ÿâëÿåòñÿ ïåðåñòàíîâêîé íàìíîæåñòâå áëîêîâ îòêðûòîãî òåêñòà.

EK (P) := E (K ,P) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n

E−1K (C ) := DK (C ) = D(K ,C ) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n,

EK (P) := E (K ,P) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n

E−1K (C ) := DK (C ) = D(K ,C ) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n,

Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)

Ïðîáëåìà: äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàêøèôðîâàòü?

Ðåøåíèå: äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè

Ïðîñòî äîáàâèòü, íàïðèìåð, íóëè � ïëîõîé âàðèàíò

. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD00000000|

1. ANSI X.923

. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD00000004|2. ISO 10126

. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD81A62304|3. PKCS7 (RFC 5652)

. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD04040404|4. ISO/IEC 7816-4

1. ANSI X.923

2. ISO 10126

1. ANSI X.923

. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD81A62304|

3. PKCS7 (RFC 5652)

1. ANSI X.923

4. ISO/IEC 7816-4

1. ANSI X.923

Âî âñåõ ñëó÷àÿõ ïðîèñõîäèò óäëèíåíèå ïåðåäàâàåìîãîñîîáùåíèÿ (äàæå â ñëó÷àå, êîãäà äëèíà èñõîäíîãî ñîîáùåíèÿêðàòíà äëèíå áëîêà).

Ïîõèùåíèå øèôð-òåêñòà (ciphertext stealing)

Íåò óäëèííåíèÿ ñîîáùåíèÿ

Èòåðàòèâíûå áëî÷íûå øèôðû

EK = πqr+1 ◦ ϕqr ◦ ϕqr−1 ◦ . . . ◦ ϕq1 ◦ δq0(P)

E−1K = δ−1

q0 ◦ ϕ−1q1 ◦ ϕ

−1q2 ◦ . . . ◦ ϕ

−1qr ◦ π

−1qr+1

ϕq � ñåìåéñòâî áèåêòèâíûõ îòîáðàæåíèé (ñåìåéñòâî çàâèñèòîò q);ϕqi � ðàóíäîâàÿ ôóíêöèÿ, i-é ðàóíä øèôðîâàíèÿ;qi � ðàóíäîâûé êëþ÷;qi = θi (K ) � ïðîöåäóðà ôîðìèðîâàíèÿ ðàóíäîâûõ êëþ÷åé(êëþ÷åâîå ðàñïèñàíèå);δq0 � âõîäíîå îòîáðàæåíèå; πqr+1 � âûõîäíîå îòîáðàæåíèå.

Èòåðàòèâíûå áëî÷íûå øèôðû

EK = πqr+1 ◦ ϕqr ◦ ϕqr−1 ◦ . . . ◦ ϕq1 ◦ δq0(P)

E−1K = δ−1

q0 ◦ ϕ−1q1 ◦ ϕ

−1q2 ◦ . . . ◦ ϕ

−1qr ◦ π

−1qr+1

δq0 � âõîäíîå îòîáðàæåíèå; πqr+1 � âûõîäíîå îòîáðàæåíèå.Âõîäíîå è âûõîäíîå îòîáðàæåíèÿ ìîãóò

I íå çàâèñåòü îò êëþ÷à (DES),

I îòñóòñòâîâàòü (NewDES),

I ïðèñóòñòâîâàòü òîëüêî îäíî (ÃÎÑÒ) è ò.ï.

Îòáåëèâàíèå (whitening)

δq0(x) = x ⊕ q0

δqr+1(x) = x ⊕ qr+1

q0, qr+1 � êëþ÷è îòáåëèâàíèÿÓñëîæåíèå àòàêè ïîëíûì ïåðåáîðîì

Ñåòè ïîäñòàíîâêè-ïåðåñòàíîâêè (SP-ñåòè)

Ñåòè Ôåéñòåëÿ

Øèôðîâàíèå

Li = Ri−1 ⊕ f (Li−1,Ki−1)

Ri = Li−1

f � íåêîòîðàÿ ôóíêöèÿ (íå îáÿçà-òåëüíî âçàèìíî-îäíîçíà÷íàÿ)Ki−1 � i-é ðàóíäîâûé êëþ÷

Ðàñøèôðîâàíèå

Li−1 = Ri ⊕ f (Li ,Ki−1)

Ri−1 = Li

f � íåêîòîðàÿ ôóíêöèÿ (íå îáÿçà-òåëüíî âçàèìíî-îäíîçíà÷íàÿ)Ki−1 � i-é ðàóíäîâûé êëþ÷

Äîñòîèíñòâà

I Ïðîñòîòà àïïàðàòíîé ðåàëèçàöèè íà ñîâðåìåííîéýëåêòðîííîé áàçå

I Ïðîñòîòà ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè â ñèëó òîãî, ÷òîçíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ôóíêöèé ïîääðåæèâàåòñÿ íààïïàðàòíîì óðîâíå â ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðàõ (íàïðèìåð,ñëîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n, óìíîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n, è ò.ä.)

I Õîðîøàÿ èçó÷åííîñòü àëãîðèòìîâ íà îñíîâå ñåòåéÔåéñòåëÿ

Íåäîñòàòêè

I Çà îäèí ðàóíä øèôðóåòñÿ òîëüê ïîëîâèíà âõîäíîãî áëîêà

Лекция 3 - Блочные шифры, часть i

Documents