Лекция 4 - Блочные шифры, часть II

Ëåêöèÿ 4 Áëî÷íûå øèôðû

Ëåêöèÿ 4
Áëî÷íûå øèôðû
Ìèõàèë Ëåîíèäîâè÷ Áóðÿêîâ

2012 ãîä


Ðåæèìû øèôðîâàíèÿ
Ðåæèì øèôðîâàíèÿ ìåòîä ïðèìåíåíèÿ áëî÷íîãî øèôðà,
ïîçâîëÿþùèé ïðåîáðàçîâàòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áëîêîâ
îòêðûòûõ äàííûõ â ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áëîêîâ
çàøèôðîâàííûõ äàííûõ.


ECB (ðåæèì ïðîñòîé çàìåíû)


CBC (ðåæèì ñöåïëåíèÿ áëîêîâ øèôðîòåêñòà)


CFB (ðåæèì îáðàòíîé ñâÿçè ïî øèôðîòåêñòó, ðåæèì
ãàììèðîâàíèÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ)


OFB (ðåæèì ãàììèðîâàíèÿ)


OFB (ðåæèì ãàììèðîâàíèÿ)
CTR (ðåæèì ñ÷åò÷èêà)


ECB
Øèôðîâàíèå

Ci = EK (Pi )
i íîìåð áëîêà
Ci , Pi áëîêè çàøèôðîâàííîãî è îòêðûòîãî òåêñòà
ñîîòâåòñòâåííî
EK ôóíêöèÿ áëî÷íîãî øèôðîâàíèÿ


ECB
Äåøèôðîâàíèå

Pi = DK (Ci )
DK ôóíêöèÿ, îáðàòíàÿ ôóíêöèè áëî÷íîãî øèôðîâàíèÿ


ECB
Äîñòîèíñòâà

Íåäîñòàòêè


ECB
Íåò íåîáõîäèìîñòè â ïîñëåäîâàòåëüíîì ïðèìåíåíèè
ôóíêöèè øèôðîâàíèÿ ê ïîòîêó îòêðûòîãî òåêñòà.


ECB
Ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîãî êëþ÷à èäåíòè÷íûå áëîêè
îòêðûòîãî òåêñòà øèôðóþòñÿ â èäåíòè÷íûå áëîêè
çàøèôðîâàííîãî òåêñòà.


ECB
Áëîêè ìîãóò ïðîïàäàòü èëè ïîÿâëÿòüñÿ. .


ECB
Áëîêè ìîãóò ïðîïàäàòü èëè ïîÿâëÿòüñÿ. .
Ðåæèì óñòîé÷èâ ê îøèáêàì, ñâÿçàííûì ñ èçìåíåíèåì áèòîâ
áëîêà (îøèáêà íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà äðóãèå áëîêè), íî
íåóñòîé÷èâ ê îøèáêàì, ñâÿçàííûì ñ ïîòåðåé èëè âñòàâêîé
áèòîâ, åñëè íå èñïîëüçóåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé ìåõàíèçì
âûðàâíèâàíèÿ áëîêîâ.


ECB

Ðèñ. : Èñõîäíîå
èçîáðàæåíèå

Ðèñ. : ECB

Ðèñ. : Äðóãèå
ðåæèìû


CBC

C0 = IV
Ci = EK (Pi ⊕ Ci−1 )
IV âåêòîð èíèöèàëèçàöèè


CBC

Pi = Ci−1 ⊕ DK (Ci )
DK ôóíêöèÿ, îáðàòíàÿ ôóíêöèè áëî÷íîãî øèôðîâàíèÿ


CBÑ
Îñîáåííîñòè


CBÑ
Íàëè÷èå ìåõàíèçìà ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáêè: åñëè ïðè
ïåðåäà÷å ïðîèçîéä¼ò èçìåíåíèå îäíîãî áèòà øèôðîòåêñòà,
äàííàÿ îøèáêà ðàñïðîñòðàíèòñÿ è òîëüêî íà ñëåäóþùèé
áëîê. (ñàìîâîññòàíàâëèâàþùèéñÿ)


CBÑ
Íåóñòîé÷èâ ê îøèáêàì, ñâÿçàííûì ñ ïîòåðåé èëè âñòàâêîé


CBÑ
Çëîóìûøëåííèê èìååò âîçìîæíîñòü äîáàâèòü áëîêè ê
êîíöó çàøèôðîâàííîãî ñîîáùåíèÿ, äîïîëíÿÿ òåì ñàìûì
îòêðûòûé òåêñò (îäíàêî áåç êëþ÷à ïîëó÷àåòñÿ ìóñîð).


CBÑ
Çëîóìûøëåííèê èìååò âîçìîæíîñòü äîáàâèòü áëîêè ê
êîíöó çàøèôðîâàííîãî ñîîáùåíèÿ, äîïîëíÿÿ òåì ñàìûì
îòêðûòûé òåêñò (îäíàêî áåç êëþ÷à ïîëó÷àåòñÿ ìóñîð).
Äëÿ î÷åíü êðóïíûõ ñîîáùåíèé (32 Ãáàéòà ïðè äëèíå áëîêà
64 áèòà) âñ¼-òàêè âîçìîæíî ïðèìåíåíèå àòàê, îñíîâàííûõ
íà ñòðóêòóðíûõ îñîáåííîñòÿõ îòêðûòîãî òåêñòà


CFB

C0 = IV
Ci = EK (Ci−1 ) ⊕ Pi


CFB

Pi = EK (Ci−1 ) ⊕ Ci


CFB


CFB
Âåêòîð èíèöèàëèçàöèè IV , êàê è â ðåæèìå ñöåïëåíèÿ
áëîêîâ øèôðîòåêñòà(CBC), ìîæíî äåëàòü èçâåñòíûì,
îäíàêî îí äîëæåí áûòü óíèêàëüíûì.


CFB
Îøèáêà â îòêðûòîì òåêñòå âëèÿåò íà âåñü ïîñëåäóþùèé
øèôðîòåêñò, íî ñàìîóòðàíÿåòñÿ ïðè äåøèôðîâàíèè.


CFB
Â îáùåñ ñëó÷àå â n-áèòîâîì ðåæèìå CFB îäíà îøèáêà
øèôðîòåêñòà âëèÿåò íà äåøèôðîâàíèå òåêóùåãî è
ñëåäóþùèõ m/n − 1 áëîêîâ, ãäå m ðàçìåð áëîêà


CFB
Â îáùåñ ñëó÷àå â n-áèòîâîì ðåæèìå CFB îäíà îøèáêà
øèôðîòåêñòà âëèÿåò íà äåøèôðîâàíèå òåêóùåãî è
ñëåäóþùèõ m/n − 1 áëîêîâ, ãäå m ðàçìåð áëîêà
Âîññòàíàâëèâàåòñÿ è ïîñëå îøèáîê ñèíõðîíèçàöèè.


OFB

Ci = Pi ⊕ Oi
Oi = EK (Oi−1 )
O0 = IV


OFB

Pi = Ci ⊕ Oi
Oi = EK (Oi−1 )
O0 = IV


OFB



OFB

Âåêòîð èíèöèàëèçàöèè IV ìîæíî äåëàòü èçâåñòíûì,


OFB

Ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáîê íå ïðîèñõîäèò.


OFB

Ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáîê íå ïðîèñõîäèò.
Ïîòåðÿ ñèíõðîíèçàöèè ñìåðòåëüíà.


CTR

Ci = Pi ⊕ E (Ctri ), i = 1, 2, . . . , m
ε àëãîðèòì øèôðîâàíèÿ ñ ïîìîùüþ ñîîòâåòñòâóþåãî
áëî÷íîãî øèôðà


CTR

Pi = Ci ⊕ E (Ctri ), i = 1, . . . , m


CTR



CTR

Äëÿ ýòîãî ðåæèìà ñâîéñòâà ñèíõðîíèçàöèè è
ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáêè òàêèå æå, êàê è äëÿ OFB.


CTR

Äëÿ ýòîãî ðåæèìà ñâîéñòâà ñèíõðîíèçàöèè è
ðàñïðîñòðàíåíèÿ îøèáêè òàêèå æå, êàê è äëÿ OFB.
Îòñóòñòâèå îáðàòíîé ñâÿçè.


Óñëîæíåíèÿ áëî÷íûõ øèôðîâ


1. Íàèâíûé ìåòîä:C = EK2 (EK1 (P)
Ìåòîä âñòðå÷è ïîñåðåäèíå. ¾Óäâîåíèÿ¿ äëèíû êëþ÷à íå
ïðîèñõîäèò.


2. Ìåòîä ÄýâèñàÏðàéñà: Ct = EK2 (Pt ⊕ EK1 (Ct−1 ))


−1
3. EDE-2: C = EK1 (EK2 (EK1 (P)))
Â ñëó÷àå, åñëè K1 = K2 = K ïîëó÷àåòñÿ îáû÷íîå
øèôðîâàíèå íà êëþ÷å K (äîïîëíèòëåüíûìè ðàñõîäàìè)þ


−1
3. EDE-2: C = EK1 (EK2 (EK1 (P)))
−1
4. EDE-3: C = EK1 (EK2 (EK1 (P)))
Triple DES


−1
3. EDE-2: C = EK1 (EK2 (EK1 (P)))
−1
4. EDE-3: C = EK1 (EK2 (EK1 (P)))
Triple DES
−1
5. qi = EK1 (EK2 (EK1 (xi )))
xi íåñåêðåòíûå áëîêè, qi êëþ÷è äëÿ EDE


Data Encryption Standard (DES)
Äëèíà áëîêà øèôðîâàíèÿ 64 áèòà. Äëèíà êëþ÷à 64 áèòà.


Íà÷àëüíàÿ ïåðåñòàíîâêà(IP)


Öèêë øèôðîâàíèÿ

Li = Ri−1
Ri = Li−1 ⊕ f (Ri−1 , ki )
Ti = Li Ri
ki êëþ÷ äëèíîé 48 áèò
Li , Ri ëåâàÿ è ïðàâàÿ ïîëîâèíû
øèôðóþùåãîñÿ òåêñòà (ïî 32 áèòà)


Öèêë øèôðîâàíèÿ

E ðàñøèðÿþùàÿ ïåðåñòàíîâêà (32 áèòà → 48 áèòà)
S − box íåëèíåéíîå ïðåîáðàçîâàíèå (6 áèò → 4 áèò)
P ïåðåñòàíîâêà (32 áèò →
32 áèò)


Êëþ÷åâîå ðàñïèñàíèå


Êîíå÷íàÿ ïåðåñòàíîâêà(IP −1 )


Èçâåñòíûå àòàêè íà DES


ÃÎÑÒ 2814789

Äëèíà áëîêà øèôðîâàíèÿ 64 áèòà.
Äëèíà êëþ÷à 256 áèò.
Îñíîâíîé àëãîðèòì
ñåòü Ôåéñòåëÿ.


ÃÎÑÒ 2814789

Ðåæèìû ðàáîòû


ÃÎÑÒ 2814789

Ðåæèì ïðîñòîé çàìåíû.


ÃÎÑÒ 2814789

Ãàììèðîâàíèå.


ÃÎÑÒ 2814789

Ãàììèðîâàíèå ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ.


ÃÎÑÒ 2814789

Ãàììèðîâàíèå ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ.
Ðåæèì èìèòîâñòàâêè.


Ðåæèì ïðîñòîé çàìåíû


T = AB
A, B ìëàäøèå è ñòàðøèå áèòû ñîîòâåòñòâåííî


T = AB
A, B ìëàäøèå è ñòàðøèå áèòû ñîîòâåòñòâåííî
Ai+1 = Bi ⊕ f (Ai , Ki )
Bi+1 = Ai
f (Ai , Ki ) :
1. (Ai + Ki ) mod 232
2. Ðåçóëüòàò ðàçáèâàåòñÿ íà âîñåìü 4-áèòîâûõ áëîêîâ è
ïîñòóïàåò íà âõîä S-box
3. Îáúåäèíåíèå â 32-áèòíîå ñëîâî è öèêëè÷åñêèé ñäâèã íà 11
áèòîâ


S-box


Ãåíåðàöèÿ ïîäêëþ÷åé



1. Èñõîäíûé 256-áèòíûé êëþ÷ ðàçáèâàåòñÿ íà âîñåìü
32-áèòíûõ áëîêîâ: K1 . . . K8 (íóìåðóþòñÿ îò ìëàäøèõ áèòîâ
ê ñòàðøèì)



ê ñòàðøèì)
2. Êëþ÷è K9 . . . K24 ÿâëÿþòñÿ öèêëè÷åñêèìè ïîâòîðåíèÿìè
K1 . . . K8



ê ñòàðøèì)
2. Êëþ÷è K9 . . . K24 ÿâëÿþòñÿ öèêëè÷åñêèìè ïîâòîðåíèÿìè
K1 . . . K8
3. Êëþ÷è K25 . . . K32 ÿâëÿþòñÿ êëþ÷àìè K8 . . . K1



Ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ òîëüêî äëÿ øèôðîâàíèÿ îòêðûòûõ
òåêñòîâ ñ äëèíîé, êðàòíîé 64 áèò.



Ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ òîëüêî äëÿ øèôðîâàíèÿ îòêðûòûõ
òåêñòîâ ñ äëèíîé, êðàòíîé 64 áèò.
Ïðè øèôðîâàíèè îäèíàêîâûõ áëîêîâ îòêðûòîãî òåêñòà
ïîëó÷àþòñÿ îäèíàêîâûå áëîêè øèôðîòåêñòà, ÷òî ìîæåò
äàòü îïðåäåëåííóþ èíôîðìàöèþ êðèïòîàíàëèòèêó.


Ðåæèì ãàììèðîâàíèÿ




Ñïåöèàëüíûì îáðàçîì ôîðìèðóåòñÿ êðèïòîãðàôè÷åñêàÿ
ãàììà, êîòîðàÿ çàòåì ñêëàäûâàåòñÿ ïî ìîäóëþ 2 ñ
èñõîäíûì îòêðûòûì òåêñòîì äëÿ ïîëó÷åíèÿ øèôðîòåêñòà.



Øèôðîâàíèå â ðåæèìå ãàììèðîâàíèÿ ëèøåíî
íåäîñòàòêîâ, ïðèñóùèõ ðåæèìó ïðîñòîé çàìåíû.



Øèôðîâàíèå â ðåæèìå ãàììèðîâàíèÿ ëèøåíî
íåäîñòàòêîâ, ïðèñóùèõ ðåæèìó ïðîñòîé çàìåíû.
Ïðè èçìåíåíèè îäíîãî áèòà øèôðîòåêñòà èçìåíÿåòñÿ
òîëüêî îäèí áèò ðàñøèôðîâàííîãî òåêñòà.


Âûðàáîòêà ãàììû


1. Ñèíõðîïîñûëêà øèôðóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì îïèñàííîãî
àëãîðèòìà ïðîñòîé çàìåíû, ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ
çàïèñûâàþòñÿ â N3 è N4 ìëàäøèå è ñòàðøèå áèòû
ñîîòâåòñòâåííî.


2. Ê N3 è N4 ïðèáàâëÿþòñÿ êîíñòàíòû ñîîòâåòñòâåííî
C2 = 10101011 6 è C1 = 101010416 .


C2 = 10101011 6 è C1 = 101010416 .
3. N3 è N4 ïåðåïèñûâàþòñÿ ñîîòâåòñòâåííî â N1 è N2 ,
êîòîðûå çàòåì øèôðóþòñÿ è èñïîëüçîâàíèåì àëãîðèòìà
ïðîñòîé çàìåíû. Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ÿâëÿåòñÿ 64
áèòàìè ãàììû.


C2 = 10101011 6 è C1 = 101010416 .
3. N3 è N4 ïåðåïèñûâàþòñÿ ñîîòâåòñòâåííî â N1 è N2 ,
êîòîðûå çàòåì øèôðóþòñÿ è èñïîëüçîâàíèåì àëãîðèòìà
ïðîñòîé çàìåíû. Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ÿâëÿåòñÿ 64
áèòàìè ãàììû.
4. Øàãè 2 − 3 ïîâòîðÿþòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ äëèíîé
øèôðóåìîãî òåêñòà.


Ãàììèðîâàíèå ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ
Ïîõîæ íà ðåæèì ãàììèðîâàíèÿ, îäíàêî ãàììà ôîðìèðóåòñÿ íà
îñíîâå ïðåäûäóùåãî áëîêà çàøèôðîâàííûõ äàííûõ.


1. Ñèíõðîïîñûëêà çàíîñèòñÿ â ðåãèñòðû N1 è N2 .


2. Ñîäåðæèìîå ðåãèñòðîâ N1 è N2 øèôðóåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè
ñ àëãîðèòìîì ïðîñòîé çàìåíû. Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò
ÿâëÿåòñÿ 64-áèòíûì áëîêîì ãàììû.


3. Áëîê ãàììû ñêëàäûâàåòñÿ ïî ìîäóëþ 2 ñ áëîêîì
îòêðûòîãî òåêñòà. Ïîëó÷åííûé øèôðîòåêñò çàíîñèòñÿ â
ðåãèñòðû N1 è N2 .


3. Áëîê ãàììû ñêëàäûâàåòñÿ ïî ìîäóëþ 2 ñ áëîêîì
îòêðûòîãî òåêñòà. Ïîëó÷åííûé øèôðîòåêñò çàíîñèòñÿ â
ðåãèñòðû N1 è N2 .
4. Îïåðàöèè 2 − 3 âûïîëíÿþòñÿ äëÿ îñòàâøèõñÿ áëîêîâ
òðåáóþùåãî øèôðîâàíèÿ òåêñòà.


Ðåæèì âûðàáîòêè èìèòîâñòàâêè
Àëãîðèòì


Àëãîðèòì
1. Áëîê îòêðûòûõ äàííûõ çàïèñûâàåòñÿ â ðåãèñòðû N1 è N2 ,
ïîñëå ÷åãî ïîäâåðãàåòñÿ ïðåîáðàçîâàíèþ,
ñîîòâåòñòâóþùåìó ïåðâûì 16 öèêëàì øèôðîâàíèÿ â
ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû.


Àëãîðèòì
2. Ê ïîëó÷åííîìó ðåçóëüòàòó ïî ìîäóëþ 2 ïðèáàâëÿåòñÿ
ñëåäóþùèé áëîê îòêðûòûõ äàííûõ. Ïîñëåäíèé áëîê ïðè
íåîáõîäèìîñòè äîïîëíÿåòñÿ íóëÿìè. Ñóììà òàêæå
øèôðóåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ïóíêòîì 1.


Àëãîðèòì
2. Ê ïîëó÷åííîìó ðåçóëüòàòó ïî ìîäóëþ 2 ïðèáàâëÿåòñÿ
ñëåäóþùèé áëîê îòêðûòûõ äàííûõ. Ïîñëåäíèé áëîê ïðè
íåîáõîäèìîñòè äîïîëíÿåòñÿ íóëÿìè. Ñóììà òàêæå
øèôðóåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ïóíêòîì 1.
3. Ïîñëå äîáàâëåíèÿ è øèôðîâàíèÿ ïîñëåäíåãî áëîêà èç
ðåçóëüòàòà âûáèðàåòñÿ èìèòîâñòàâêà äëèíîé L áèò: ñ áèòà
íîìåð 32 − L äî 32(îòñ÷åò íà÷èíàåòñÿ ñ 1). Ñòàíäàðò
ðåêîìåíäóåò âûáèðàòü L èñõîäÿ èç òîãî, ÷òî âåðîÿòíîñòü
íàâÿçûâàíèÿ ëîæíûõ äàííûõ ðàâíà 2 − L. Èìèòîâñòàâêà
ïåðåäàåòñÿ ïî êàíàëó ñâÿçè ïîñëå çàøèôðîâàííûõ áëîêîâ.


ÃÎÑÒ 2814789



ÃÎÑÒ 2814789

Áåñïåðñïåêòèâíîñòü ñèëîâîé àòàêè òåêñòà.


ÃÎÑÒ 2814789

Ýôôåêòèâíîñòü ðåàëèçàöèè è ñîîòâåòñòâåííî âûñîêîå
áûñòðîäåéñòâèå íà ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðàõ.


ÃÎÑÒ 2814789

Ýôôåêòèâíîñòü ðåàëèçàöèè è ñîîòâåòñòâåííî âûñîêîå
áûñòðîäåéñòâèå íà ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðàõ.
Íàëè÷èå çàùèòû îò íàâÿçûâàíèÿ ëîæíûõ äàííûõ
(âûðàáîòêà èìèòîâñòàâêè) è îäèíàêîâûé öèêë
øèôðîâàíèÿ âî âñåõ ÷åòûðåõ àëãîðèòìàõ ÃÎÑÒà.


ÃÎÑÒ 2814789


ÃÎÑÒ 2814789
Íåëüçÿ îïðåäåëèòü êðèïòîñòîéêîñòü àëãîðèòìà, íå çíàÿ
çàðàíåå òàáëèöû çàìåí.


ÃÎÑÒ 2814789
Ðåàëèçàöèè àëãîðèòìà îò ðàçëè÷íûõ ïðîèçâîäèòåëåé
ìîãóò èñïîëüçîâàòü ðàçíûå òàáëèöû çàìåí è ìîãóò áûòü
íåñîâìåñòèìû ìåæäó ñîáîé.


ÃÎÑÒ 2814789
Âîçìîæíîñòü ïðåäíàìåðåííîãî ïðåäîñòàâëåíèÿ ñëàáûõ
òàáëèö çàìåí ëèöåíçèðóþùèìè îðãàíàìè ÐÔ.


ÃÎÑÒ 2814789
Âîçìîæíîñòü ïðåäíàìåðåííîãî ïðåäîñòàâëåíèÿ ñëàáûõ
òàáëèö çàìåí ëèöåíçèðóþùèìè îðãàíàìè ÐÔ.
Ïîòåíöèàëüíàÿ âîçìîæíîñòü (îòñóòñòâèå çàïðåòà â
ñòàíäàðòå) èñïîëüçîâàíèÿ òàáëèö çàìåíû, â êîòîðûõ óçëû
íå ÿâëÿþòñÿ ïåðåñòàíîâêàìè, ÷òî ìîæåò ïðèâåñòè ê
÷ðåçâû÷àéíîìó ñíèæåíèþ ñòîéêîñòè øèôðà.


AES

Äëèíà êëþ÷à 128, 192, 256 áèò
Äëèíà áëîêà 128 áèò
Êîëè÷åñòâî ðàóíäîâ 10, 12, 14 (â çàâèñèìîñòè îò äëèíû
êëþ÷à)

Лекция 4 - Блочные шифры, часть II

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Destaque (7)

Mais de Mikhail Buryakov

Mais de Mikhail Buryakov (8)

Лекция 4 - Блочные шифры, часть II