входной и выходной блоки RC5 имеют размер 64 бита. В принципе, RC5 допускает
любое значение w>0, однако для простоты принимают допустимые значения w - 16,
32 и 64 бита.
Число раундов r является вторым параметром RC5. Выбор большего числа раундов
увеличивает степень защиты. Возможные значения для r: 0,1,...,255.
Заметим также, что RC5 имеет расширенную ключевую таблицу S, получаемую из
предоставляемого пользователем секретного ключа. Размер t таблицы S также
зависит от числа раундов r и составляет t=2(r+1) слов. Выбор большего числа
раундов, таким образом, увеличивает требования к памяти.
Для записи параметров RC5 применяют следующую нотацию: RC5-w/r/b. Например,
запись RC5-32/16/10 означает, что используются 32-битные слова, 16 раундов и
10-байтовый (80-битный) секретный ключ, а также расширенная ключевая таблица
размером 2(16+1)=34 слов. "Номинальным" набором параметров считается
RC5-32/12/16 (размер слова 32 бита, число раундов - 12 и 16-байтовый ключ).
ECB, CBC, OFB: шифруют данные блоками по 64 бита (8 байт)
CFB, OFBC: шифруют данные блоками по 8 бит (1 байту)
Автор: RSA Data Security (Ron Rivest)
/RC - Ron's Code/
Параметры:
- размер блока 32/64/128 бит
- размер ключа до 2048 бит
RC6
Блочный шифр
Автор: RSA Data Security (Ron Rivest)
/RC - Ron's Code/
Параметры:
- размер блока 128 бит
- размер ключа до 2048 бит
- число раундов 16-24
Rijndael.
Является нетрадиционным блочным шифром, поскольку выполнен в архитектуре
SQUARE. Алгоритм представляет каждый блок кодируемых данных в виде двумерного
массива байт размером 4х4, 4х6 или 4х8 в зависимости от установленной длины
блока. Далее на соответствующих этапах преобразования производятся либо над
независимыми столбцами, либо над независимыми строками, либо вообще над
отдельными байтами в таблице.
Автор: Joan Daemen and Vincent Rijmen
Параметры:
- размер блока 128, 192, 256 бит, в качестве AES допускается
использование шифра с размером блока 128 бит;
- размер ключа 128, 192, 256 бит
- число раундов 10, 12, 14. Зависит от размера блока (Nb) и ключа (Nk),
заданных в битах, по следующей формуле: Nr=max(Nb,Nk)/32+6;
SAFER.
Автор: J. L. Massey
Параметры:
- размер блока 64 бит
- размер ключа 64/128
- число раундов, r:
SAFER K64 6 (5<r<11)
SAFER SK64 8 (5<r<11)
SAFER K128 10 (9<r<13)
SAFER SK128 10 (9<r<13)
SAFER+ ("Secure And Fast Encryption Routine")
один из кандидатов на AES
Автор: Cylink Corporation
Параметры:
- размер блока 16 байт
- размер ключа 128/192/256
- число раундов 8/12/16
Skipjack.
Старательно пропихиваемый госдепом США симметричный алгоритм шифрования с
разделяемым ключом и бэкдором. Используется в чипах Clipper и Capstone, которые
хотят засунуть до Интернет унитазов включительно :).
Интересен тем, что ломается 31 раунд (по аналогии с DES запас сделан
минимальный). Еще интересен тем, что по аналогии с ГОСТ ключевое расширение
получается простым повторением ключа.
Режимы: ECB, CBC, CFB 8bit, OFB, OFB counter 8bit
ECB, CBC, OFB: шифруют данные блоками по 64 бита (8 байт)
CFB, OFBC: шифруют данные блоками по 8 бит (1 байту)
Автор: NSA
Параметры:
- размер блока 64 бита
- размер ключа 80 бит
- число раундов 32
TEA (Tiny Encryption Algorithm).
Авторы: David Wheeler, Roger M. Needham
Параметры алгоритма :
- размер блока - 64 бита.
- размер ключа - 128 бит.
TripleDES.
Алгоритм зашифрования состоит в следующем: исходный текст зашифровывается DESом
с ключом K1, результат расшифровывается DESом с ключом K2, а этот результат
опять зашифровывается DESом с ключом K1. Итого длина ключа составляет 112 бит.
Иногда применяют 3 разных ключа, но стойкость от этого не меняется.
DES - не группа, то есть композиция двух операций шифрования с разными
ключами не является в общем случае DES-шифрованием с некоторым третьим
ключом [2.5]. Следовательно, можно пытаться увеличить пространство ключей
за счет многократного применения DES.
Двойной DES, c=К1(К2(m)), не обеспечивает увеличение в 2 в 56 степени
раз объема перебора, необходимого для определения ключа, поскольку при
атаке с известным открытым текстом можно подбирать параллельно исходный
текст m и шифрограмму c, накапливать в хэш-таблице значения К2(m),К1^-1(c)
и искать совпадения между ними.
Тройной DES рекомендуется специалистами в качестве замены DES:
В режиме ECB c=К1(К2(К3(m))) или c=К1(К2^-1(К3(m)))
В других режимах c=К1(К2^-1(К1(m)))
Применение функции расшифрования на втором шаге объясняется желанием достичь
совместимости с однократным алгоритмом DES в случае, если все ключи равны.
Тройное шифрование с двумя ключами все равно сводится к одинарному при
использовании атаки с выбором открытого текста [2.6].
Автор: NIST ANSI X9.17, "American National Standard, Financial Institution
Key Management (Wholesale)", 1985.
ISO/IEC 8732:1987, "Banking - Key Management (Wholesale)".
Параметры:
- размер ключа 112 бит
- остальное - см. DES
ГОСТ 28147-89
Российский федеральный стандарт шифрования. Фактически, описывает несколько
алгоритмов (режимы работы ГОСТ). Кроме ключа ему необходима еще одна таблица
(таблица замен, 128 ячеек 4-битовых чисел) для формирования узлов замены. ГОСТ
ее не определяет, посему она может рассматриваться как долговременный ключевой
элемент. Определены следующие режимы работы: режим простой замены (ECB), режим
гаммирования (SM) и режим гаммирования с обратной связью (OFB). Несколько
особняком стоит режим выработки имитовставки. В принципе, у него такое же
назначение как у хэш-функции, только ее значение еще зависит от секретного
ключа. Из полученного в результате 64 битного значения выбирается l битов, где
l<=32. Минимальный размер данных для имитозащиты - 2 64-битных блока.
Автор: КГБ СССР
Параметры:
- размер блока 64 бита
- размер ключа 256 бит
- число раундов 32 (16 - для имитовставки)
Q: Каковы должны быть правила построения таблиц (узлов) замены в ГОСТе?
A: Основная задача -- сделать S-box'ы (так называют эти таблицы) устойчивыми к
дифференциальному и линейному криптоанализу. Можно попробовать
сформулировать критерии, глядя на те критерии, которые Тучман использовал в
начале 70-х для DES. /* потребовалось около 10 месяцев */
Итак, можно сформулировать следующие правила:
1. Hи один выходной бит не должен сколь-нибудь хорошо приближаться линейной
функцией от входных бит.
2. Если два входных значения отличаются на один бит, выходные значения
должны отличаться не менее чем на 2 бита.
3. Если два входных значения отличаются в двух соседних битах (как минимум
центральных), то выходные значения должны отличаться не менее чем на 2 бита.
4. Для любого значения XOR между входными значениями, следует минимизировать
количество пар, чьи XOR на входе и на выходе равны этому значению (это
весьма хитроумное требование вытекает из попытки защититься от
дифференциального
криптоанализа).
5. S-box'ы не должны быть похожи друг на друга. Hапример, количество входных
значений, дающих одно и тоже значение на выходе из разных S-box'ов, должно
быть минимально.
6. Узлы замены в идеале должны учитывать особенности входного текста: если
используются только алфавитно-цифровой диапазон ASCII-таблицы, то он должен
отображаться (после замены) на все множество используемого алфавита, скрывая
статистические свойства открытого текста.
A2: Запросить узел замены в ФАПСИ.
III. Несимметричные шифры.
Q: А какие есть несимметричные алгоритмы шифрования?
A: А вот этих немного :) В принципе, вся несимметричная криптография строится
на 2 проблемах: проблеме разложения большого числа на простые множители и
проблеме дискретного логарифмирования. Собственно, для шифрования используется
алгоритм RSA (Rivest-Shamir-Adleman), разработанный в 1977 году математиками
Роном Райвестом (R. Rivest), Ади Шамиром (A. Shamir) и Леонардом Аделманом
(L. Adleman). Используется не только для шифрования, но и для формирования ЭЦП.
Схема примерно такая:
Абонент А, желающий вступить в переписку, ЗАРАHЕЕ:
- вырабатывает различные простые числа p, q, примерно равной разрядности,
и вычисляет n=p*q;
- генерирует случайное числе e < n и вычисляет d, такое что
e*d == 1(mod ф(n)); (ф(n) - функция Эйлера)
- рассылает открытый ключ (e,n);
- сохраняет в тайне секретный ключ (p, q, d).
Абонент B, желающий ЗАШИФРОВАТЬ сообщение для абонента А, выполняет следующие
действия:
- открытый текст разбивается на блоки, каждый из которых представляется как
число m, 0 <= m <= (n-1), и преобразуется в блок c, 0 <= c <= (n-1),
шифрованного текста с = E(n,e,m) = m^e (mod n).
Для РАСШИФРОВАHИЯ абонент А выполняет следующие действия:
- вычисляет m' = E(n,d,c) = c^d (mod n).
A2:
Если приводить к фундаментальным математическим
проблемам, то все существующие алгоритмы с открытым ключём стремятся
построить таким образом что бы они были похожи на полиномиальные для
владельца секретного ключа и на NP-полные проблемы для всех остальных.
В [1.2, pp. 461-482] приведено
9 таких систем (ну, скажем, популярные ныне элипические кривые это просто
смена конечного поля, ещё парочку можно свести к другим, но 6 принципиально
разных алгоритмов имеется).
В тоже время доказательств NP-полноты нет ни у большинства из них, а про RSA
имеются серьёзные подозрения на его полиномиальность.
Всех их можно использовать для шифрования, но большинство (кроме RSA) можно
использовать для одновременной аутентификации за те же деньги. Поэтому более
корректно сказать, что RSA можно использовать только для шифрования (в нём
даже ЭЦП является формой шифрования, так и пишут: encrypted digest :)
IV. Хэш-функция.
Q: Что такое хэш-функция (hash, hash-function)?
A: Это преобразование, получающее из данных произвольной длины некое значение
(свертку) фиксированной длины. Простейшими примерами являются контрольные
суммы (например, crc32). Бывают криптографические и программистские хэши.
Криптографический хэш отличается от программистского следующими
двумя свойствами: необратимостью и свободностью от коллизий.
Обозначим m -- исходные данные, h(m) -- хэш от них. Hеобратимость