Алгоритм вычисления ключей

Как нетрудно заметить, на каждой итерации используется новое значение ключа (длиной 48 бит). Новое значение ключа вычисляется из начального ключа (рис. 5.3).

Ключ представ­ляет собой 64‑битовый блок с 8 битами контроля по четности, рас­положенными в позициях 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64. Для удаления контрольных бит и подготовки ключа к работе используется функция первоначальной подготовки ключа (табл. 5.6).

	Таблица 5.6
	Функция G

Табл. 5.6 разделена на две части. Результат преобразова­ния разбивается на две половины и , по 28 бит каждая. Первые четыре

строки матрицы определяют, как выбираются биты последовательности (первым битом будет бит 57 ключа шифра, затем бит 49 и т.д., а последними битами ‑ биты 44 и 36 ключа).

Следующие четыре строки матрицы определяют, как выбираются биты последовательности (т.е. последователь­ность будет состоять из бит 63, 55, 47,...,12, 4 ключа шифра).

Рис. 5.3. Схема алгоритма вычисления ключей

Как видно из табл. 5.6, для генерации последовательно­стей и не используются биты 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56 и 64 ключа шифра. Эти биты не влияют на шифрование и могут слу­жить для других целей (например, для контроля по четности). Та­ким образом, в действительности ключ шифра является 56‑битовым.

После определения и рекурсивно определяются и , . Для этого применяются операции циклического сдвига влево на один или два бита в зависимости от номера шага итерации, как показано в табл. 5.7.

Таблица 5.7

Таблица сдвигов для вычисления ключа

Итерация

Сдвиг влево

Операции сдвига выполняются для последовательностей и независимо. Например, последовательность получается посредством циклического сдвига влево на две позиции последовательности , а последовательность ‑ посредством сдвига влево на две позиции последовательности , и получаются из и посредством сдвига влево на одну позицию.

Ключ , определяемый на каждом шаге итерации, есть результат выбора конкретных бит из 56‑битовой последовательности и их перестановки. Другими словами, ключ , где функция определяется матрицей, завершающей обработку ключа (табл. 5.8).

Таблица 5.8
Функция H

Как следует из табл. 5.8, первым битом ключа будет 14‑й бит последовательности , вторым ‑ 17‑й бит, 47‑м битом ключа будет 29‑й бит , а 48‑м битом ‑ 32‑й бит .

4.4. Основные режимы работы алгоритма

Чтобы воспользоваться алгоритмом для решения разнообразных криптографических задач, разработаны четыре рабочих режима:

1. электронная кодовая книга

2. сцепление блоков шифра ;

3. обратная связь по шифротексту

4. обратная связь по выходу

Режим "Электронная кодовая книга"

Длинный файл разбивают на 64‑битые отрезки (блоки) по 8 байт. Каждый из этих блоков шифруют независимо с использованием одного и того же ключа шифрования (рис. 5.4).

  Рис. 5.4. Схема алгоритма в режиме электронной кодовой книги

Основное достоинство ‑ простота реализации. Недостаток ‑ относительно слабая устойчивость против квалифицированных криптоаналитиков. Из-за фиксированного характера шифрования при ограниченной длине блока 64 бита возможно проведение криптоанализа "со словарем". Блок такого размера может повториться в сообщении вследствие большой избыточности в тексте на естественном языке. Это приводит к тому, что идентичные блоки открытого текста в сообщении будут представлены идентичными блоками шифротекста, что дает криптоаналитику некоторую ин­формацию о содержании сообщения.

Режим "Сцепление блоков шифра"

В этом режиме исходный файл разбивается на 64‑битые блоки: . Первый блок складывается по модулю 2 с 64‑битовым начальным вектором , который меняется ежедневно и держится в секрете (рис. 5.5). Полученная сумма затем шифруется с использованием ключа известного и отправителю, и получателю информации. Полученный 64‑битовый шифр складывается по модулю 2 со вторым блоком текста, ре­зультат шифруется и получается второй 64‑битовый шифр и т.д. Процедура повторяется до тех пор, пока не будут обработаны все блоки текста.

Таким образом, для всех ( ‑ число блоков) ре­зультат шифрования определяется следующим образом: , где ‑ начальное значение шифра, равное начальному вектору (вектору инициализации).

Рис. 5.5. Схема алгоритма DES в режиме сцепления блоков шифра

Очевидно, что последний 64‑битовый блок шифротекста является функцией секретного ключа, начального вектора и каждого бита открытого текста независимо от его длины. Этот блок шифротекста называют кодом аутентификации сообщения (КАС).

Код КАС может быть легко проверен получателем, вла­деющим секретным ключом и начальным вектором, путем повто­рения процедуры, выполненной отправителем. Посторонний, од­нако, не может осуществить генерацию КАС, который воспринялся бы получателем как подлинный, чтобы добавить его к ложному сообщению, либо отделить КАС от истинного сообщения для ис­пользования его с измененным или ложным сообщением.

Достоинство данного режима в том, что он не позволяет накапливаться ошибкам при передаче.

Блок является функцией только и . Поэтому ошиб­ка при передаче приведет к потере только двух блоков исходно­го текста.

Режим "Обратная связь по шифротексту"

В этом режиме размер блока может отличаться от 64 бит (рис 5.6). Файл, подлежащий шифрованию (расшифровыванию), счи­тывается последовательными блоками длиной бит ().

Входной блок (64‑битовый регистр сдвига) вначале содер­жит вектор инициализации, выровненный по правому краю. Предположим, что в результате разбиения на блоки мы получили блоков длиной бит каждый (остаток дописывается нулями или пробелами). Тогда для любого блок шифротекста , где обозначает старших бит предыдущего зашифрованно­го блока.

Рис. 5.6. Схема алгоритма DES в режиме обратной связи по шифротексту

Обновление сдвигового регистра осуществляется путем удаления его старших бит и записи в регистр. Восстанов­ление зашифрованных данных также выполняется относительно просто: и вычисляются аналогичным образом и .

Рис. 5.6. Схема алгоритма в режиме обратной связи по шифротексту

Режим "Обратная связь по выходу"

Этот режим тоже использует переменный размер блока и сдвиговый регистр, инициализируемый так же, как в режиме , а именно ‑ входной блок вначале содержит вектор инициализации , выровненный по правому краю (рис. 5.7). При этом для каждого сеанса шифрования данных необходимо использовать новое начальное состояние регистра, которое должно пересылаться по каналу открытым текстом.

Положим для всех , где ‑ старшие бит операции . Отличие от режима обратной связи по шифротексту состоит в методе обновления сдвигового регистра.

Это осуществляется путем отбрасывания старших бит и дописывания справа .

Рис. 5.7. Схема алгоритма в режиме обратной связи по выходу

Дата добавления: 2014-12-16