S-блок (S-box)

Конфиденциальность. Классы шифров. Симметричная криптография и криптография с открытым ключом.

Конфиденциальность – обеспечение секретности. Метод – шифрование.

Популярные классы шифров

Симметричный и ассиметричный классы шифров

Самые первые (читай древние) классификации шифров являлись симметричными шифрами. Отличительная черта симметричных шифров - это то, что ключ расшифрования и ключ зашифрования одинаковы. Функция у таких классов шифрования лишь одна - обеспечение конфиденциальности информации от несанкционированных лиц. И только недавно, в конце 20 века, были изобретен ассиметричный класс шифров. Функциональность данной классификации шифров чрезвычайно широка от конфиденциальности до цифровой подписи и подтверждения аутентичности информации.
Блочный и потоковый классы шифров

Симметричный класс шифров подразделяется на блочный и потоковый класс шифров. Отличительная особенность блочной классификации шифров состоит в том, что эти классы шифров обрабатывают за одну итерацию сразу несколько байт (обычно по 8 или 16) открытой информации в отличие от потокового вида шифро в, который обрабатывает по 1 байту (символу).
Шифры простой замены

Шифры замены меняют (что и является причиной их названия) части открытого текста на нечто другое. Шифр простой замены производят посимвольную замену, то есть однозначно заменяюткаждый символ открытого текста на нечто своё, причем это нечто свое в процессе расшифрования однозначно заменяется на исходный символ. Однозвучные шифры подстановки

Однозвучные классификации шифры подстановки полностью схожи с шифрами простой замены, за исключением того факта, что в процессе зашифрования символ открытого текста может быть заменен одним из нескольких вариантов, каждый из которых однозначно соответствует исходному. Однозвучный класс шифров подстановки, в отличие от классов шифров замены, не могут быть взломаны с помощью частотного криптоанализа, так как они маскируют частотную характеристику текста, хотя и не скрывают всех статистических свойств.
Полиграммный шифр подстановки

Полиграммные классификации шифров подстановки заменяют не по одному символу, а сразу по несколько. Так например, шифр Плейфера заменяет биграммы (две подряд идущих буквы), а Шифр Хилла по корень квадратному из длины ключа.
Многоалфавитный шифр подстановки

Многоалфавитный класс шифров подстановки заменяют одни и те же символы открытого текста каждый раз по разному, так как для каждой позиции открытого текста имеется ключ, определяющий на какой символ будет заменен тот или иной. Примерами многоалфавитного вида шифров могут служить такие шифры, как Шифр Виженера иШифр Вернама.

Классификация:

- подстановочные

- перестановочные

- аналитические(ассиметричные)

Симметри́чные криптосисте́мы (также симметричное шифрование, симметричные шифры) — способ шифрования, в котором для шифрования и расшифровывания применяется один и тот же криптографический ключ.

Алгоритмы шифрования и дешифрования данных широко применяются в компьютерной технике в системах сокрытия конфиденциальной и коммерческой информации от злонамеренного использования сторонними лицами. Главным принципом в них является условие, что передатчик и приемник заранее знают алгоритм шифрования, а также ключ к сообщению, без которых информация представляет собой всего лишь набор символов, не имеющих смысла.

См.п. 29

10. Подстановочный шифр: понятие S-блока, стойкость к атаке полным перебором, примеры моноалфавитных и полиалфавитных шифров.

Шифр подстано́вки каждый символ открытого текста заменяет на некоторый другой. В классической криптографии различают четыре типа шифра подстановки:

- Одноалфавитный шифр подстановки (шифр простой замены) — шифр, при котором каждый символ открытого текста заменяется на некоторый, фиксированный при данном ключе символ того же алфавита.

- Однозвучный шифр подстановки похож на одноалфавитный за исключением того, что символ открытого текста может быть заменен одним из нескольких возможных символов.

- Полиграммный шифр подстановки заменяет не один символ, а целую группу. Примеры: шифр Плейфера, шифр Хилла.

- Многоалфавитный шифр подстановки состоит из нескольких шифров простой замены. Примеры: шифр Виженера, шифр Бофора, одноразовый блокнот.

S-блок используется, как промежуточная операция в алгоритмах симметричного шифрования. Табличная подстановка, при которой группа битов отображается в другую группу битов.

Блок подстановок (S-блок) состоит из дешифратора, преобразующего n-разрядный двоичный сигнал в одноразрядный сигнал по основанию , системы коммутаторов внутренних соединений (всего соединений ) и шифратора, переводящего сигнал из одноразрядного -ричного в n-разрядный двоичный. Анализ n-разрядного S-блока при большом n крайне сложен, однако реализовать такой блок на практике очень сложно, так как число возможных соединений крайне велико (). На практике блок подстановок используется как часть более сложных систем.

В общем случае S-блок может иметь несовпадающее число входов/выходов, в этом случае в системе коммутации от каждого выхода дешифратора может идти не строго одно соединение, а 2 или более или не идти вовсе. То же самое справедливо и для входов шифратора.

В электронике можно непосредственно применять приведённую справа схему, в программировании же генерируют таблицы замены. Оба этих подхода являются эквивалентными, то есть файл, зашифрованный на компьютере, можно расшифровать на электронном устройстве и наоборот.

Таблица замены для приведённого 3-разрядного S-блока
№ комбинации
Вход
Выход

Применяется в таких алгоритмах симметричного шифрования как:

§ AES (англ. Advanced Encryption Standard) — американский стандарт шифрования

§ ГОСТ 28147-89 — отечественный стандарт шифрования данных

§ DES (англ. Data Encryption Standard) — стандарт шифрования данных в США до AES

§ Twofish

Криптографическая стойкость (или криптостойкость) — способность криптографического алгоритмапротивостоять возможным атакам на него. Атакующие криптографический алгоритм используют методыкриптоанализа. Стойким считается алгоритм, который для успешной атаки требует от противника недостижимых вычислительных ресурсов, недостижимого объёма перехваченных открытых и зашифрованных сообщений или же такого времени раскрытия, что по его истечению защищенная информация будет уже не актуальна, и т. д.

11. Перестановочный шифр: вектор перестановки, перестановочная матрица P и ее свойства, стойкость к атаке полным перебором, примеры шифров.

Простой перестановочный шифр с фиксированным периодом n подразумевает разбиение исходного текста на блоки по n символов и использование для каждого такого блока некоторой перестановки E. Ключом такого шифра является используемая при шифровании перестановочная матрица P или вектор t, указывающий правило перестановки. Таким образом, общее число возможных ключей определяется длиной блока n и равно n!. При дешифрации используется матрица обратной перестановки D, являющаяся обратной к матрице P по умножению, то есть D*P=I, где I — единичная матрица.

Очень удачным примером шифра перестановки является шифр, использовавшийся еще во времена Древней Спарты. Ключом такого шифра была цилиндрическая палочка, а шифрование выполнялось следующим образом:

• узкая пергаментная лента наматывалась по спирали на цилиндрическую палочку;
• шифруемый текст писался на пергаментной ленте по длине палочки, после того как длина палочки оказывалась исчерпанной, она поворачивалась и текст писался далее, пока либо не заканчивался текст, либо не исписывалась вся пергаментная лента. В последнем случае использовался очередной кусок пергаментной ленты.

Расшифровка выполнялась с использованием палочки такого же диаметра.

Таким образом, длина блока n определялась длиной и диаметром палочки, а само шифрование заключалось в перестановке символов исходного текста в соответствии с длиной окружности палочки. Например, используя палочку, по длине окружности которой помещается 4 символа, а длина палочки позволяет записать 6 символов, исходный текст: «это шифр древней спарты» превратится в шифрограмму: «эфвптрнао ер дйтшр ыиес». Длина блока n = 23, а вектор t, указывающий правило перестановки, для этого шифра может быть записан следующим образом: t = {1, 7, 13, 19, 2, 8, 14, 20, 3, 9, 15, 21, 4, 10, 16, 22, 5, 11, 17, 23, 6, 12, 18}.

Дата добавления: 2015-04-24