Построение линейных уравнений

Принцип работы

Минимальное число раундов в шифре Feistel. Слабые ключи и слабые шифрующие функции.

Полное число раундов в алгоритме DES — 16.

Слабыми ключами называется ключи k такие, что, где x — 64-битный блок.

Известны 4 слабых ключа, они приведены в таблице 9. Для каждого слабого ключа существует неподвижные точки, то есть, таких 64-битных блоков х, для которых.

19. Линейный криптоанализ блочных шифров: пример линейного приближения и вычисления вероятности приближения.

В криптографии линейным криптоанализом называется метод криптоаналитического вскрытия, использующий линейные приближения для описания работы шифра.

Линейный криптоанализ был изобретён японским криптологом Мицуру Мацуи (Mitsuru Matsui). Предложенный им в 1993 г. (на Еврокрипте-93) алгоритм был изначально направлен на вскрытие DES и FEAL. Впоследствии линейный криптоанализ был распространён и на другие алгоритмы. На сегодняшний день наряду с дифференциальным криптоанализом является одним из наиболее распространённых методов вскрытия блочных шифров. Разработаны атаки на блочные и потоковые шифры.

Открытие линейного криптоанализа послужило толчком к построению новых криптографических схем.

Криптоанализ происходит в два шага. Первый — построение соотношений между открытым текстом, шифротекстом и ключом, которые справедливы с высокой вероятностью. Второй — использование этих соотношений вместе с известными парами открытый текст — шифротекст для получения битов ключа.

Смысл алгоритма состоит в получении соотношений следующего вида:

где P_n, C_n, K_n — n-ые биты текста, шифротекста и ключа.

Данные соотношения называются линейными аппроксимациями. Для произвольно выбранных бит открытого текста, шифротекста и ключа вероятность справедливости такого соотношения P примерно равна 1/2. Такими соотношениями, вероятность которых заметно отличается от 1/2 можно пользоваться для вскрытия алгоритма.

Как и в дифференциальном криптоанализе, сначала криптоаналитик находит некое однораундовое соотношение, затем пытается распространить его на весь алгоритм. В отличие от дифференциального криптоанализа существуют алгоритмы поиска полезных соотношений. Два алгоритма были описаны Мицуру Мацуи, другие появились позже.

В блочных шифрах анализ преимущественно концентрируется на S-боксах, так как они являются нелинейной частью шифра. Наиболее эффективное однораундовое соотношение для алгоритма DES использует свойство таблицы S5. Второй входной бит таблицы равен результату операции XOR над всеми выходными битами с вероятностью 3/16 (смещение в 5/16 относительно 1/2). А для полнораундового DES известно соотношение, выполняющееся с вероятностью 1/2 + 2⁻²⁴.

Линейный криптоанализ имеет одно очень полезное свойство — при определённых условиях можно свести соотношение (1) к уравнению вида:

Здесь отсутствуют биты открытого текста, то есть можно построить атаку на основе только шифротекста. Такая атака является наиболее практичной.

20. Разностный криптоанализ блочных шифров и атака на основе подобранного зашифрованного текста: пример восстановления ключа.

Допустим, что у криптоаналитика имеется временный доступ к дешифрующему средству или устройству. В таком случае за ограниченный промежуток времени криптоаналитик может получить из известных ему шифротекстов соответствующие им открытые тексты, после чего криптоаналитику нужно будет приступать к взлому системы. При осуществлении подобного типа атаки цель взлома — получить ключ шифрования.

Сжато сформулировать эту задачу можно таким образом:

Дано: С1, P1=Dk(С1), С2, P2=Dk(С2), С3, P3=Dk(С3), …, Сn, Pn=Dk(Сn),

где Сn — n-ый имеющийся шифротекст, Pn — соответствующий Сn открытый текст, а Dk — функция дешифрования при помощи ключа k.

Найти: используемый ключ шифрования k.

21. Шифр DES: параметры, общая схема шифрования и дешифрования, функция раунда, алгоритм развертки ключей. Стойкость шифра DES и 3DES (Triple DES), слабые ключи.

DES (Data Encryption Standard) — симметричный алгоритм шифрования, разработанный фирмой IBM и утвержденный правительством США в 1977 году как официальный стандарт (FIPS 46-3). DES имеет блоки по 64 бита и 16 цикловую структуру сети Фейстеля, для шифрования использует ключ с длиной 56 бит. Алгоритм использует комбинацию нелинейных (S-блоки) и линейных (перестановки E, IP, IP-1) преобразований. Для DES рекомендовано несколько режимов:

- режим электронной кодовой книги (ECB — Electronic Code Book),

- режим сцепления блоков (СВС — Cipher Block Chaining),

- режим обратной связи по шифротексту (CFB — Cipher Feed Back),

- режим обратной связи по выходу (OFB — Output Feed Back).

Нелинейность преобразований в DES средствами только S-блоков, и использование слабых S-блоков позволяет осуществлять контроль за шифрованной перепиской. Выбор S-блоков требует соблюдения нескольких условий:

Каждая строка каждого блока должна быть перестановкой множества {0, 1, 2, …, 15}

S-блоки не должны являться линейной или афинной функцией своих аргументов.

Изменение одного бита на входе S-блока должно приводить к изменению по крайней мере двух битов на выходе.

Для каждого S-блока и любого аргумента х значение S(x) и должны различаться по крайней мере двумя битами.

Из-за небольшого числа возможных ключей (всего ), появляется возможность их полного перебора на быстродействующей вычислительной технике за реальное время. В 1998 году Electronic Frontier Foundation используя специальный компьютер DES-Cracker, удалось взломать DES за 3 дня.

Дата добавления: 2015-04-24