Основной шаг криптопреобразования

Ключевая информация

В соответствии с принципом Кирхгофа, которому удовлетворяют все современные шифры, именно секретность ключевой информации обеспечивает секретность зашифрованного сообщения. В ГОСТ 28147–89 ключевая информация состоит из двух структур данных. Собственно ключа (ключевого запоминающего устройства), необходимого для всех шифров, и блока подтановки – долговременной ключевой структуры. Ниже приведены основные характеристики ключевых структур ГОСТ 28147–89.

1) Ключ является массивом из восьми 32-битных элементов кода, далее он обозначается символом К: K = {K_i}_{0≤ i ≤7}. В ГОСТе элементы ключа используются как 32-разрядные целые числа без знака: 0 ≤ K_i ≤ 2³². Таким образом, размер ключа составляет 32·8=256 бит или 32 байта.

2) Блок подстановки является матрицей 8´16, содержащей 4-битовые элементы, которые можно представить в виде целых чисел от 0 до 15. Строки блока подстановки называются узлами замен, они должны содержать различные значения, то есть каждый узел замен должен содержать 16 различных чисел от 0 до 15. Таблица замен обозначается символом H: H = {H_i,j} 0 ≤ i ≤ 7, 0 ≤ j ≤ 15 0 ≤ H_i,j ≤ 15. Таким образом, общий объем таблицы замен равен: 8 узлов ´ 16 элементов/узел ´ 4 бита/элемент = 512 бит или 64 байта.

	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15
	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15
	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15
	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15
	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15
	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15
	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15
	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15	0-15

Рис. 7.2 Таблица замен

Основной шаг криптопреобразования по своей сути является оператором, определяющим преобразование 64-битового блока данных. Дополнительным параметром этого оператора является 32-битовый блок, в качестве которого используется какой-либо элемент ключа.

Рис. 7.3 Схема алгоритма основного шага

Шаг 0. Определяет исходные данные для основного шага криптопреобразования:

- N – преобразуемый 64-битовый блок данных, в ходе выполнения шага. Его младшая (N ₁) и старшая (N ₂) части обрабатываются как отдельные 32-битовые целые числа без знака. Таким образом, можно записать N = (N ₁, N ₂).

- K – 32-битовый элемент ключа;

Шаг 1. Сложение с ключом. Младшая половина преобразуемого блока складывается по модулю 2³² с используемым на шаге элементом ключа, результат S = (S ₀, S ₁, S ₂, S ₃, S ₄, S ₅, S ₆, S ₇) передается на следующий шаг;

Шаг 2. Поблочная замена. 32-битовое значение, полученное на предыдущем шаге, интерпретируется как массив из восьми 4-битовых блоков кода, которые заменяются на соответствующие значения ячеек таблицы замен.

Значение каждого из восьми блоков заменяется на новое, которое выбирается по таблице замен следующим образом: значение блока S_i заменяется на S_i -тый по порядку элемент (нумерация с нуля) i -того узла замен (т.е. i -той строки таблицы замен, нумерация также с нуля). Другими словами, в качестве замены для значения блока выбирается элемент из таблицы замен с номером строки, равным номеру заменяемого блока, и номером столбца, равным значению заменяемого блока как 4-битового целого неотрицательного числа.

Шаг 3. Циклический сдвиг на 11 бит влево. Результат предыдущего шага сдвигается циклически на 11 бит в сторону старших разрядов и передается на следующий шаг. На схеме алгоритма символом << обозначена функция циклического сдвига своего аргумента на 11 бит в сторону старших разрядов.

Шаг 4. Побитовое сложение: значение, полученное на шаге 3, побитно складывается по модулю 2 со старшей половиной преобразуемого блока.

Шаг 5. Сдвиг по цепочке: младшая часть преобразуемого блока сдвигается на место старшей, а на ее место помещается результат выполнения предыдущего шага.

Шаг6. Полученное значение преобразуемого блока возвращается как результат выполнения алгоритма основного шага криптопреобразования.

Дата добавления: 2014-01-07