Основы симметричного алгоритма шифрования. Пример

Любая процедура шифрования, превращающая информацию из обычного «по­нятного» вида в «нечитабельный» зашифрованный вид должна быть дополнена процедурой дешифрирования. Пара процедур - шифрование и дешифрирование - называется криптосистемой.

Алгоритм шифрования считается раскрытым, если найдена процедура, позволяю­щая подобрать ключ за реальное время. Сложность алгоритма раскрытия явля­ется одной из важных характеристик криптосистемы и называется криптостой­костью.

Существуют два класса криптосистем - симметричные и асимметричные. В сим­метричных схемах шифрования (классическая криптография) секретный ключ зашифровки совпадает с секретным ключом расшифровки. В асимметричных схе­мах шифрования (криптография с открытым ключом) открытый ключ зашиф­ровки не совпадает с секретным ключом расшифровки.

Тео­ретические основы симметричного алгоритма шифрования впервые были изложены в 1949 году в работе Клода Шеннона. В данной модели три участника: отправитель, получатель, злоумышленник. Задача отправителя заключается в том, чтобы по открытому каналу пе­редать некоторое сообщение в защищенном виде. Для этого он на ключе k за­шифровывает открытый текст Х и передает шифрованный текст У. Задача получателя заключается в том, чтобы расшифровать Y и прочитать сообщение Х. Предполагается, что отправитель имеет свой источник ключа. Сгенерированный ключ заранее по надежному каналу передается получателю. Задача злоумышлен­ника заключается в перехвате и чтении передаваемых сообщений, а также в имитации ложных сообщений.

Модель симметричного шифрования

Модель является универсальной - если зашифрованные данные хранятся в ком­пьютере и никуда не передаются, отправитель и получатель совмещаются в од­ном лице, а в роли злоумышленника выступает некто, имеющий доступ к компь­ютеру в ваше отсутствие.

Наиболее популярным стандартом симметричным алгоритмом шифрования данных является DES (Data Enctyption Standart). Суть этого алгоритма заключается в следующем: Данные шифруются поблочно. Перед шифрованием любая форма представления данных преобразуется в числовую. Эти числа получают путем любой открытой процедуры преобразования блока текста в число. На вход шифрующей функции посту­пает блок данных размером 64 бита, он делится пополам на левую (L) и правую (R) части. На первом этапе на место левой части результирующего блока поме­щается правая часть исходного блока. Правая часть результирующего блока вы­числяется как сумма по модулю 2 (операция XOR) левой, и правой частей исход­ного блока. Затем на основе случайной двоичной последовательности по опреде­ленной схеме в полученном результате выполняются побитные замены и перестановки. Используемая двоичная последовательность, представляющая собой ключ данного алгоритма, имеет длину 64 бита, из которых 56 действительно слу­чайны, а 8 предназначены для контроля ключа.

Схема шифрования по алгоритму DES

Алгоритм DES широко используется в различных технологиях и продуктах безопасности информацион­ных систем. Для того чтобы повысить криптостойкость алгоритмы DES, иногда применяют его усиленный вариант, называемый «тройным DES», который включает троекратное шифрование с использованием двух разных ключей. При этом длина ключа увеличивается с 56 бит до 112 бит, а значит, криптостойкость алгоритма существенно повышается. Но за это приходится пла­тить производительностью – «тройной DES» требует в три раза больше време­ни, чем «обычный» DES.

В симметричных алгоритмах главную проблему представляют ключи. Во-первых, криптостойкость многих симметричных алгоритмов зависит от качества ключей, это предъявляет повышенные требования к службе генерации ключей. Во-вто­рых, принципиальной является надежность канала передачи ключа.