Повышение криптостойкости алгоритма DES.

Число возможных ключей шифрования в криптосистеме DES равно 2⁵⁶ = 128⁸ = 72 057 594 037 927 936. Если же при выборе ключа шифрования ограничиться лишь печатными символами (например, взятыми из пароля пользователя), то число возможных ключей уменьшится до 96⁸ = 7 213 895 789 838 336.

Для повышения криптостойкости алгоритма DES, вызванной недостаточными на сегодняшний день длиной ключа шифрования и числом раундов, используются различные модификации этой криптосистемы. Среди них наиболее известны 3- DES и DESX.

В 3-DES к одному и тому же блоку открытого текста M функция шифрования применяется трижды с тремя разными ключами (k1, k2, k3), что обеспечивает увеличение длины ключа окончательного шифрования и числа раундов в три раза:

C = E_k3(D_k2(E_k1(M))).

Расшифрование выполняется следующим образом:

M = D_k1(E_k2(D_k3(C))).

На втором шаге тройного DES используется не функция шифрования, а функция расшифрования, поскольку при k1=k2=k3 результат шифрования по алгоритму 3-DES совпадает с шифрованием по алгоритму DES на ключе k1. Использование двойного DES более уязвимо для криптоанализа.

Недостатком алгоритма 3-DES является снижение производительности шифрования в три раза по сравнению с алгоритмом DES. Этого недостатка лишен алгоритм DESX:

C = k2 + E_k (k1 + M),

где k – ключ DES-шифрования длиной 56 бит; k1 и k2 – дополнительные ключи шифрования длиной 64 бита каждый; + - операция сложения по модулю 2.

Общая длина ключа шифрования, используемого в алгоритме DESX, составляет, таким образом, 184 бита. Расшифрование шифротекста по алгоритму DESX производится следующим образом:

M = D_k(C + k₂) + k₁.

Многие операционные системы семейства Unix включают в свой состав системную программу des, реализующую шифрование (расшифрование) по алгоритму DES информации со стандартного устройства ввода с передачей результата на стандартное устройство вывода.

В операционных системах Windows, как в открытых, начиная с версии Windows 95 OSR2, так и защищенных доступ к шифрованию по алгоритму DES и другим возможен с помощью функций криптографического интерфейса CryptoAPI.

Криптографическая система ГОСТ 28147-89

Используемая в Российской Федерации криптосистема определена в стандарте ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования данных» (в 1989 г. с этого алгоритма был снят гриф секретности, хотя он был разработан значительно раньше). Стандарт обяза­телен для организаций, предприятий и учреждений, применяющих криптографическую защиту данных, хранимых и передаваемых в сетях ЭВМ, в отдельных вычислительных комплексах и ЭВМ.

Этот алгоритм криптографического преобразования дан­ных предназначен для аппаратной и программной реализации, удовлетворяет криптографическим требованиям и не накладывает ограничений на степень секретности защищаемой информации.

В алгоритме ГОСТ 28147-89 используется ключ шифрования k длиной 256 бит, который может рассматриваться как массив из восьми 32-битных элементов k₀, k₁, …, k₇ (внутренних ключей). Дополнительным ключевым элементом алгоритма является таблица замен S, представляющая собой матрицу из восьми строк и шестнадцати столбцов, элементы которой – целые числа от 0 до 15. Каждая строка таблицы замен должна содержать 16 различных чисел. Таким образом, общий размер таблицы замен составляет 512 бит.

Таким образом, алгоритм шифрования данных представляет собой 64-битовый блочный алгоритм с 256-битовым ключом.

При описании алгоритма используются следующие обо­значения: L и R - последовательности битов; LR - конкатенация последовательностей L и R, в которой биты последовательности R следуют за битами последовательности L; + - операция побитово­го сложения по модулю 2; [+]- операция сложения по модулю 2³² двух 32-разрядных двоичных чисел; {+} - операция сложения двух 32-разрядных чисел по модулю 2³² -1.

Два целых числа а, b, где 0 <= а, b<= 2³²-1,

а= (а₃₂а₃₁ ... a₂a₁), b = (b₃₂, b₃₁............... b₂, b₁),

представленные в двоичном виде, т.е.

а= а₃₂2³¹ + а₃₁2³⁰ +...+ а₂2¹ + a₁,

b = b₃₂2³¹ + b₃₁ 2³⁰+...+ b₂2¹ + b₁,

суммируются по модулю 2³² (операция [+]) по следующему правилу:

а [+] b = а + b, если а + b < 2³²,

a [+] b = a + b- 2³² если а + b > 2³².

Правила суммирования чисел по модулю 2³²- 1:

а {+} b = а + Ь, если а + b < 2³²- 1,

a {+} b = a + b-(2³²-1), если а + b >= 2³²-1.

Алгоритм предусматривает четыре режима работы:

· шифрование данных в режиме простой замены;

· шифрование данных в режиме гаммирования;

· шифрование данных в режиме гаммирования с обратной свя­зью;

· выработка имитовставки.

Режим простой замены.

Для реализации алгоритма шифрования данных в режиме простой замены используется только часть блоков общей крипто­системы (рис. 23). Обозначения на схеме:

N₁, N₂ - 32-разрядные накопители;

CM₁ - 32-разрядный сумматор по модулю 2³² ([+]);

СМ₂ - 32-разрядный сумматор по модулю 2 (+);

R - 32-разрядный регистр циклического сдвига;

КЗУ - ключевое запоминающее устройство на 256 бит, состоящее из восьми 32-разрядных накопителей Х₀, X₁, X₂, ..., Х₇;

S - блок подстановки, состоящий из восьми узлов замены (8-блоков замены) S₁, S₂, S₃, ..., S₇, S₈.

Рис. 23. Схема реализации режима простой замены