Стандарты шифрования

1. Российский стандарт на шифрование информации ГОСТ 28147-89

В Российской Федерации установлен государственный стандарт (ГОСТ 28147-89 [9]) на алгоритмы криптографического преобразования информации в ЭВМ, вычислительных комплексах и вычислительных сетях. Эти алгоритмы допускается использовать без ограничений для шифрования информации любого уровня секретности. Алгоритмы могут быть реализованы аппаратными и программными способами.

Стандартом определены следующие алгоритмы криптографического преобразования информации:

- простая замена;

- гаммирование;

- гаммирование с обратной связью;

- выработка имитовставки.

Общим для всех алгоритмов шифрования является использование ключа размерностью 256 бит, разделенного на восемь 32-разрядных двоичных слов, и разделение исходной шифруемой двоичной последовательности на блоки по 64 бита.

Сущность алгоритма простой замены состоит в следующем. Блок из 64 - х бит исходной последовательности разбивается на два двоичных слова А и В по 32 разряда. Слово А образуют младшие биты, а слово В - старшие биты блока. Эти слова подвергаются итерационной обработке с числом итераций равным i=32. Слово, находящееся на месте младших бит блока, (А на первой итерации) суммируется по mod 2³² с 32-разрядным словом ключа; разбивается на части по 4 бита в каждой (4-х разрядные входные векторы); с помощью специальных узлов замены каждый вектор заменятся на другой вектор (4 бита); полученные векторы объединяются в 32-разрядное слово, которое циклически сдвигается влево на 32 разряда и суммируется по mod 2 с другим 32-разрядным словом из 64-разрядного блока (слово В на первой итерации).

После выполнения первой итерации в блоке на месте младших бит будет расположено слово В, а слева преобразованное слово А.

На следующих итерациях операции над словами повторяются.

На каждой итерации i 32-разрядное слово ключа j (всего их 8) выбирается по следующему правилу:

ì (i-1) mod 8, при 1 £ i £ 24;

j = í32-i, при i ³ 25;

î0, при i=32.

Блок замены состоит из 8 узлов замены, которые выбираются поочередно. Узел замены представляет собой таблицу из шестнадцати строк, в каждой из которых находятся векторы замены (4 бита). Входной вектор определяет адрес строки в таблице, число из которой является выходным вектором замены. Информация в таблицы замены заносится заранее и изменяется редко.

Алгоритм гаммирования предусматривает сложение по mod 2 исходной последовательности бит с последовательностью бит гаммы. Гамма получается в соответствии с алгоритмом простой замены. При выработке гаммы используются две специальные константы, заданные в ГОСТ 28147-89, а также 64-разрядная двоичная последовательность - синхропосылка. Расшифрование информации возможно только при наличии синхропосылки, которая не является секретной и может в открытом виде храниться в памяти ЭВМ или передаваться по каналам связи.

Алгоритм гаммирования с обратной связью очень схож с алгоритмом гаммирования. Они различаются лишь действиями на первом шаге итерационного процесса шифрования.

В ГОСТ 28147-89 определен алгоритм выработки имитовставки. Она используется для защиты от навязывания ложной информации. Имитовставка является функцией преобразования исходной информации и секретного ключа. Она представляет собой двоичную последовательность длиной k бит. Значение параметра k выбирается с учетом вероятности навязывания ложной информации P_H, которая связана с параметром к соотношением:

Р_H = 1/2^k.

Алгоритм выработки имитовставки может быть представлен следующей последовательностью действий. Открытая информация разбивается на блоки T(i) (i=1,2,...,m), где т определяется объемом шифруемой информации. Объем каждого блока - 64 бита. Первый блок Т(1) подвергается преобразованию в соответствии с первыми 16-ю итерациями алгоритма простой замены. В качестве ключа используется ключ, по которому будет шифро­ваться исходная информация. Полученное 64-битовое двоичное слово суммируется по mod 2 со вторым блоком Т(2). Результат суммирования подвергается тем же итерационным преобразованиям, что и блок Т(1), а на завершающем этапе суммируется по mod 2 с третьим блоком Т(3). Эти действия повторяются для т-1 блоков исходной информации. Если последний блок Т(m) не полный, то он дополняется соответствующим числом нулей до 64 разрядов. Этот блок суммируется no mod 2 с результатом, полученным при обработке T(m-1) блока, и подвергается преобразованию в соответствии с первыми 16-ю итерациями алгоритма простой замены. Из полученного 64-разрядного блока выделяется слово длиной k бит, которое и является имитовставкой.

Имитовставка помещается в конце зашифрованной информации. При получении (считывании) этой информации осуществляется ее расшифрование. По расшифрованной информации определяется Имитовставка и сравнивается с полученной (считанной) имитовставкой. Если имитовставки не совпадают, то считается, что вся расшифрованная информация является ложной.

2. Стандарт США на шифрование информации

Государственным стандартом на шифрование информации является стандарт DES (Data Encryption Standard). Алгоритм шифрования, положенный в основу стандарта, был разработан фирмой IBM. После проверки специалистами Агентства Национальной Безопасности США алгоритм получил статус государственного стандарта. Стандарт DES используется федеральными департаментами для закрытия информации в автоматизированных системах, за исключением некоторых видов информации, определенных специальными актами. Кроме того, этот стандарт шифрования широко используется негосударственными организациями не только в США, но и во всем мире.

В стандарте DES исходная информация разбивается на блоки по 64 бита в каждом и подвергается криптографическому преобразованию с использованием ключа, длиной 56 или 64 бита [39].

Блоки исходной информации подвергаются итерационной обработке с использованием операций перестановки и функции шифрования. Для вычисления функции шифрования предусматривается получение 48-битового ключа из 64-битового, расширение 32-битового кода до 48-битового, преобразование 6-битового кода в 4-битовый и перестановка бит в 32-битовой последовательности [З].

Процесс расшифрования является инверсным по отношению к процессу шифрования и выполняется с использованием того же ключа, что и при шифровании.