MAC на основе алгоритма симметричного шифрования

В данном случае под МАС (Message Authentication Code) понимается некоторый аутентификатор, являющийся определенным способом вычисленным блоком данных, с помощью которого можно проверить целостность сообщения.

Для вычисления МАС может использоваться алгоритм симметричного шифрования (например, DES) в режиме СВС и нулевой инициализационный вектор. В этом случае сообщение представляется в виде последовательности блоков P₁, P₂, …, P_N, длина которых равна длине блока алгоритма шифрования. При необходимости последний блок дополняется справа нулями, чтобы получился блок нужной длины. Вычисление МАС происходит по следующей схеме:

МАС₁ = E_K [P₁]

МАС₂ = E_K [P₂ Å MAC₁]

. . .

МАС_N = E_K [P_N Å MAC_N-1]

MAC = МАС_N

Здесь K – секретный ключ, который используется для шифрования сообщения. Таким образом хэш-функция может вычисляться параллельно с шифрованием сообщения.

Есть схемы, в которых ключ шифрования меняется блок от блока.

МАС₀ = 0

МАС₁ = E_МАС0 [P₁] Å МАС₀

МАС₂ = E_МАС1 [P₂] Å МАС₁

. . .

МАС_N = E_МАСN-1 [P_N] Å МАС_N-1

MAC = МАС_N

В этом алгоритме значение MAC, полученное на предыдущей итерации, используется в качестве ключа шифра в следующей итерации. Поэтому длина ключа в шифре должна быть рана длине блока. Если этого нет, то можно применить другой алгоритм.

МАС₀ = 0

МАС₁ = E_P1 [МАС₀] Å МАС₀

МАС₂ = E_P2 [МАС₁] Å МАС₁

. . .

МАС_N = E_PN [МАС_N-1] Å МАС_N-1

MAC = МАС_N

В этом алгоритме сообщение разбивается на элементы, длина которых равна длине ключа. Здесь уже элементы сообщения выполняют роль ключей в шифре.

HMAC

Еще один вариант получения МАС состоит в том, чтобы определенным образом добавить секретное значение к сообщению, которое подается на вход хэш-функции. Такой алгоритм носит название НМАС, и он описан в RFC 2104.

При разработке алгоритма НМАС преследовались следующие цели:

• возможность использовать без модификаций уже имеющиеся хэш-функции;

• возможность легкой замены встроенных хэш-функций на более быстрые или более стойкие;

• сохранение скорости работы алгоритма, близкой к скорости работы соответствующей хэш-функции;

• возможность применения ключей и простота работы с ними.

В алгоритме НМАС хэш-функция представляет собой "черный ящик". Это, во-первых, позволяет использовать существующие реализации хэш-функций, а во-вторых, обеспечивает легкую замену существующей хэш-функции на новую.

Введем следующие обозначения:

Н - встроенная хэш-функция.

b - длина блока используемой хэш-функции.

n - длина хэш-кода.

K - секретный ключ. К этому ключу слева добавляют нули, чтобы получить b-битовый ключ K’.

Вводится два вспомогательных значения:

Ipad - значение '00110110', повторенное b/8 раз.

Opad - значение '01011010', повторенное b/8 раз.

Далее НМАС вычисляется следующим образом:

НМАС = Н [ (K’ Å Opad) || H [ (K’ Å Ipad) || P ] ]

 

MD6

Алгоритм хеширования переменной разрядности, разработанный профессором Рональдом Ривестом (Ronald Rivest) из Массачусетского Технологического Института в 2008 году. Участвовал в конкурсе на SHA-3.

Официальная страница MD6 http://groups.csail.mit.edu/cis/md6

Skein

Разработан группой авторов во главе с Брюсом Шнайером. Участвовал в конкурсе на SHA-3. Skein поддерживает размеры внутреннего состояния 256, 512 и 1024 бит и размер выходного блока до 264−1 бит.

Алгоритм основан на блочном шифре Threefish, работающего в режиме UBI-хэширования.

Официальная документация по хэш-функции - Skein Hash Function Family - http://www.schneier.com/skein1.3.pdf

Библиографический список литературы

1. Лапонина О.Р. Основы сетевой безопасности: криптографические алгоритмы и протоколы взаимодействия: курс лекций: учеб. пособие: для студентов вузов, обучающихся по специальности 510200 «Приклад. математика и информатика» / под ред. В.А. Сухомлина. – М.: Интернет-Ун-т Информ. Технологий, 2005. – 608 с.

2. Хэш-функции. http://old.antichat.ru/txt/hashes.

3. Программные реализации хэш-функций. http://www.mirrors.wiretapped.net/security/cryptography/hashes.