Дешифрирование des

После всех подстановок, перестановок, операций XOR и циклических сдвигов можно подумать, что алгоритм дешифрирования, резко отличаясь от алгоритма шифрования, точно также запутан. Напротив, различные компоненты DES были подобраны так, чтобы выполнялось очень полезное свойство: для шифрования и дешифрирования используется один и тот же алгоритм.

DES позволяет использовать для шифрования или дешифрирования блока одну и ту же функцию. Единственное отличие состоит в том, что ключи должны использоваться в обратном порядке. То есть, если на этапах шифрования использовались ключи K₁, К₂, К₃, ..., K₁₆, то ключами дешифрирования будут K₁₆, K₁₅, K₁₄, ..., K₁. Алгоритм, который создает ключ для каждого этапа, также цикличен. Ключ сдвигается направо, а число позиций сдвига равно 0, 1,2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1.

Режимы des

FIPS PUB 81 определяет четыре режима работы: ЕСВ, СВС, OFB и CFB (см. главу 9) [1143]. Банковские стандарты ANSI определяют для шифрования ЕСВ и СВС, а для проверки подлинности - СВС и n-битовый CFB [52].

В мире программного обеспечения сертификация обычно не важна. Из-за своей простоты в большинстве существующих коммерческих программ используется ЕСВ, хотя этот режим наиболее чувствителен к вскрытию. СВС используется редко несмотря на то, что он лишь незначительно сложнее, чем ЕСВ, и обеспечивает большую безопасность.

Аппаратные и программные реализации des

Об эффективных аппаратных и программных реализациях алгоритма много писалось [997, 81, 533, 534,437, 738, 1573, 176, 271, 1572]. Утверждается, что самой быстрой является микросхема DES, разработанная в Digital Equipment Corporation [512]. Она поддерживает режимы ЕСВ и СВС и основана на вентильной матрице GaAs, состоящей из 50000 транзисторов. Данные могут зашифровываться и дешифрироваться со скоростью 1 гигабит в секунду, обрабатывая 16.8 миллионов блоков в секунду. Это впечатляет. Параметры ряда коммерческих микросхем DES приведены в 3-й. Кажущиеся противоречия между тактовой частотой и скоростью обработки данных обусловлены конвейеризацией внутри микросхемы, в которой может быть реализовано несколько работающих параллельно DES-механизмов.

Наиболее выдающейся микросхемой DES является 6868 VLSI (ранее называвшаяся "Gatekeeper" - Вратарь). Она не только может выполнять шифрование DES за 8 тактов (лабораторные прототипы могут делать это за 4 такта), но также выполнять троекратный DES в режиме ЕСВ за 25 тактов, а троекратный DES в режимах OFB или СВС - за 35 актов. Мне это кажется невозможным, но уверяю вас, она именно так и работает.

Программная реализация DES на мэйнфрейме IBM 3090 может выполнить 32000 шифрований DES в секунду. На других платформах скорость ниже, но все равно достаточно велика. В 2-й [603, 793] приведены действительные результаты и оценки для различных микропроцессоров Intel и Motorola.

Табл. 12-9. Коммерческие микросхемы DES

Производитель	Микросхема		Год	Тактовая частота	Скорость данных	Доступность
AMD	Am9518		1981	3 МГц	1.3 Мбайт/с	Н
AMD	Am9568		?	4 МГц	1.5 Мбайт/с	Н
AMD	AmZ8068		1982	4 МГц	1.7 Мбайт/с	Н
AT&T	T7000A		1985		1.9 Мбайт/с	Н
CE-Infosys	SuperCrypt CE99C003		1992	20 МГц	12.5 Мбайт/с	д
CE-Infosys	SuperCrypt CE99C003A		1994	30 МГц	20.0 Мбайт/с	д
Cryptech	Cryl2C102		1989	20 МГц	2.8 Мбайт/с	д
Newbridge	CA20C03A		1991	25 МГц	3.85 Мбайт/с	д
Newbridge	CA20C03W		1992	8 МГц	0.64 Мбайт/с	д
Newbridge	CA95C68/18/0 9		1993	33 МГц	14.67 Мбайт/с	д
Pijnenburg	PCC100		?		2.5 Мбайт/с	д
Semaphore Communications	Roadrunner284		?	40 МГц	35.5 Мбайт/с	д
VLSI Technology	VM007	1993		32 МГц	200.0 Мбайт/с	Д
VLSI Technology	VM009	1993		33 МГц	14.0	Д
VLSI Technology	6868	1995		32 МГц	64.0 Мбайт/с	Д
Western Digital	WD2001/2002	1984		3 МГц	0.23 Мбайт/с	Н

Табл. 12-10. Скорости DES на различных микропроцессорах и компьютерах

Процессор	Скорость (в МГц)	Блоки DES (в с)
8088	4.7	370
68000	7.6	900
80286	6	1100
68020	16	3500
68030	16	3900
80386	25	5000
68030	50	10000
68040	25	16000
68040	40	23000
80486	66	43000
Sun ELC		26000
HyperSparc		32000
RS6000-350		53000
Sparc 10/52		84000
DEC Alpha 4000/610		154000
HP9000/887	125	196,000

Лекция 14. Объединение блочных шифров

Существует множество способов объединять блочные алгоритмы для получения новых алгоритмов. Стиму­лом создавать подобные схемы является желание повысить безопасность, не пробираясь через тернии создания нового алгоритма. DES является безопасным алгоритмом, он подвергался криптоанализу добрых 20 лет и, тем не менее, наилучшим способом вскрытия остается грубая сила. Однако ключ слишком короток. Разве не плохо было бы использовать DES в качестве компонента другого алгоритма с более длинным ключом? Это позволило бы получить преимущества длинного ключа с гарантией двух десятилетий криптоанализа.

Одним из способов объединения является многократное шифрование - для шифрования одного и того же блока открытого текста алгоритм шифрования используется несколько раз с несколькими ключами. Шифрова­ние каскадом похоже на многократное шифрование, но использует различные алгоритмы. Существуют и другие методы.

Повторное шифрование блока открытого текста одним и тем же ключом с помощью того же или другого алгоритма неразумно. Повторное использование того же алгоритма не увеличивает сложность вскрытия грубой силой. (Не забывайте, мы предполагаем, что алгоритм, включая количество шифрований, известен криптоаналитику.) При различных алгоритмах сложность вскрытия грубой силой может возрастать, а может и остаться неизменной. Если вы собираетесь использовать методы, описанные в этой главе, убедитесь, что ключи для последовательных шифрований различны и независимы.