Шифрование данных с помощью алгоритма rc2.

Цель работы: изучить методы шифрования данных в алгоритме RC2 и освоить их практическое применение.

Теоретическое введение Структура алгоритма

Алгоритм RC2 шифрует данные блоками по 64 бита с использованием клю­чей переменного размера: от 8 до 1024 битов включительно; рекомендуемым размером ключа является 64 бита.

Алгоритм является сетью Фейстеля, в нем выполняются 18 раундов преобра­зований. Причем раунды алгоритма делятся на 2 типа: смешивающие (mix) раунды и объединяющие (mesh) раунды. Общая структура алгоритма такова:

1. Выполняются 5 смешивающих раундов.

2. Выполняется 1 объединяющий раунд.

3. Выполняются 6 смешивающих раундов.

4. Выполняется 1 объединяющий раунд.

5. Выполняются 5 смешивающих раундов.

Структура смешивающего раунда приведена на рис.8. Предполагается, что шифруемый блок данных разделен на 4 16-битных слова , над которыми смешивающий раунд в цикле по i от 0 до 3 выполняет следующие операции (составляющие показанную на рис. 1 функцию ):

где:

- Kj — фрагмент расширенного ключа, определяемый глобальной пере­менной j; данная переменная изначально равна нулю и увеличивается на 1 (как показано выше) в каждом смешивающем раунде; процедура расши­рения ключа подробно описана далее;

- & — побитовая логическая операция «и»;

-

27

~ х — побитовый комплемент к х;

Рис.8 Смешивающий раунд алгоритма RC2

- <<< — циклический сдвиг влево на число битов, определяемое значением (табл.2).

Таблица 2

i	0	1	2	3
	1	2	3	5

Таким образом, в каждой i -й итерации смешивающего раунда выполняется описанное выше преобразование (рис.9), которое модифицирует , на основе текущих значений трех остальных слов шифруемого блока и фрагмен­та расширенного ключа.

Рис.9 Функция алгоритма RC2.

А

28

налогично смешивающему раунду, в объединяющем раунде выполняется цикл по i от 0 до 3; в каждой итерации цикла выполняется следующая опе­рация:

R_i=R_i+K_n mod2¹⁶,

где n = &63.

Таким образом, итерация объединяющего раунда представляет собой нало­жение операцией сложения по модулю 2¹⁶ фрагмента расширенного ключа, индекс которого определяется 6 младшими битами текущего значения слова .

Процедура расширения ключа

Как было сказано выше, алгоритм RC2 использует ключи шифрования раз­мером от 8 до 1024 битов, т. е. от 1 до 128 байтов.

Расширение ключа подразумевает получение из ключа шифрования 16- битных фрагментов расширенного ключа К₀...К₆₃, используемых в смеши­вающих раундах — по одному в каждой из 4 итераций каждого из 16 смеши­вающих раундов. Данная процедура выполняется в несколько шагов:

1. Инициализируется байтовый массив , используемый при расши­рении ключа:

где — исходный ключ шифрования, имеющий размер T байтов. Остальные байты массива L обнуляются.

2. И

   29

   нициализируются другие переменные, участвующие в расширении ключа:

где:

• — размер ключа в битах;

• — эффективный размер ключа в байтах;

• — битовая маска, учитывающая остаточные биты ключа, если его размер в битах не кратен 8.

3. В цикле по i от до 127 выполняется следующая операция:

, где Р — табличная замена, приведенная в табл.3.

Таблица 3

с2

еО

41

бе

Of

51

cb

cc

24

91

af

50

al

f4

70

39

99

7с

За

85

23

b8

b4

7a

fc

02

36

5b

25

55

97

31

2d

5d

fa

98

еЗ

8a

92

ae

05

df

29

10

67

6c

ba

c9

d3

00

еб

cf

el

9e

a8

2c

63

16

01

3f

58

e2

89

a9

Od

38

34

lb

ab

33

ff

bO

bb

48

0c

5f

b9

bl

cd

2e

с5

f3

db

47

e5

a5

9c

77

0a

a6

20

68

fe

7f

cl

ad

d9	78	f9	c4	19	dd	b5	ed	28	e9	fd	79	4a	aO	d8	9d
сб	7е	37	83 -	2b	76	53	8e	62	4c	64	88	44	8b	fb	a2
17	9а	59	f5	87	b3	4f	13	61	45	6d	8d	09	81	7d	32
bd	8f	40	eb	86	b7	7b	0b	fO	95	21	22	5c	6b	4e	82
54	d6	65	93	ce	60	b2	lc	73	56	cO	14	a7	8c	fl	dc
12	75	ca	If	3b	be	e4	dl	42	3d	d4	30	a3	3c	b6	26
6f	bf	Oe	da	46	69	07	57	27	f2	Id	9b	be	94	43	03
f8	11	c7	f6	90	ef	3e	e7	06	c3	d5	2f	c8	66	le	d7
08	e8	ea	de	80	52	ее	f7	84	aa	72	ac	35	4d	6a	2a
96	la	d2	71	5a	15	49	74	4b	9f	dO	5e	04	18	a4	ec

Таким образом, значение 0 заменяется на D9, 1 — на 78 и т. д.

Псевдослучайная таблица Р сформирована на основе шестнадцатеричной записи дробной части числа .

4. Вычисляется :

30

5 В цикле по i от 127-Т8 до 0 выполняется следующее действие:

6. Для использования в шифрующих преобразованиях 128-байтная последо­вательность представляется в виде 16-битных слов К₀...К₆₃:

.

Расшифровывание выполняется по той же общей схеме, что и зашифровывание. Однако при расшифровывании используются другие операции, выпол­няемые в смешивающем и объединяющем раундах.

Смешивающий раунд расшифровывания в цикле по i от 3 до 0 выполняет следующие операции:

где:

>>> — циклический сдвиг вправо на число битов, определяемое значени­ем ;

- начальное значение j устанавливается не в 0, а в 63.

Аналогичным образом изменен и объединяющий раунд при расшифровыва­нии по сравнению с зашифровыванием. В нем в цикле по i от 3 до 0 выполня­ется следующая операция:

Аналогичным образом изменен и объединяющий раунд при расшифровыва­нии по сравнению с зашифровыванием. В нем в цикле по i от 3 до 0 выполня­ется следующая операция:

R_i=R_i-K_n mod 2¹⁶; где .

Задание:

Используя алгоритм шифрования данных RC2, написать программу шифрования и дешифрования произвольного набора символов на любом языке программирования.

Порядок выполнения работы:



31

написать на языке программирования функцию шифрования, в которую в качестве параметров передается ключ и символ (или строка символов) исходного текста.

 написать функцию дешифрования, в которую в качестве параметров передается ключ и символ (или строка символов) зашифрованного текста.

Оформление отчета:

В отчете следует привести краткие теоретические сведения. Кроме того, должны быть представлены: краткая блок-схема, текст программы, шифруемый набор символов, результаты выполнения программы.

Контрольные вопросы:

19. В чем заключается суть метода шифрования RC2?

20. Какой характерной особенностью процедура расширения ключа?

21. Что используется в качестве итерации объединяющего раунда?

32

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8