Методы и средства защиты информации
.pdf
Стандарт криптографическогопреобразованияданных ГОСТ 28147-89 441
бинацию, состоящую из двух последовательных 32-битовых блоков. Исходя из удобства изложения, далее будем называть любой 64-битовый блок комбинаци- ей, а также считать, что блок состоит их двух сцепленных подблоков из 32-х битов каждый.
Гамма накладывается поразрядно по модулю 2. Каждая комбинация гаммы представляет собой результат шифрпреобразования с помощью шифра простой замены на множестве 64-битовых комбинаций. Входные комбинации для указанного шифра, в общем случае, формируются в зависимости от ключей, псевдослучайного открытого параметра S (синхропосылка), известных констант с1, c2 и предыдущего блока шифртекста. Фактически задача каждого из режимов шифрования — это формирование 64-битовых комбинаций для входа в основной режим работы ГОСТ, называемый режимом простой замены. По сути, ключи необходимы для работы ГОСТ именно в этом режиме. Комбинация гаммы является результатом работы алгоритма в режиме простой замены.
Алгоритм ГОСТ в качестве исходных данных использует три параметра: K, X и Z — 64-битовый блок данных. Первый параметр является долговременным, а второй — сеансовым ключом.
Параметры независимы и имеют размер 512, 256 и 64 бита соответственно. K представляет собой отображение множества блоков в себя. Это отображение реализует потетрадную замену 32-разрядных блоков в 32-х разрядные и состоит из 8 подключей. Подключ Ki (i = 1, …, 8), входящий в K, является таблицей замены для i-той (слева) тетрады, т.е. состоит из 16 тетрад. В стандарте ключ K назы-
вается блоком подстановки, а подключи K — узлами замены.
Сеансовый ключ X состоит из восьми 32-разрядных подключей Xi, каждый из которых в соответствующий момент используется для суммирования с некоторым блоком по модулю 2. Режим простой замены алгоритма ГОСТ реализован в виде шифра Файстеля.
Шифрование блока открытого текста Z алгоритмом ГОСТ производится за 32 цикла. На каждом цикле происходит преобразование входной комбинации в выходную. Шифртекстом является результат работы ( выход) тридцать второго цикла, подвергнутый очень простому дополнительному преобразованию.
Процесс шифрования в режиме простой замены ( рис. , который обозначим через T = ГОСТ(S) можно представить в виде последовательности 34 блоков u = (U–2, U–1, U0, U1, U2, …, U30, U31), где U-1||U0 = S и U31||U30 = T.
Здесь U-1||U0 — результат работы цикла 0, U0||U1 — результат работы цикла 1 и т.д. до U31||U30 — результата работы цикла 31. Дополнительное преобразование меняет порядок следования блоков: U31||U30 = T.
На цикле i используется подключ Xt(i). При шифровании используется следующая последовательность выбора подключей от начального и до последнего цикла:
t(i) = {0,1,2,3,4,5,6,7; 0,1,2,3,4,5,6,7; 0,1,2,3,4,5,6,7; 7,6,5,4,3,2,1,0}
442 Глава 18. Криптографическая защита
При расшифровывании используется обратный порядок следования подключей.
В режиме гаммирования последовательность 64-битовых комбинаций гаммы имеет вид: γK = ГОСТ(φ(σK–1)), k = 1, 2, ..., где σ0 = ГОСТ(S). При этом для s1||s2
φ(σ) состоит из двух блоков: s1 º c1, s2 + c2.Здесь сложение с c2 производится по mod 232, а s1 º c1 = s1 + c1 mod(232 – 1) за исключением случая s1 º c1, s2 + c2, когда
результат принимается равным 232 – 1 . Шестнадцатеричное представление c1 и c2, соответственно, следующее: х01010101 и х01010104,
В режиме гаммирования с обратной связью
γ1 = ГОСТ(S), γk+1 = ГОСТ(γk Å tk), k = 1, 2, …, t — комбинация открытого текста.
Рис. 18.9. Цикл шифрования в режиме простой замены
Пример реализации алгоритма ГОСТ представлен в листингах 18.5 и 18.6 (компилятор — Microsoft Visual C 6.0).
Листинг 18.5. Пример реализации алгоритма ГОСТ на
языке C++ в виде библиотечного класса (библиотека Crypto++ 5.1)
#include "pch.h" #include "gost.h" #include "misc.h"
Стандарт криптографическогопреобразованияданных ГОСТ 28147-89 443
Продолжение листинга 18.5
NAMESPACE_BEGIN(CryptoPP)
// S-блоки
const byte GOST::Base::sBox[8][16]={
{4, 10, 9, 2, 13, 8, 0, 14, 6, 11, 1, 12, 7, 15, 5, 3}, {14, 11, 4, 12, 6, 13, 15, 10, 2, 3, 8, 1, 0, 7, 5, 9}, {5, 8, 1, 13, 10, 3, 4, 2, 14, 15, 12, 7, 6, 0, 9, 11}, {7, 13, 10, 1, 0, 8, 9, 15, 14, 4, 6, 12, 11, 2, 5, 3}, {6, 12, 7, 1, 5, 15, 13, 8, 4, 10, 9, 14, 0, 3, 11, 2}, {4, 11, 10, 0, 7, 2, 1, 13, 3, 6, 8, 5, 9, 12, 15, 14}, {13, 11, 4, 1, 3, 15, 5, 9, 0, 10, 14, 7, 6, 8, 2, 12}, {1, 15, 13, 0, 5, 7, 10, 4, 9, 2, 3, 14, 6, 11, 8, 12}};
bool GOST::Base::sTableCalculated = false; word32 GOST::Base::sTable[4][256];
void GOST::Base::UncheckedSetKey(CipherDir direction, const byte *userKey, unsigned int length)
{
AssertValidKeyLength(length);
PrecalculateSTable();
GetUserKey(LITTLE_ENDIAN_ORDER, key.begin(), 8, userKey, KEYLENGTH);
}
void GOST::Base::PrecalculateSTable()
{
if (!sTableCalculated)
{
for (unsigned i = 0; i < 4; i++)
for (unsigned j = 0; j < 256; j++)
{
word32 temp = sBox[2*i][j%16] | (sBox[2*i+1][j/16] << 4); sTable[i][j] = rotlMod(temp, 11+8*i);
}
sTableCalculated=true;
}
} |
|
#define f(x) ( t=x, |
\ |
sTable[3][GETBYTE(t, 3)] ^ sTable[2][GETBYTE(t, 2)] \
444 Глава 18. Криптографическая защита
Продолжение листинга 18.5
^ sTable[1][GETBYTE(t, 1)] ^ sTable[0][GETBYTE(t, 0)]
)
typedef BlockGetAndPut<word32, LittleEndian> Block;
void GOST::Enc::ProcessAndXorBlock(const byte *inBlock, const byte *xorBlock, byte *outBlock) const
{
word32 n1, n2, t; Block::Get(inBlock)(n1)(n2);
for (unsigned int i=0; i<3; i++)
{
n2 ^= f(n1+key[0]);
n1 ^= f(n2+key[1]);
n2 ^= f(n1+key[2]);
n1 ^= f(n2+key[3]);
n2 ^= f(n1+key[4]);
n1 ^= f(n2+key[5]);
n2 ^= f(n1+key[6]);
n1 ^= f(n2+key[7]);
}
n2 ^= f(n1+key[7]);
n1 ^= f(n2+key[6]);
n2 ^= f(n1+key[5]);
n1 ^= f(n2+key[4]);
n2 ^= f(n1+key[3]);
n1 ^= f(n2+key[2]);
n2 ^= f(n1+key[1]);
n1 ^= f(n2+key[0]);
Block::Put(xorBlock, outBlock)(n2)(n1);
}
void GOST::Dec::ProcessAndXorBlock(const byte *inBlock, const byte *xorBlock, byte *outBlock) const
{
word32 n1, n2, t;
Block::Get(inBlock)(n1)(n2);
Стандарт криптографическогопреобразованияданных ГОСТ 28147-89 445
Окончание листинга 18.5
n2 ^= f(n1+key[0]);
n1 ^= f(n2+key[1]);
n2 ^= f(n1+key[2]);
n1 ^= f(n2+key[3]);
n2 ^= f(n1+key[4]);
n1 ^= f(n2+key[5]);
n2 ^= f(n1+key[6]);
n1 ^= f(n2+key[7]);
for (unsigned int i=0; i<3; i++)
{
n2 ^= f(n1+key[7]);
n1 ^= f(n2+key[6]);
n2 ^= f(n1+key[5]);
n1 ^= f(n2+key[4]);
n2 ^= f(n1+key[3]);
n1 ^= f(n2+key[2]);
n2 ^= f(n1+key[1]);
n1 ^= f(n2+key[0]);
}
Block::Put(xorBlock, outBlock)(n2)(n1);
}
NAMESPACE_END
Листинг 18.6. Заголовочный файл gost.h, используемый при реализации алгоритма ГОСТ на
языке C++ в виде библиотечного класса (библиотека Crypto++ 5.1)
#ifndef CRYPTOPP_GOST_H #define CRYPTOPP_GOST_H
#include "seckey.h" #include "secblock.h"
NAMESPACE_BEGIN(CryptoPP)
struct GOST_Info : public FixedBlockSize<8>, public FixedKeyLength<32>
{ static const char *StaticAlgorithmName() {return "GOST";}};
446 Глава 18. Криптографическая защита
Окончание листинга 18.6
{
class Base : public BlockCipherBaseTemplate<GOST_Info>
{
public:
void UncheckedSetKey(CipherDir direction,
const byte *userKey, unsigned int length);
protected:
static void PrecalculateSTable();
static const byte sBox[8][16]; static bool sTableCalculated; static word32 sTable[4][256];
FixedSizeSecBlock<word32, 8> key;
};
class Enc : public Base
{
public:
void ProcessAndXorBlock(const byte *inBlock,
const byte *xorBlock, byte *outBlock) const;
};
class Dec : public Base
{
public:
void ProcessAndXorBlock(const byte *inBlock,
const byte *xorBlock, byte *outBlock) const;
};
public:
typedef BlockCipherTemplate<ENCRYPTION, Enc> Encryption; typedef BlockCipherTemplate<DECRYPTION, Dec> Decryption;
};
typedef GOST::Encryption GOSTEncryption; typedef GOST::Decryption GOSTDecryption; NAMESPACE_END
#endif
Аналоговыескремблеры 449
стратегический, что в некотором смысле перекликается с понятиями практи- ческой и теоретической стойкости криптосистем закрытия данных.
Рис. 19.3. Схема широкополосной системы закрытия речи
Рис. 19.4. Схема узкополосной системы закрытия речи
Тактический, или низкий, уровень используется для защиты информации от прослушивания посторонними лицами на период, измеряемый от минут до дней. Существует много простых методов и способов обеспечения такого уровня защиты с приемлемой стойкостью.
Стратегический, или высокий, уровень ЗИ от перехвата используется в ситуациях, подразумевающих, что высококвалифицированному, технически хорошо оснащенному специалисту потребуется для дешифрования перехваченного сообщения период времени от несколькихмесяцев до несколькихлет.
Часто применяется и понятие средней степени защиты, занимающее промежуточное положениемежду тактическими стратегическимуровнем закрытия.
По результатам проведенных исследований можно составить диаграммы (рис 19.5), показывающие взаимосвязь между различными методами закрытия речевых сигналов, степенью секретности и качеством восстановленной речи.
Следует отметить, что такое понятие, как качество восстановленной речи, строго говоря, достаточно условно. Под ним обычно понимают узнаваемость абонента и разборчивость принимаемого сигнала.
