Технології захисту інформації - копия

Узагальнена структурна схема RSB алгоритму в режимі зашифрування наведена на рис. 4.17, у якому використані такі позначення:

RC (Rоund Code) – операції зашифрування тексту з раундовим ключем; RKij – j-й раундовий ключ на i-му кроці зашифрування.

Таким чином, алгоритм RSB (як і більшість сучасних симетричних блокових шифрів) складається з великої кількості перетворень, що повторюються раундів.

Рис. 4.17. Узагальнена структурна схема алгоритму RSB

Основні операції шифрування такі.

Операція циклічного зсуву (С). За допомогою даної операції здійснюється стохастичний циклічний зсув вліво (для операції зашифрування) N-розрядного блоку (N = 256, 512 або 1024 біти) на випадкове непарне число розрядів у межах від 1 до 255.

Операція перестановки (П) бітів у блоці виконується в такий спосіб. Біт, розташований у розряді блоку під номером x, переміщається в

розряд під номером y, який обчислюється за формулою:

y (xMП )m,

де Mп – матриця перестановки, що отримується із загального масиву зворотних модульних матриць та випадкової адреси, що задається восьмирозрядною шиною сектора П раундового ключа.

112

Операція заміни (підстановки) елементів блоку (З) є зворотною нелінійною матричною операцією та служить не тільки для розсіювання елементів алфавіту вихідного тексту, але й для підвищення криптостійкості самого RSB-алгоритму до лінійного і диференціального криптоаналізу. Заміна елементів блоку х (у ролі яких виступають вісім 8-, 16або 32-розрядних двійкових кодових комбінацій) на елементи у здійснюється перетворенням:

y((x M3 )m B)m,

уякому M3 – матриця заміни четвертого порядку, що вибирається з бази

за адресою, яка міститься в секторі 3 раундового ключа; розрядна функція (назвемо її бета-функцією), що надає нелінійності

цьому перетворенню. Оператор означає порозрядне сумування за модулем m.

Функції шифрування. У RSB-системі передбачені такі функції шифрування (табл. 4.15).

У табл. 4.15 прийняті такі позначення: великі літери характеризують варіант шифрування; малими літерами b та z (які замінюються цифрами в реальній назві) позначаються розміри блоку та елемента заміни у блоці, відповідно. Далі наведені приклади повного позначення RSB-

криптосистем: RSB-32S/512/32; RSB-32R/1024/8 і т. д.

Перейдемо до опису раундових функцій шифрування (F), скориставшись символами, якими позначаються такі перетворення:

С – стохастичний зсув блоку;

~

C – стохастичний зсув розширеного файла; П – операція перестановки бітів у блоці;

113

(П1), після цього для усіх 16-розрядних елементів блоку виконується операція заміни на індивідуальних матрицях і, нарешті, знову проводиться операція перестановки бітів у блоці (П2). Коли закінчується обробка останнього блоку розширеного файла, аналогічна обробка блоків проводиться спочатку на другому, потім на третьому, четвертому, п’ятому і, нарешті, на шостому раундових ключах. Після цього раундові ключі поновлюються за рахунок циклічного зсуву вліво загального ключа на сім розрядів і процедура обробки блоків триває за вище описаною схемою протягом восьми кроків шифрування.

4.6.2. Алгоритм "Мухомор"

В основу алгоритму "Мухомор" покладено математичні та структурні ідеї схеми Лая – Мессі [22], яка також використовує деякі ідеї, реалізовані в шифрі IDEA NXT. Але в цьому шифрі, порівняно з IDEA NXT, використано ефективніші як з точки зору стійкості, так і з точки зору продуктивності, оригінальні базові криптографічні алгоритми – функції ускладнення базових перетворень М-64, М-128 та М-256, розширено параметри для більших довжин блоків та ключів, запропоновано відповідні реалізації, а також удосконалено схеми розгортання підключів. Усе це дозволило уникнути низки потенційних вразливостей та підвищити продуктивність шифру для апаратної, програмної та апаратно-програм- ної реалізацій.

Структура алгоритму

Вхідними даними алгоритму "Мухомор" є відкритий текст та ключ шифрування, вихідними – шифротекст.

Вхідні, вихідні блоки даних і ключ шифрування алгоритму "Мухомор" подаються у вигляді бітових (байтових) рядків довжиною 128, 256 і 512 бітів (відповідно 16, 32 і 64 байти).

Байтові рядки довжиною n байтів подані у такій формі:

B0B1B2...Bn 1...,

де В0 відповідає першим восьми бітам, В1 – другим і так далі.

Операції лінійного розсіювання в алгоритмі "Мухомор" виконуються над полем Галуа GF(28), яке побудовано на незвідному поліномі:

m(x) x8 x 4 x3 x2 1.

115

Алгоритм підтримує довжину блоку та ключа в 128, 256 і 512 бітів, причому розмір ключа шифрування не може бути менше розміру блоку. Дозволені комбінації розміру блоку та довжини ключа шифрування наведено в табл. 4.16.

Алгоритм шифрування є ітеративною процедурою, що складається з попередньої та фінальної рандомізації а також раундового перетворення. Мінімальна кількість циклів шифрування (Nr) залежно від довжини блоку наведено в табл. 4.17.

Процедура зашифрування. На вхід процедури подається відкритий текст і підключі шифрування (рис. 4.18).

Вхідне значення (128, 256 або 512 бітів)

Вихідне значення (128, 256 або 512 бітів)

Рис. 4.18. Схема початкової та фінальної рандомізації

116

При цьому блок відкритого тексту або блок, оброблений цикловою функцією, задану кількість разів додається за модулем 2 з відповідними підключами (див. розділ схеми розгортання ключів, що відповідає довжині блоку та розміру ключа шифрування). Це і складає основу процедури початкової рандомізації (або, як кажуть, "відбілювання").

Схема циклового перетворення наведена на рис. 4.19.

Рис. 4.19. Блок-схема циклового перетворення

Вхідний блок розбивається на 4 однакових підблоки, різниця між якими подається на вхід функції ускладнення (М-64, М-128 або М-256 для розмірів блоку 128, 256 і 512 бітів відповідно). Вихідне значення функції ускладнення додається за модулем 2 із вхідними значеннями, після чого перший і третій підблоки піддаються операції ортогонального перетворення (ОП). У процесі шифрування виконується циклове перетворення за базовою схемою Лая – Мессі.

Функція ускладнення. Основним перетворенням у функції ускладнення є SL-перетворення, що виконує перетворення 32-бітових блоків даних. Схема SL-перетворення наведена на рис. 4.20.

117

Рис. 4.20. Схема SL-перетворення

При SL-перетворенні вхідне 32-бітове значення ділиться на 4 байти, кожний з яких заміняється відповідно до заданої таблиці підстановки. Після заміни 4 байти (а0,а1,а2, а3 ) подаються на вхід МДВ-перетворення, що виконує матричне множення такого вигляду:

Матриця МДВ-перетворення шифру "Мухомор" збігається з матрицею алгоритму Rijndael/AES, але операція множення виконується над іншим незвідним поліномом. Вихідний 32-бітовий вектор МДВперетворення (b0,b1,b2, b3 ) і є вихідним значенням SL-перетворення.

Функції ускладнення М-64, М-128 та М-256 влаштовані інакше. З деталями їх внутрішньої організації можна ознайомитися у [22].

Ортогональне перетворення (ОП) виконується на виході раундового перетворення для обробки першого та третього підблоків. Схема ОП наведена на рис. 4.21.

Вхідне значення ортогонального перетворення

(32, 64 або 128 бітів)

Вихідне значення ортогонального перетворення

(32, 64 або 128 бітів)

Рис. 4.21. Схема ортогонального перетворення

118

Обґрунтування структурної схеми алгоритму шифрування. ADE,

як і AES, є ітеративним блоковим шифром з різною довжиною блоку та різною довжиною ключа.

Алгоритм ADE побудований за класичною схемою підстановокперестановок та використовує всі переваги алгоритму AES.

З деяким спрощенням можна вважати, що ADE зводиться до відповідних блоків алгоритму AES, тобто при фіксуванні деяких системних параметрів алгоритм ADE легко трансформується в AES. Структурна схема алгоритму ADE у загальному виді представлена на рис. 4.22.

На схемі позначені:

"SubByte" – блок заміни байтів, що залежить від раундового ключа; "ShiftRow" – блок функціонального перетворення (на основі

циклічного зсуву), що залежить від раундового ключа;

"MixColumn" – блок лінійного перетворення (аналог перестановки), що функціонує під управлінням раундового ключа;

"AddRoundKey" – блок функціонального перетворення (додавання з ключем за модулем 2).

відкритийО крытый ттексткст

Шшифрованийованый ттексткст

Рис. 4.22. Структурна схема алгоритму шифрування ADE

120