1.7.4 Sp сети

Дальнейшие исследования Хорста Файстеля, финансируемые национальным институтом стандартов и технологий США, были направлены на создание нового национального стандарта США. Файстель за основу взял идею Шеннона. Для достижения желаемых перемешивающих и рассеивающих свойств шифра Хорст использовал блоки подстановок (S-блоки) и перестановок (P-блоки). Шифры, построенные по этой архитектуре, так и носят название – SP-сети.

Рисунок 1.5 SP-сеть

S-box – это заранее подготовленная таблица подстановок, задаваемая обычно массивом, входом которой является индекс массива, а выходом – значение по этому индексу.

uint8 S_box[64] = { 14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7, 0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8, 4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0, 15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13, }

Листинг 1.4 S-блок

Все значения в массиве должны быть различны иначе теряется однозначность замены данных.

4-битные блоки (Рисунок 1.6а) сами по себе слабы против статистического криптоанализа. Чтобы сделать их защищенными от данного вида атак требуется в несколько раз увеличить размер обрабатываемых двоичных последовательностей (Рисунок 1.6б), но это, в свою очередь, создает некоторые неудобства, .

Рисунок 1.6 принцип работы S-блока

а – 4-битный S-box

б – 128-битный S-box

P-box – это таблица перестановок. Используются эти блоки для усложнения частотного криптоанализа, и действительно, число возможных ключей в этом случае возрастает до N!. Но, нетрудно увидеть, что данный блок, в индивидуальном его использовании, легко скомпрометировать за N-1 итераций. Необходимо лишь подать на вход N-1 чисел, содержащих 1 в единственном бите, т.е.

000…001

000…100

000…010

…

001…000

010…000

100…000

после этого легко получить формулу преобразования данных.

Таким образом, мы имеем два простых преобразования, каждое из которых уязвимо к определенному виду атак; композиция же этих преобразований дает нам криптографически сильную систему. Применение в композиции двух подряд блоков перестановки или замены равносильно третьему блоку, полученному на основе этих двух, что не увеличивает стойкость шифра, поэтому необходимо чередовать S и P блоки.

2. Режимы использования блочных шифров ecb (Electronic Code Book). Режим простой замены

Исходные данные делятся на n-битовые блоки P_i. Последний блок при необходимости дополняется до длины n по определенному правилу. Каждый из них подвергается криптографическому преобразованию независимо:

C_i = E_k (P_i)

P_i = D_k (C_i)

Этот режим обладает рядом недостатков:

• Одинаковые блоки исходного текста преобразуются в совпадающие блоки шифротекста.

• Удаление блока шифротекста не оставляет следов.

• Вставка блока шифротекста также не оставляет следов.

Все эти недостатки предоставляют криптоаналитику дополнительную информацию об исходном тексте и дают возможность модифицировать данные (Рисунок 2.1).

Ошибка при передаче в одном блоке шифротекста соответственно влияет только на текущий блок исходного текста и не влияет на другие блоки.

Рисунок 2.1 Недостатки режима ECB