12. Отечественный стандарт шифрования данных

В нашей стране установлен единый алгоритм криптографического представления данных для систем обработки информации в сетях ЭВМ, отдельных вычислительных комплексов и ЭВМ, который определяется ГОСТ 28147-89.

Этот алгоритм криптографического преобразования данных представляет собой 64-битовый блочный алгоритм с 256-битовым ключом, предназначен для аппаратной и программной реализации, удовлетворяет криптографическим требованиям и не накладывает ограничений на степень секретности защищаемой информации.

При описании алгоритма используются следующие обозначения:

L и R - последовательности битов;

LR - конкатенация последовательностей L и R, в которой биты последовательности R следуют за битами последовательности L;

(+) - поразрядное сложение по модулю 2 (операция "исключающее ИЛИ");

[+] - сложение 32-разрядных чисел по модулю 2³²;

{+} - сложение 32-разрядных чисел по модулю 2³²-1.

Числа суммируются по следующему правилу:

A [+] B = A + B, если A + B < 2³²,

A [+] B = A + B - 2³², если A + B >= 2³².

A {+} B = A + B , если A + B < 2³² - 1,

A {+} B = A + B - (2³² - 1), если A + B >= 2³² - 1.

Алгоритм предусматривает четыре режима работы:

• простая замена;

• гаммирование;

• гаммирование с обратной связью;

• выработка имитовставки.

В любом случае для шифрования данных используется 256-битовый ключ K, который представляется в виде восьми 32-битовых подключей K_i:

K = K₇K₆K₅K₄K₃K₂K₁K₀.

Расшифрование выполняется по тому же ключу, что и шифрование, но этот процесс является инверсией процесса шифрования данных.

3.6Режим простой замены

Первый и самый простой режим - замена. Данные, подлежащие шифрованию, разбивают на 64-битовые блоки. Процедура шифрования блока открытых данных T₀ включает 32 цикла (j=1...32).

Блок T₀ разделяется на две последовательности по 32 бита: В(0)A(0), где В(0) - левые или старшие биты, A(0) - правые или младшие биты.

Эти последовательности вводят в накопители N₁ и N₂ перед началом первого цикла шифрования.

Первый цикл (j=1) процедуры шифрования 64-битового блока данных описывается следующими формулами:

{	A(1) = f ( A(0) [+] K0 ) (+) B(0), B(1)=A(0).

Здесь A(1) - заполнение накопителя N₁ после 1-го цикла шифрования

{	A(i)=f(A(i-1)[+]X(j)) (+) B(i-1), B(i)=A(i-1), если i=25, 26,..., 31; j=32-i

{	A(32)=A(31), B(32)=f(A(31)[+]X(0)) (+) B(31),

Здесь i обозначает номер итерации (i = 1, 2,..., 32).

Функция f называется функцией шифрования. Ее аргументом является сумма по модулю 2³² числа A(i), полученного на предыдущем шаге итерации, и числа X(j) ключа (размерность каждого из этих чисел равна 32 знакам).

Функция шифрования включает две операции над полученной 32-разрядной суммой. Первая операция называется подстановкой К. Блок подстановки К состоит из 8 узлов замены К(1) ... К(8) с памятью 64 бит каждый. Поступающий на блок подстановки 32-разрядный вектор разбивается на 8 последовательно идущих 4-х разрядных векторов, каждый из которых преобразуется в 4-х разрядный вектор соответствующим узлом замены, представляющим собой таблицу из 16 целых чисел в диапазоне 0...15.

Входной вектор определяет адрес строки в таблице, число из которой является выходным вектором. Затем 4-х разрядные выходные векторы последовательно объединяются в 32-разрядный вектор. Таблицы блока подстановки К содержит ключевые элементы, общие для сети ЭВМ и редко изменяемые.

Вторая операция - циклический сдвиг влево 32-разрядного вектора, полученного в результате подстановки К. 64-разрядный блок зашифрованных данных Т_ш представляется в виде Т_ш=A(32)B(32).

Остальные блоки открытых данных в режиме простой замены зашифровываются аналогично.

Следует иметь в виду, что режим простой замены допустимо использовать для шифрования данных только в ограниченных случаях. К этим случаям относится выработка ключа и зашифрование его с обеспечением имитозащиты (защиты от навязывания ложных данных) для передачи по каналам связи или хранения в памяти ЭВМ.