Требования к алгоритмам шифрования

Основные требования, которым должны удовлетворять алгоритмы шифрования, ориентированные на применение в информационно-вычислительных системах (ИВС) общего пользования:

• криптограмма должна расшифровываться только при наличии ключа;

• число операций, необходимых для вскрытия ключа по открытому тексту и соответствующей ему криптограмме, должно быть не меньше числа всех возможных ключей;

• знание алгоритма шифрования не должно упрощать процедуры криптоанализа, выполняемой с целью вскрытия ключей и расшифрования криптограмм;

• незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению криптограммы;

• незначительное изменение открытого текста при неизменном ключе должно приводить к существенному изменению соответствующей криптограммы;

• структура алгоритма шифрования должна быть постоянной;

• в процессе шифрования должен быть предусмотрен контроль за шифруемым открытым текстом и ключом;

• сложность вскрытия очередного ключа по последовательности ранее применявшихся ключей должна быть сопоставимой со сложностью вскрытия ключа по открытому тексту и соответствующей ему криптограмме;

• множество всех ключей должно быть однородным и не должно содержать "слабых" ключей, применительно к которым процедуры криптоанализа относительно более просты и эффективны;

• криптограмма должна быть структурно однородной, т.е. не должна делиться на фрагменты, одни из которых априори известны как относящиеся к открытому тексту, а другие - как включенные в шифротекст в процессе зашифрования;

• алгоритм шифрования должен допускать как программную, так и аппаратную реализацию;

Алгоритм шифрования, удовлетворяющий перечисленным требованиям, считается криптостойким и пригодным для применения в различных службах безопасности ИВС общего пользования.

Симметричные криптосистемы

Множество методов защитных преобразований можно классифицировать на четыре большие группы: перестановки, замены (подстановки), аддитивные и комбинированные методы. Все эти методы давно придуманы и успешно применялись для ручного шифрования и также используются в современных криптосистемах.

Методы перестановки и подстановки обычно характеризуются корот­кой длиной ключа, а надежность их защиты определяется сложностью алгоритмов преобразования. Для аддитивных методов характерны простые алгоритмы преобразо­вания, а их надежность основана на увеличении длины ключа.

Блочные шифры

Представляют собой последовательность (с повторением и чередованием) перечисленных методов преобразования, применяемую к блоку (части) шифруемого текста. Блочные шифры на практике встречаются чаще, чем "чистые" преобразования того или иного класса в силу их более высокой криптостойкости.

Исходный открытый текст разбивается на блоки одинаковой длины (64 бита, 128 бит или другой размер), которые последовательно один за другим подвергаются криптографическому преобразованию, в результате которого получаются зашифрованные блоки текста такого – же размера.

Принципиальное значение для надежности шифрования имеет длина кода ключа, т. е. отношение его длины к длине закрываемого им текста. Чем больше оно приближается к единице, тем надежнее шифрование. При этом следует иметь в виду, что это отношение распространяется не только на данное сообщение, переданное однократно по назначению, но и на все остальные сообщения, закрытые этим же кодом ключа и передавае­мые постоянно и периодически в течение времени его существования до замены новым значением. Это объясняется тем, что мы не знаем времени подключения нарушителя к линии связи и поэтому заранее предполагаем наиболее опасный вариант, когда он подключен постоянно. В этом случае при многократном повторении кода ключа по всей длине текста существу­ет опасность его раскрытия статистическим методом. Вероятность этого события зависит не только от указанного выше отношения, но и от вы­бранного метода шифрования.

Все современные криптосистемы построены по принципу Кирхгоффа, то есть секретность зашифрованных сообщений определяется секретностью ключа. Это значит, что даже если сам алгоритм шифрования известен криптоаналитику, тот, тем не менее, не в состоянии расшифровать сообщение, если не располагает соответствующим ключом. Все классические блочные шифры соответствуют этому принципу и спроектированы таким образом, чтобы не было пути вскрыть их более эффективным способом, чем полным перебором по всему ключевому пространству, т.е. по всем возможным значениям ключа. Ясно, что стойкость таких шифров определяется размером используемого в них ключа.

Целью построения блочных шифров является не только создание стойкого алгоритма защиты информации, но и такого, чтобы его реализация была достаточно дешевой, а время работы как можно меньшим. Именно поэтому шифры, реализуемые на базе сбалансированных сетей Файстеля применяются гораздо чаще.