Каталог :: Программирование и комп-ры

Курсовая: Криптографические методы защиты информации. Метод комбинированного шифрования

        ÂÂÅÄÅÍÈÅ.        
     Êðèïòîãðàôè÷åñêàÿ çàùèòà èíôîðìàöèè.
Êðèïòîãðàôèÿ
- íàóêà î
çàùèòå
èíôîðìàöèè
îò
ïðî÷òåíèÿ
åå
ïîñòîðîííèìè.
Çàùèòà
äîñòèãàåòñÿ
øèôðîâàíèåì,
ò.å.
ïðåîáðàçîâàíèåì,
êîòîðîå
äåëàåò
çàùèùåííûå
âõîäíûå
äàííûå
òðóäíîðàñêðûâàåìûìè
ïî âûõîäíûì
äàííûì áåç
çíàíèÿ
ñïåöèàëüíîé
êëþ÷åâîé
èíôîðìàöèè -
êëþ÷à.  Ïîä
êëþ÷îì
ïîíèìàåòñÿ
ëåãêî
èçìåíÿåìàÿ
÷àñòü
êðèïòîñèñòåìû,
õðàíÿùàÿñÿ â
òàéíå è
îïðåäåëÿþùàÿ,
êàêîå
øèôðóþùèå
ïðåîáðàçîâàíèå
èç
âîçìîæíûõ
âûïîëíÿåòñÿ
â äàííîì
ñëó÷àå.
Êðèïòîñèñòåìà
- ñåìåéñòâî
âûáèðàåìûõ
ñ ïîìîùüþ
êëþ÷à
îáðàòèìûõ
ïðåîáðàçîâàíèé,
êîòîðûå
ïðåîáðàçóþò
çàùèùàåìûé
îòêðûòûé
òåêñò â
øèôðîãðàììó
è îáðàòíî.
Æåëàòåëüíî, ÷òîáû ìåòîäû øèôðîâàíèÿ îáëàäàëè  ìèíèìóì  äâóìÿ ñâîéñòâàìè:
·        çàêîííûé ïîëó÷àòåëü ñìîæåò âûïîëíèòü îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå è ðàñøèôðîâàòü ñîîáùåíèå;
·        êðèïòîàíàëèòèê ïðîòèâíèêà,  ïåðåõâàòèâøèé ñîîáùåíèå, íå ñìîæåò âîññòàíîâèòü ïî  íåìó èñõîäíîå ñîîáùåíèå áåç òàêèõ çàòðàò âðåìåíè è ñðåäñòâ, êîòîðûå ñäåëàþò ýòó ðàáîòó ðàáîòó íåöåëåñîîáðàçíîé.
     Íàèáîëåå èçâåñòíûå êðèïòîñèñòåìû.
Ïî õàðàêòåðó  èñïîëüçîâàíèÿ  êëþ÷à  èçâåñòíûå  êðèïòîñèñòåìû  ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâà òèïà:  ñèììåòðè÷íûå (îäíîêëþ÷åâûå,  ñ ñåêðåòíûì êëþ÷îì) è íåñèììåòðè÷íûå (ñ îòêðûòûì êëþ÷îì).
 øèôðàòîðå îòïðàâèòåëÿ è äåøèôðàòîðå ïîëó÷àòåëÿ èñïîëüçóåòñÿ îäèí è òîò æå êëþ÷.  Øèôðàòîð îáðàçóåò  øèôðòåêñò, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé îòêðûòîãî òåêñòà, êîíêðåòíûé âèä  ôóíêöèè øèôðîâàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñåêðåòíûì êëþ÷îì.  Äåøèôðàòîð ïîëó÷àòåëÿ ñîîáùåíèÿ  âûïîëíÿåò îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå àíàëîãè÷íûì îáðàçîì. Ñåêðåòíûé êëþ÷ õðàíèòñÿ â òàéíå è ïåðåäàåòñÿ  îòïðàâèòåëåì ñîîáùåíèÿ  ïîëó÷àòåëÿ ïî êàíàëó,  èñêëþ÷àþùåìó ïåðåõâàò êëþ÷à êðèïòîàíàëèòèêîì ïðîòèâíèêà.  Îáû÷íî ïðåäïîëàãàåòñÿ ïðàâèëî Êèðõãîôà:
ñòîéêîñòü  øèôðà  îïðåäåëÿåòñÿ  òîëüêî  ñåêðåòíîñòüþ êëþ÷à,ò.å. êðèïòîàíàëèòèêó èçâåñòíû âñå äåòàëè  ïðîöåññà  øèôðîâàíèÿ  è  äåøèôðîâàíèÿ, êðîìå ñåêðåòíîãî êëþ÷à.
Îòêðûòûé òåêñò îáû÷íî èìååò ïðîèçâîëüíóþ äëèíó: åñëè åãî ðàçìåð âåëèê è îí íå ìîæåò áûòü îáðàáîòàí âû÷èñëèòåëüíûì óñòðîéñòâîì øèôðàòîðà öåëèêîì,  òî îí ðàçáèâàåòñÿ íà áëîêè ôèêñèðîâàííîé äëèíû, è êàæäûé áëîê øèôðóåòñÿ â îòäåëüíîñòè, íåçàâèñèìî îò åãî ïîëîæåíèÿ âî âõîäíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Òàêèå êðèïòîñèñòåìû íàçûâàþòñÿ ñèñòåìàìè áëî÷íîãî øèôðîâàíèÿ.
Íà ïðàêòèêå
îáû÷íî
èñïîëüçóþò
äâà îáùèõ
ïðèíöèïà
øèôðîâàíèÿ:
ðàññåèâàíèå
è
ïåðåìåøèâàíèå.
Ðàññåèâàíèå
çàêëþ÷àåòñÿ
â
ðàñïðîñòðàíåíèè
âëèÿíèÿ
îäíîãî
ñèìâîëà
îòêðûòîãî
òåêñòà íà
ìíîãî
ñèìâîëîâ
øèôðòåêñòà:
ýòî
ïîçâîëÿåò
ñêðûòü
ñòàòèñòè÷åñêèå
ñâîéñòâà
îòêðûòîãî
òåêñòà.
Ðàçâèòèåì
ýòîãî
ïðèíöèïà
ÿâëÿåòñÿ
ðàñïðîñòðàíåíèå
âëèÿíèÿ
îäíîãî
ñèìâîëà
êëþ÷à íà
ìíîãî
ñèìâîëîâ
øèôðîãðàììû,
÷òî
ïîçâîëÿåò
èñêëþ÷èòü
âîññòàíîâëåíèå
êëþ÷à  ïî
÷àñòÿì.
Ïåðåìåøèâàíèå
ñîñòîèò â
èñïîëüçîâàíèè
òàêèõ
øèôðóþùèõ
ïðåîáðàçîâàíèé,
êîòîðûå
èñêëþ÷àþò
âîññòàíîâëåíèå
âçàèìîñâÿçè
ñòàòèñòè÷åñêèõ
ñâîéñòâ
îòêðûòîãî è
øèôðîâàííîãî
òåêñòà.
Ðàñïðîñòðàíåííûé
ñïîñîá
äîñòèæåíèÿ
õîðîøåãî
ðàññåèâàíèÿ
ñîñòîèò â
èñïîëüçîâàíèè
ñîñòàâíîãî
øèôðà,
êîòîðûé
ìîæåò áûòü
ðåàëèçîâàí
â âèäå
íåêîòîðîé
ïîñëåäîâàòåëüíîñòè
ïðîñòûõ
øèôðîâ,
êàæäûé èç
êîòîðûõ
âíîñèò
íåáîëüøîé
âêëàä â
çíà÷èòåëüíîå
ñóììàðíîå
ðàññåèâàíèå
è
ïåðåìåøèâàíèå.
 êà÷åñòâå
ïðîñòûõ
øèôðîâ ÷àùå
âñåãî
èñïîëüçóþò
ïðîñòûå
ïîäñòàíîâêè
è
ïåðåñòàíîâêè.
Èçâåñòíû
òàêæå
ìåòîäû
àíàëèòè÷åñêîãî
ïðåîáðàçîâàíèÿ,
ãàììèðîâàíèÿ,
à òàêæå
ìåòîä
êîìáèíèðîâàííîãî
øèôðîâàíèÿ.
     Çàùèòà èíôîðìàöèè 
     ìåòîäîì êîìáèíèðîâàííîãî øèôðîâàíèÿ.
Âàæíåéøèì
òðåáîâàíèåì
ê ñèñòåìå
øèôðîâàíèÿ
ÿâëÿåòñÿ
ñòîéêîñòü
äàííîé
ñèñòåìû. Ê
ñîæàëåíèþ,
ïîâûøåíèå
ñòîéêîñòè
ïðè ïîìîùè
ëþáîãî
ìåòîäà
ïðèâîäèò, êàê
ïðàâèëî, ê
òðóäíîñòÿì
è ïðè
øèôðîâàíèè
îòêðûòîãî
òåêñòà è ïðè
åãî
ðàñøèôðîâêå.
Îäíèì èç
íàèáîëåå
ýôôåêòèâíûõ
ìåòîäîâ
ïîâûøåíèÿ
ñòîéêîñòè
øèôð-òåêñòà
ÿâëÿåòñÿ
ìåòîä
êîìáèíèðîâàííîãî
øèôðîâàíèÿ.
Ýòîò ìåòîä
çàêëþ÷àåòñÿ
â
èñïîëüçîâàíèè
è
êîìáèíèðîâàíèè
íåñêîëüêèõ
ïðîñòûõ
ñïîñîáîâ
øèôðîâàíèÿ.
Òàê,
íàïðèìåð,
ìîæíî
èñïîëüçîâàòü
ìåòîä
øèôðîâàíèÿ
ïðîñòîé
ïåðåñòàíîâêîé
â ñî÷åòàíèè
ñ ìåòîäîì
àíàëèòè÷åñêèõ
ïðåîáðàçîâàíèé
èëè òåêñò,
çàøèôðîâàííûé
ìåòîäîì
ãàììèðîâàíèÿ,
äîïîëíèòåëüíî
çàùèòèòü
ïðè ïîìîùè
ïîäñòàíîâêè.
Ðàññìîòðèì ïðèìåð :
1.      Âîçüìåì â êà÷åñòâå îòêðûòîãî òåêñòà ñîîáùåíèå :ß ïèøó êóðñîâóþ.
Çàùèèì ýòîò òåêñò ìåòîäîì ïðîñòîé ïåðåñòàíîâêè, èñïîëüçóÿ â êà÷åñòâå êëþ÷à ñëîâî "çà÷åò" è îáîçíà÷àÿ ïðîáåë áóêâîé "ü" :
     

Ç

À

×

Å

Ò

À

Å

Ç

Ò

×

ÿüïèøüèÿøï
óüêóðüóóðê
ñîâóþîóñþâ
Âûïèñûâàåì áóêâû îòêðûòîãî òåêñòà ïîä áóêâàìè êëþ÷à. Çàòåì áóêâû êëþ÷à ðàññòàâëÿåì â àëôàâèòíîì ïîðÿäêå. Âûïèñûâàåì áóêâû ïî ñòîëáöàì è ïîëó÷àåì øèôðòåêñò: üüîèóóÿóñøðþïêâ. Ïîëó÷åííîå ñîîáùåíèå çàøèôðóåì ñ ïîìîùüþ ìåòîäà ïîäñòàíîâêè : Ïóñòü êàæäîìó ñèìâîëó ðóññêîãî àëôàâèòà ñîîòâåòñòâóåò ÷èñëî îò 0 äî 32, òî åñòü áóêâå À áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü 0, áóêâå Á - 1 è ò. ä. Âîçüìåì òàêæå íåêîå ÷èñëî, íàïðèìåð 2, êîòîðîå áóäåò êëþ÷åì øèôðà. Ïðèáàâëÿÿ ê ÷èñëó, ñîîòâåòñòâóþùåìó îïðåäåëåííîìó ñèìâîëó, 2, ìû ïîëó÷èì íîâûé ñèìâîë, íàïðèìåð åñëè À ñîîòâåòñòâóåò 0, òî ïðè ïðèáàâëåíèè 2 ïîëó÷àåì  è òàê äàëåå. Ïîëüçóÿñü ýòèì, ïîëó÷àåì íîâûé øèôðòåêñò : þþðêõõáõóüòàñìä Èòàê èìåÿ îòêðûòûé òåêñò : ß ïèøó êóðñîâóþ , ïîñëå ïðåîáðàçîâàíèé ïîëó÷àåì øèôðòåêñò: þþðêõõáõóüòàñìä, èñïîëüçóÿ ìåòîäû ïåðåñòàíîâêè è çàìåíû. Ðàñêðûòü òåêñò ðàñøèôðîâùèê ñìîæåò, çíàÿ, ÷òî êëþ÷àìè ÿâëÿþòñÿ ÷èñëî 2 è ñëîâî "çà÷åò" è ñîîòâåòñòâåííî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èõ ïðèìåíåíèÿ. Äîïîëíåíèÿ DES-ñòàíäàðò ÑØÀ íà øèôðîâàíèå äàííûõ. Îäíèì èç íàèëó÷øèõ ïðèìåðîâ êðèïòîàëãîðèòìà, ðàçðàáîòàííîãî â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïàìè ðàññåèâàíèÿ è ïåðåìåøèâàíèÿ, ìîæåò ñëóæèòü ïðèíÿòûé â 1977 ãîäó Íàöèîíàëüíûì áþðî ñòàíäàðòîâ ÑØÀ ñòàíäàðò øèôðîâàíèÿ äàííûõ DES (Data Enscription Standard). Íåñìîòðÿ íà èíòåíñèâíûå è òùàòåëüíûå èññëåäîâàíèÿ àëãîðèòìà ñïåöèàëèñòàìè, ïîêà íå íàéäåíî óÿçâèìûõ ìåñò àëãîðèòìà, íà îñíîâå êîòîðûõ ìîæíî áûëî áû ïðåäëîæèòü ìåòîä êðèïòîàíàëèçà, ñóùåñòâåííî ëó÷øèé, ÷åì ïîëíûé ïåðåáîð êëþ÷åé. Îáùåå ìíåíèå òàêîâî: DES - èñêëþ÷èòåëüíî õîðîøèé øèôð. Êðèïòîãðàôèÿ èçâåñòíà ñ äðåâíåéøèõ âðåìåí (äîñòàòî÷íî âñïîìíèòü êîäû Öåçàðÿ) è äî íåäàâíåãî âðåìåíè îñòàâàëàñü ïðèâèëåãèåé èñêëþ÷èòåëüíî ãîñóäàðñòâåííûõ è âîåííûõ ó÷ðåæäåíèé. Ñèòóàöèÿ ðåçêî èçìåíèëàñü ïîñëå ïóáëèêàöèè â 1949 ãîäó êíèãè Ê.Øåííîíà "Ðàáîòû ïî òåîðèè èíôîðìàöèè è êèáåðíåòèêå". Êðèïòîãðàôèÿ ñòàëà îáúåêòîì ïðèñòàëüíîãî âíèìàíèÿ ìíîãèõ ó÷åíûõ. Ïðèíÿòèå ñòàíäàðòà øèôðîâàíèÿ DES ÿâèëîñü ìîùíûì òîë÷êîì ê øèðîêîìó ïðèìåíåíèþ øèôðîâàíèÿ â êîììåð÷åñêèõ ñèñòåìàõ. Ââåäåíèå ýòîãî ñòàíäàðòà - îòëè÷íûé ïðèìåð óíèôèêàöèè è ñòàíäàðòèçàöèè ñðåäñòâ çàùèòû. Ïðèìåðîì ñèñòåìíîãî ïîäõîäà ê ñîçäàíèþ åäèíîé êðóïíîìàñøòàáíîé ñèñòåìû çàùèòû èíôîðìàöèè ÿâëÿåòñÿ äèðåêòèâà Ìèíèñòåðñòâà ôèíàíñîâ ÑØÀ 1984 ãîäà, ñîãëàñíî êîòîðîé âñå îáùåñòâåííûå è ÷àñòíûå îðãàíèçàöèè, âåäóùèå äåëà ñ ïðàâèòåëüñòâîì ÑØÀ, îáÿçàíû âíåäðèòü ïðîöåäóðó øèôðîâàíèÿ DES; êðóïíåéøèå áàíêè - Citibank, Chase Manhattan Bank, Manufaktures Hannover Trust, Bank of America, Security Pacific Bank - òàêæå âíåäðèëè ýòó ñèñòåìó. Ìèíèñòåðñòâî ýíåðãåòèêè ÑØÀ ðàñïîëàãàåò áîëåå ÷åì 30 äåéñòâóþùèìè ñåòÿìè, â êîòîðûõ èñïîëüçóåòñÿ àëãîðèòì DES. Ìèíèñòåðñòâî þñòèöèè óñòàíàâëèâàåò 20000 ðàäèîóñòðîéñòâ, ðàñïîëàãàþùèõ ñðåäñòâàìè çàùèòû íà áàçå DES. Ñòàíäàðòèçàöèÿ â ïîñëåäíåå âðåìÿ ïðèîáðåòàåò ìåæäóíàðîäíûé õàðàêòåð, ïîäòâåðæäåíèå òîìó - ìåæäóíàðîäíûé ñòàíäàðò 1987 ãîäà ISO 8372, ðàçðàáîòàííûé íà îñíîâå êðèïòîàëãîðèòìà DES.  êà÷åñòâå ñòàíäàðòíîé àïïàðàòóðû øèôðîâàíèÿ ìîæíî íàçâàòü óñòðîéñòâî Cidex-ÍÕ, áàçèðóþùååñÿ íà àëãîðèòìå DES; ñêîðîñòü øèôðîâàíèÿ - îò 56 Êáèò/ñ äî 7 Ìáèò/ñ. Ñåðèéíî âûïóñêàåòñÿ àâòîíîìíûé øèôðîâàëüíûé áëîê DES 2000, â íåì òàêæå èñïîëüçóåòñÿ ïðîöåäóðà øèôðîâàíèÿ DES; ñêîðîñòü øèôðîâàíèÿ - îò 38,4 Êáèò/ñ äî 110Êáèò/ñ.  ðàçëè÷íûõ ñåêòîðàõ êîììåð÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè èñïîëüçóåòñÿ ïðîöåññîð øèôðîâàíèÿ/äåøèôðîâàíèÿ äàííûõ FACOM 2151À íà îñíîâå àëãîðèòìà DES; ñêîðîñòü - îò 2,4 Êáèò/ñ äî 19,2 Êáèò/ñ. Ñ ðàñïðîñòðàíåíèåì ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ íàèáîëåå ýôôåêòèâíûìè äëÿ íèõ ñòàëè ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà çàùèòû. Òàê, ðàçðàáîòàí ïàêåò ïðîãðàìì äëÿ øèôðîâàíèÿ/äåøèôðîâàíèÿ èíôîðìàöèè ÑÒÀ (Computer Intelligence Access), ðåàëèçóþùèé àëãîðèòì DES. Ýòîò æå àëãîðèòì èñïîëüçîâàí â ïàêåòå SecretDisk (C F Systems) äëÿ èñêëþ÷åíèÿ íåñàíêöèîíèðîâàííîãî äîñòóïà ê äèñêàì. Òàêèì îáðàçîì, àëãîðèòì DES ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îñíîâíîé ìåõàíèçì, ïðèìåíÿâøèéñÿ ÷àñòíûìè è ãîñóäàðñòâåííûìè ó÷ðåæäåíèÿìè ÑØÀ äëÿ çàùèòû èíôîðìàöèè.  òî æå âðåìÿ Àãåíñòâî íàöèîíàëüíîé áåçîïàñíîñòè, âûñòóïàþùåå êàê ýêñïåðò ïî êðèïòîãðàôè÷åñêèì àëãîðèòìàì, ðàçðàáàòûâàåò íîâûå àëãîðèòìû øèôðîâàíèÿ äàííûõ äëÿ ìàññîâîãî èñïîëüçîâàíèÿ.  1987 ãîäó Íàöèîíàëüíîå áþðî ñòàíäàðòîâ ïîñëå îáñóæäåíèÿ ïîäòâåðäèëî äåéñòâèå DES; åãî ïåðåñìîòð íàìå÷àëîñü ïðîâåñòè íå ïîçäíåå ÿíâàðÿ 1992 ãîäà, è íà ñåãîäíÿøíèé äåíü äåéñòâèå DES îãðàíè÷èâàåòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî êîììåð÷åñêèìè ñèñòåìàìè. DES ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàí àïïàðàòíî è ïðîãðàììíî, íî áàçîâûé àëãîðèòì âñ¸ æå ðàññ÷èòàí íà ðåàëèçàöèþ â ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâàõ ñïåöèàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ. Ñàìûì ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì DES ñ÷èòàåòñÿ ìàëûé ðàçìåð êëþ÷à.Ñòàíäàðò â íàñòîÿùåå âðåìÿ íå ñ÷èòàåòñÿ íåóÿçâèìûì, õîòÿ è î÷åíü òðóäåí äëÿ ðàñêðûòèÿ (äî ñèõ ïîð íå áûëè çàðåãèñòðèðîâàíû ñëó÷àè íåñàíêöèîíèðîâàííîé äåøèôðàöèè. Åù¸ îäèí íåäîñòàòîê DES çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî îäèíàêîâûå äàííûå áóäóò îäèíàêîâî âûãëÿäåòü â çàøèôðîâàííîì òåêñòå. ÃÎÑÒ 28147-89 - îòå÷åñòâåííûé ñòàíäàðò øèôðîâàíèÿ äàííûõ.  Ðîññèè óñòàíîâëåí åäèíûé àëãîðèòì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ äàííûõ äëÿ ñèñòåì îáðàáîòêè èíôîðìàöèè â ñåòÿõ ÝÂÌ, îòäåëèòåëüíûõ êîìïëåêñàõ è ÝÂÌ, êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ ÃÎÑÒ 28147-89. Àëãîðèòì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ äàííûõ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ àïïàðàòíîé èëè ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè, óäîâëåòâîðÿåò êðèïòîãðàôè÷åñêèì òðåáîâàíèÿì è íå íàêëàäûâàåò îãðàíè÷åíèé íà ñòåïåíü ñåêðåòíîñòè çàùèùàåìîé èíôîðìàöèè. ×òîáû ïîëó÷èòü ïîäðîáíûå ñïåöèôèêàöèè àëãîðèòìà êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, ñëåäóåò îáðàòèòüñÿ ê ÃÎÑÒ 28147-89. Áåçóñëîâíî, ïðèâåäåííûé íèæå ìàòåðèàë íå äîëæåí íè ïðè êàêèõ óñëîâèÿõ èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïðîãðàììíîé èëè àïïàðàòíîé ðåàëèçàöèè àëãîðèòìà êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ. Ïðè îïèñàíèè àëãîðèòìà èñïîëüçóþòñÿ ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ: Åñëè L è R - ýòî ïîñëåäîâàòåëüíîñòè áèò, òî LR áóäåò îáîçíà÷àòü êîíêàòåíàöèþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé L è R. Ïîä êîíêàòåíàöèåé ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé L è R ïîíèìàåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áèò, ðàçìåðíîñòü êîòîðîé ðàâíà ñóììå ðàçìåðíîñòåé L è R.  ýòîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè áèòû ïîñëåäîâàòåëüíîñòè R ñëåäóþò çà áèòàìè ïîñëåäîâàòåëüíîñòè L. Êîíêàòåíàöèÿ áèòîâûõ ñòðîê ÿâëÿåòñÿ àññîöèàòèâíîé, ò.å. çàïèñü ABCDE îáîçíà÷àåò, ÷òî çà áèòàìè ïîñëåäîâàòåëüíîñòè À ñëåäóþò áèòû ïîñëåäîâàòåëüíîñòè Â, çàòåì Ñ è ò.ä. Ñèìâîëîì (+) áóäåò îáîçíà÷àòüñÿ îïåðàöèÿ ïîáèòîâîãî ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ 2, ñèìâîëîì [+] - îïåðàöèÿ ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ ( 2 â 32 ñòåïåíè) äâóõ 32-ðàçðÿäíûõ ÷èñåë. ×èñëà ñóììèðóþòñÿ ïî ñëåäóþùåìó ïðàâèëó: A [+] B = A + B , åñëè A + B <> (2 â 32 ñòåïåíè), A [+] B = A + B - ( 2 â 32 ñòåïåíè), åñëè A + B = 2 â 32 Ñèìâîëîì {+} îáîçíà÷àåòñÿ îïåðàöèÿ ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ ((2 â à532à0) -1) äâóõ 32 ðàçðÿäíûõ ÷èñåë. Ïðàâèëà ñóììèðîâàíèÿ ÷èñåë ñëåäóþùèå: A {+} B = A + B, åñëè A + B <> ((2 â 32) - 1) A {+} B = A + B - ((2 â 32) - 1), åñëè A + B = (2 â 32) - 1 Àëãîðèòì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðåäóñìàòðèâàåò íåñêîëüêî ðåæèìîâ ðàáîòû. Íî â ëþáîì ñëó÷àå äëÿ øèôðîâàíèÿ äàííûõ èñïîëüçóåòñÿ êëþ÷, êîòîðûé èìååò ðàçìåðíîñòü 256 áèò è ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå âîñüìè 32-ðàçðÿäíûõ ÷èñåë Õ(i). Åñëè îáîçíà÷èòü êëþ÷ ÷åðåç W, òî W =X(7)X(6)X(5)X(4)X(3)X(2)X(1)X(0) Ðàñøèôðîâàíèå âûïîëíÿåòñÿ ïî òîìó æå êëþ÷ó, ÷òî è çàøèôðîâàíèå, íî ýòîò ïðîöåññ ÿâëÿåòñÿ èíâåðñèåé ïðîöåññà çàøèôðîâàíèÿ äàííûõ. Ïåðâûé è ñàìûé ïðîñòîé ðåæèì - çàìåíà. Îòêðûòûå äàííûå, ïîäëåæàùèå çàøèôðîâàíèþ, ðàçáèâàþò íà áëîêè ïî 64 áèò â êàæäîì, êîòîðûå ìîæíî îáîçíà÷èòü Ò(j). Î÷åðåäíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áèò Ò(j) ðàçäåëÿåòñÿ íà äâå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè Â(Î) (ëåâûå èëè ñòàðøèå áèòû) è À(Î) (ïðàâûå èëè ìëàäøèå áèòû), êàæäàÿ èç êîòîðûõ ñîäåðæèò 32 áèòà. Çàòåì âûïîëíÿåòñÿ èòåðàòèâíûé ïðîöåññ øèôðîâàíèÿ, êîòîðûé îïèñûâàåòñÿ ñëåäóþùèìè ôîðìóëàìè: 1. A(i)=f(A(i-1) [+] X(j) (+) B(i-1)), è B(i)=A(i-1), åñëè i=1,2,...,24,j=(i-1) mod 8; 2. A(i)=f(A(i-1) [+] X(j) (+) B(i-1)), è B(i)=A(i-1), åñëè i=25,26,...,31,j=32-i; 3. A(32)=A(31), è B(32)=f(A(31) [+] X(0)) (+) B(31), åñëè i=32. Çäåñü i îáîçíà÷àåòñÿ íîìåð èòåðàöèè (i=1,2,...,32). Ôóíêöèÿ f íàçûâàåòñÿ ôóíêöèåé øèôðîâàíèÿ. Åå àðãóìåíòîì ÿâëÿåòñÿ ñóììà ïî ìîäóëþ 2 â à532à0 ÷èñëà À(i), ïîëó÷åííîãî íà ïðåäûäóùåì øàãå èòåðàöèè, è ÷èñëà Õ(j) êëþ÷à (ðàçìåðíîñòü êàæäîãî èç ýòèõ ÷èñåë ðàâíà 32 çíàêàì). Ôóíêöèÿ øèôðîâàíèÿ âêëþ÷àåò äâå îïåðàöèè íàä ïîëó÷åííîé 32-ðàçðÿäíîé ñóììîé. Ïåðâàÿ îïåðàöèÿ íàçûâàåòñÿ ïîäñòàíîâêîé Ê. Áëîê ïîäñòàíîâêè Ê ñîñòîèò èç âîñüìè óçëîâ çàìåíû Ê(1) ... Ê(8) ñ ïàìÿòüþ 64 áèò êàæäûé. Ïîñòóïàþùèé íà áëîê ïîäñòàíîâêè 32-ðàçðÿäíûé âåêòîð ðàçáèâàåòñÿ íà âîñåìü ïîñëåäîâàòåëüíî èäóùèõ 4-ðàçðÿäíûé âåêòîð ñîîòâåòñòâóþùèì óçëîì çàìåíû, ïðåäñòàâëÿþùèì ñîáîé òàáëèöó èç øåñòíàäöàòè öåëûõ ÷èñåë â äèàïàçîíå 0....15. Âõîäíîé âåêòîð îïðåäåëÿåò àäðåñ ñòðîêè â òàáëèöå, ÷èñëî èç êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ âûõîäíûì âåêòîðîì. Çàòåì 4-ðàçðÿäíûå âûõîäíûå âåêòîðû ïîñëåäîâàòåëüíî îáúåäèíÿþòñÿ â 32-ðàçðÿäíûé âåêòîð. Òàáëèöû áëîêà ïîäñòàíîâêè Ê ñîäåðæèò êëþ÷åâûå ýëåìåíòû, îáùèå äëÿ ñåòè ÝÂÌ è ðåäêî èçìåíÿåìûå. Âòîðàÿ îïåðàöèÿ - öèêëè÷åñêèé ñäâèã âëåâî 32-ðàçðÿäíîãî âåêòîðà, ïîëó÷åííîãî â ðåçóëüòàòå ïîäñòàíîâêè Ê. 64-ðàçðÿäíûé áëîê çàøèôðîâàííûõ äàííûõ Òø ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå Òø = À(32) Â(32) Îñòàëüíûå áëîêè îòêðûòûõ äàííûõ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû çàøèôðîâûâàþòñÿ àíàëîãè÷íî. Ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî ðåæèì ïðîñòîé çàìåíû äîïóñòèìî èñïîëüçîâàòü äëÿ øèôðîâàíèÿ äàííûõ òîëüêî â îãðàíè÷åííûõ ñëó÷àÿõ. Ê ýòèì ñëó÷àÿì îòíîñèòñÿ âûðàáîòêà êëþ÷à è çàøèôðîâàíèå åãî ñ îáåñïå÷åíèåì èìèòîçàùèòû äëÿ ïåðåäà÷è ïî êàíàëàì ñâÿçè èëè õðàíåíèÿ â ïàìÿòè ÝÂÌ. Ñëåäóþùèé ðåæèì øèôðîâàíèÿ íàçûâàåòñÿ ðåæèìîì ãàììèðîâàíèÿ. Îòêðûòûå äàííûå, ðàçáèòûå íà 64-ðàçðÿäíûå áëîêè Ò(i) (i=1,2,...,m}, (ãäå m îïðåäåëÿåòñÿ îáúåìîì øèôðóåìûõ äàííûõ), çàøèôðîâûâàþòñÿ â ðåæèìå ãàììèðîâàíèÿ ïóòåì ïîðàçðÿäíîãî ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ 2 ñ ãàììîé øèôðà Ãø, êîòîðàÿ âûðàáàòûâàåòñÿ áëîêàìè ïî 64 áèò, ò.å. Ãø = ( Ã(1),Ã(2), ...,Ã(i), ...,Ã(m) ). ×èñëî äâîè÷íûõ ðàçðÿäîâ â áëîêå Ò(m) ìîæåò áûòü ìåíüøå 64, ïðè ýòîì íåèñïîëüçîâàííàÿ äëÿ øèôðîâàíèÿ ÷àñòü ãàììû øèôðà èç áëîêà Ã(m) îòáðàñûâàåòñÿ. Óðàâíåíèå çàøèôðîâàíèÿ äàííûõ â ðåæèìå ãàììèðîâàíèÿ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî â ñëåäóþùåì âèäå: Ø(i)=A(Y(i-1) [+] C2), Z(i-1) {+ }C1 (+) T(i)=Ã(i) (+) T(i).  ýòîì óðàâíåíèè Ø(i) îáîçíà÷àåò 64-ðàçðÿäíûé áëîê çàøèôðîâàííîãî òåêñòà, À - ôóíêöèþ øèôðîâàíèÿ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû (àðãóìåíòàìè ýòîé ôóíêöèè ÿâëÿþòñÿ äâà 32-ðàçðÿäíîãî ÷èñëà), Ñ1 è Ñ2 - êîíñòàíòû, çàäàííûå â ÃÎÑÒ 28147-89. Âåëè÷èíû Y(i) è Z(i) îïðåäåëÿþòñÿ èòåðàöèîííî ïî ìåðå ôîðìèðîâàíèÿ ãàììû, ñëåäóþùèì îáðàçîì: (Y(0),Z(0))=A(S), ãäå S - 64-ðàçðÿäíàÿ äâîè÷íàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü (ñèíõðîïîñûëêà); (Y(i),Z(i))=(Y(i-1) [+] C2,Z(i-1) {+} C1), äëÿ i=1,2,..,m Ðàñøèôðîâàíèå äàííûõ âîçìîæíî òîëüêî ïðè íàëè÷èè ñèíõðîïîñûëêè, êîòîðàÿ íå ÿâëÿåòñÿ ñåêðåòíûì ýëåìåíòîì øèôðà è ìîæåò õðàíèòüñÿ â ïàìÿòè ÝÂÌ èëè ïåðåäàâàòüñÿ ïî êàíàëàì ñâÿçè âìåñòå ñ çàøèôðîâàííûìè äàííûìè. Ðåæèì ãàììèðîâàíèÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ î÷åíü ïîõîæ íà ðåæèì ãàììèðîâàíèÿ. Êàê è â ðåæèìå ãàììèðîâàíèÿ, îòêðûòûå äàííûå, ðàçáèòûå íà 64-ðàçðÿäíûå áëîêè Ò(i) (i=1,2,....,m), ãäå m îïðåäåëÿåòñÿ îáúåìîì øèôðóåìûõ äàííûõ), çàøèôðîâûâàåòñÿ ïóòåì ïîðàçðÿäíîãî ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ 2 ñ ãàììîé øèôðà Ãø, êîòîðàÿ âûðàáàòûâàåòñÿ áëîêàìè ïî 64 áèò: Ãø=(Ã(1),Ã(2),...,Ã(i),...,Ã(m)). ×èñëî äâîè÷íûõ ðàçðÿäîâ â áëîêå Ò(m) ìîæåò áûòü ìåíüøå 64, ïðè ýòîì íåèñïîëüçîâàííàÿ äëÿ øèôðîâàíèÿ ÷àñòü ãàììû øèôðà èç áëîêà Ã(m) îòáðàñûâàåòñÿ. Óðàâíåíèå çàøèôðîâàíèÿ äàííûõ â ðåæèìå ãàììèðîâàíèÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî â ñëåäóþùåì âèäå: Ø(1) = A(S) (+) T(1) = Ã(1) (+) T(1), Ø(i) = A(Ø(i-1)) (+) T(i) = Ã(i) (+) T(i), äëÿ i=2,3,...,m Çäåñü Ø(i) îáîçíà÷àåò 64-ðàçðÿäíûé áëîê çàøèôðîâàííîãî òåêñòà, À - ôóíêöèþ øèôðîâàíèÿ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû. Àðãóìåíòîì ôóíêöèè íà ïåðâîì øàãå èòåðàòèâíîãî àëãîðèòìà ÿâëÿåòñÿ 64-ðàçðÿäíûé ñèíõðîïîñûëêà, à íà âñåõ ïîñëåäóþùèõ - ïðåäûäóùèé áëîê çàøèôðîâàíûõ äàííûõ Ø(i-1).  ÃÎÑÒ 28147-89 îïðåäåëÿåòñÿ ïðîöåññ âûðàáîòêè èìèòîâñòàâêè, êîòîðûé åäèíîîáðàçåí äëÿ ëþáîãî èç ðåæèìîâ øèôðîâàíèÿ äàííûõ. Èìèòîâñòàâêà - ýòî áëîê èç p áèò ( èìèòîâñòàâêà Èp), êîòîðûé âûðàáàòûâàåòñÿ ëþáî ïåðåä øèôðîâàíèåì âñåãî ñîîáùåíèÿ, ëèáî ïàðàëëåëüíî ñ øèôðîâàíèåì ïî áëîêàì. Ïåðâûå áëîêè îòêðûòûõ äàííûõ, êîòîðûå ó÷àñòâóþò â âûðàáîòêå èìèòîâñòàâêè, ìîãóò ñîäåðæàòü ñëóæåáíóþ èíôîðìàöèþ (íàïðèìåð, àäðåñíóþ ÷àñòü, âðåìÿ, ñèíõðîïîñûëêó) è íå çàøèôðîâûâàòüñÿ. Çíà÷åíèå ïàðàìåòðà p (÷èñëî äâîè÷íûõ ðàçðÿäîâ â èìèòîâñòàâêå) îïðåäåëÿåòñÿ êðèïòîãðàôè÷åñêèìè òðåáîâàíèÿìè ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî âåðîÿòíîñòü íàâÿçûâàíèÿ ëîæíûõ ïîìåõ ðàâíà 1/2à5ð Äëÿ ïîëó÷åíèÿ èìèòîâñòàâêè îòêðûòûå äàííûå ïðåäñòàâëÿþòñÿ â âèäå 64-ðàçðÿäíûõ áëîêîâ Ò(i) (i=1,2,..., m ãäå m îïðåäåëÿåòñÿ îáúåìîì øèôðóåìûõ äàííûõ). Ïåðâûé áëîê îòêðûòûõ äàííûõ Ò(1) ïîäâåðãàåòñÿ ïðåîáðàçîâàíèþ, ñîîòâåòñòâóþùåìó ïåðâûì 16 öèêëàì àëãîðèòìà çàøèôðîâàíèÿ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû. Ïðè÷åì â êà÷åñòâå êëþ÷à äëÿ âûðàáîòêè èìèòîâñòàâêè èñïîëüçóåòñÿ êëþ÷, ïî êîòîðîìó øèôðóþòñÿ äàííûå. Ïîëó÷åííîå ïîñëå 16 öèêëîâ ðàáîòû 64-ïàçðÿäíîå ÷èñëî ñóììèðóåòñÿ ïî ìîäóëþ 2 ñî âòîðûì áëîêîì îòêðûòûõ äàííûõ Ò(2). Ðåçóëüòàò ñóììèðîâàíèÿ ñíîâà ïîäâåðãàåòñÿ ïðåîáðàçîâàíèþ, ñîîòâåòñòâóþùåìó ïåðâûì 16 öèêëàì àëãîðèòìà çàøèôðîâàíèÿ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû. Ïîëó÷åííîå 64-ðàçðÿäíîå ÷èñëî ñóììèðóåòñÿ ïî ìîäóëþ 2 ñ òðåòüèì áëîêîì îòêðûòûõ äàííûõ Ò(3) è ò.ä. Ïîñëåäíèé áëîê Ò(m), ïðè íåîáõîäèìîñòè äîïîëíåííûé äî ïîëíîãî 64-ðàçðÿäíîãî áëîêà íóëÿìè, ñóììèðóåòñÿ ïî ìîäóëþ 2 ñ ðåçóëüòàòîì ðàáîòû íà øàãå m-1, ïîñëå ÷åãî çàøèôðîâûâàåòñÿ â ðåæèìå ïðîñòîé çàìåíû ïî ïåðâûì 16 öèêëàì ðàáîòû àëãîðèòìà. Èç ïîëó÷åííîãî 64-ðàçðÿäíîãî ÷èñëà âûáè ðàåòñÿ îòðåçîê Èð äëèíîé ð áèò. Èìèòîâñòàâêà Èð ïåðåäàåòñÿ ïî êàíàëó ñâÿçè èëè â ïàìÿòü ÝÂÌ ïîñëå çàøèôðîâàííûõ äàííûõ. Ïîñòóïèâøèå çàøèôðîâàííûå äàííûå ðàñøèôðîâûâàþòñÿ è èç ïîëó÷åííûõ áëîêîâ îòêðûòûõ äàííûõ Ò(i) âûðàáàòûâàåòñÿ èìèòîâñòàâêà Èð, êîòîðàÿ çàòåì ñðàâíèâàåòñÿ ñ èìèòîâñòàâêîé Èð, ïîëó÷åííîé èç êàíàëà ñâÿçè èëè èç ïàìÿòè ÝÂÌ.  ñëó÷àå íåñîâïàäåíèÿ èìèòîâñòàâîê âñå ðàñøèôðîâàííûå äàííûå ñ÷èòàþòñÿ ëîæíûìè. Àëãîðèòì êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ,ÿâëÿþùèéñÿ îòå÷åñòâåííûì ñòàíäàðòîì è îïðåäåëÿåìûé ÃÎÑÒ 28147-89,ñâîáîäåí îò íåäîñòàòêîâ ñòàíäàðòà DES è â òî æå âðåìÿ îáëààäàåò âñåìè åãî ïðåèìóùåñòâàìè.Êðîìå òîãî â íåãî çàëîæåí ìåòîä,ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ìîæíî çàôèêñèðîâàòü íåîáíàðóæåííóþ ñëó÷àéíóþ èëè óìûøëåííóþ ìîäèôèêàöèþ çàøèôðîâàííîé èíôîðìàöèè. Îäíàêî ó àëãîðèòìà åñòü î÷åíü ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê,êîòîðûé çàêëþ÷àåòñÿ â òîì,÷òî åãî ïðîãðàììíàÿ ðåàëèçàöèÿ î÷åíü ñëîæíà è ïðàêòè÷åñêè ëèøåíà âñÿêîãî ñìûñëà.