Криптографические стандарты

Широко известны алгоритмы блочного шифрования, приня­тые в качестве государственных стандартов шифрования данных в США и России.

Data Encryption Standart. В 1973 г. Национальное бюро стан­дартов США начало разработку программы по созданию стан­дарта шифрования данных на ЭВМ. Был объявлен конкурс сре­ди фирм-разработчиков США, который выиграла фирма IBM, представившая в 1974 г. алгоритм шифрования, известный под названием DES (Data Encryption Standart).

Входные 64-битовые векторы, называемые блоками откры­того текста, преобразуются в выходные 64-битовые векторы, на­зываемые блоками шифротекста, с помощью двоичного 56-би­тового ключа К. Число различных ключей DES-алгоритма равно 2⁵⁶> 7- 10¹⁶.

Алгоритм реализуется в течение 16 аналогичных циклов шифрования, где на i-u цикле используется цикловой ключ А, -, представляющий собой алгоритмически вырабатываемую выбор­ку 48 битов из 56 битов ключа К_; , i = 1, 2,..., 16.

Алгоритм обеспечивает высокую стойкость, однако недавние результаты показали, что современная технология позволяет создать вычислительное устройство стоимостью около 1 млн долларов США, способное вскрыть секретный ключ с помощью пол­ного перебора в среднем за 3, 5 часа.

Из-за небольшого размера ключа было принято решение ис­пользовать DES-алгоритм для закрытия коммерческой (несек­ретной) информации. Практическая реализация перебора всех ключей в данных условиях экономически нецелесообразна, так как затраты на реализацию перебора не соответствуют ценности информации, закрываемой шифром.

DES-алгоритм явился первым примером широкого произ­водства и внедрения технических средств в области защиты ин­формации. Национальное Бюро Стандартов США организовало проверку аппаратных реализаций DES-алгоритма на специаль­ном тестирующем стенде. Только после положительных резуль­татов проверки производитель получает от Национального Бюро Стандартов сертификат на право реализации своего продукта. К настоящему времени аттестовано несколько десятков изделий, выполненных на различной элементной базе.

Достигнута высокая скорость шифрования. По некоторым сообщениям, имеется микросхема, реализующая DES-алгоритм со скоростью 45 Мбит/с. Велика доступность этих изделий: стои­мость некоторых аппаратных реализаций ниже 100 долл. США.

Основные области применения DES-алгоритма:

• хранение данных в ЭВМ (шифрование файлов, паролей);

• аутентификация сообщений (имея сообщение и кон­трольную группу, несложно убедиться в подлинности со­общения);

• электронная система платежей (при операциях с широкой клиентурой и между банками);

• электронный обмен коммерческой информацией (обмен данными между покупателем, продавцом и банкиром за­щищен от изменений и перехвата).

ГОСТ 28129-89. В 1989 г. в СССР был разработан блочный шифр для использования в качестве государственного стандарта Шифрования данных. Разработка была принята и зарегистриро­вана как ГОСТ 28147—89. И хотя масштабы применения этого ЭДгоритма шифрования до сих пор уточняются, начало его внедрению, в частности, в банковской системе, уже положено. Алгоритм несколько медлителен, но обладает весьма высокой стойкостью.

Блок-схема алгоритма ГОСТ отличается от блок-схем DES-алгоритма лишь отсутствием начальной перестановки и числом циклов шифрования (32 в ГОСТе против 16 в DES-алг ритме).

Ключ алгоритма ГОСТ — это массив, состоящий из 32-мео ных векторов X₁, Х₂,..., Х₈. Цикловой ключ i -го цикла K_i равен Х_S, где ряду значений i от 1 до 32 соответствует следующий ряд зна­чений s:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1.

В шифре ГОСТ используется 256-битовый ключ и объем ключевого пространства составляет 2²⁵⁶. Ни на одной из сущест­вующих в настоящее время или предполагаемых к реализации в недалеком будущем ЭВМ общего применения нельзя подобрать ключ за время, меньшее многих сотен лет. Российский стандарт проектировался с большим запасом и по стойкости на много по­рядков превосходит американский стандарт DES с его реальным размером ключа в 56 бит и объемом ключевого пространства всего 2⁵⁶. В свете прогресса современных вычислительных средств этого явно недостаточно. В этой связи DES может пред­ставлять скорее исследовательский или научный, чем практиче­ский интерес.

Алгоритм расшифрования отличается от алгоритма зашиф­рования тем, что последовательность ключевых векторов ис­пользуется в обратном порядке.