Американские стандарты шифрования DES, тройной DES, AES. Принципы работы, основные характеристики и применение.

DES (Data Encryption Standard) — симметричный алгоритм шифрования, основан на шифре Фейстеля.

Принципы работы:

Шифр DES преобразует открытый текст из 64 битов следующим образом:

- производит начальную перестановку (IP);

- расщепляет блок на левую и правую половины;

- осуществляет 16 раундов с одним и тем же набором операций;

- соединяет половины блока;

- производит конечную перестановку.

Конечная перестановка обратна начальной. Это позволяет использовать одно и то же программное обеспечение и «железо» для двух сторон процесса: шифрования и расшифрования. Разворачивание ключа дает 16 подключей по 48 битов каждый, выделяя их из 56-битного основного ключа (остальные 8 бит из 64-х используются для проверки чётности).

Недостатки алгоритма: Широкое использование битовых перестановок в DES делает алгоритм неудобным для программных реализаций на универсальных процессорах, а сами такие реализции крайне неэффективными, размера ключа в 56 бит недостаточно для обеспечения приемлемой стойкости.

Тройной DES является одним из решений проблемы недостаточного размера ключа. В этой модификации DES применяется три раза последовательно с разными ключами, таким образом общая длина ключа увеличивается до 168 бит. Существует 3 типа алгоритма 3DES:

• DES-EEE3: Шифруется три раза с тремя разными ключами (операции шифрование-шифрование-шифрование).
• DES-EDE3: 3DES операции шифровка-расшифровка-шифровка с тремя разными ключами.
• DES-EEE2 и DES-EDE2: Как и предыдущие, за исключением того, что на первом и третьем шаге используется одинаковый ключ.

Advanced Encryption Standard (AES), также известный как Rijndael -симметричный алгоритм блочного шифрования, оперирующий блоками данных размером 128 и длиной ключа 128, 192 или 256 бит.

Принцип работы:

Алгоритм AES представляет блок данных в виде двумерного байтового массива размером 4×4 (4x6, 4х8, в зависимости от длины блока). Все операции производятся над отдельными байтами массива, а также над независимыми столбцами и строками. Алгоритм состоит из некоторого количества раундов — цикловых преобразований в диапазоне от 10 до 14. Это зависит от размера блока и длины ключа

В каждом раунде алгоритма выполняются следующие преобразования:

1. Операция SubBytes, представляющая собой табличную замену каждого байта массива данных.

2. Операция ShiftRows, которая выполняет циклический сдвиг влево всех строк массива данных, за исключением нулевой. Сдвиг i-й стро­ки массива (для i = 1,2,3) производится на i байтов.

3. Операция MixColumns. Выполняет умножение каждого столбца массива данных (рис. 3.10), который рассматривается как полином в конечном поле GF(2⁸), на фиксированный полином а(х):

а(х) = 3х³ + х² + х + 2.

Умножение выполняется по модулю х⁴ + 1.

4. Операция AddRoundKey. Выполняет наложение на массив данных мате­риала ключа. А именно, на k-й столбец массива данных (k = 0…3) побитовой логической операцией «исключающее или» (XOR) накладывается определенное слово расширенного ключа W4r+i, где г— номер текущего раунда алгоритма, начиная с 1.

Расшифровывание выполняется применением обратных операций в обратной последовательности.

Особенности AES:

Не подвержен многим видам криптоаналитических атак, таких как дифференциальный и линейный криптоанализ, Square-атака, метод интерполяции и др. Исследования, проведённые различными сторонами, показали высокое быстродействие AES на различных платформах. Ценным свойством этого шифра является его байт-ориентированная структура, что обещает хорошие перспективы при его реализации в будущих процессорах и специальных схемах.

Некоторым недостатком можно считать то, что режим обратного расшифрования отличается от режима зашифрования порядком следования функций, и сами эти функции отличаются своими параметрами от применяемых в режиме зашифрования.

Дата добавления: 2015-10-28