Стандарт шифрования данных

Наиболее популярная схема шифрования определена стандартом шифрова­ния данных (Data Encryption Standard — DES), принятым национальным бюро стандартов (National Bureau of Standards) (в настоящее время Национальный ин­ститут стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology — NIST)) в 1977 году в качестве федерального стандарта по обработ­ке информации (Federal Information Processing Standard 46, FIBS PUB 46). В 1994 году NIST вновь подтвердил стандарт DES для федерального использования на следующие пять лет в документе FIPS PUB 46-2. Институт NIST рекомендует использовать DES не только для секретной информации, но и в других прило­жениях. Сам алгоритм носит название алгоритма шифрования данных (Data En­cryption Algorithm — DEA).

Как и в любой другой схеме шифрования, на вход функции шифрования DES подается два объекта: незашифрованный текст, который нужно зашифро­вать, и ключ. Согласно стандарту DES, длина текста должна равняться 64 бит, а длина ключа — 56 бит. Более длинный текст при шифровании разбивается на блоки по 64 бит.

Суть стандарта DES состоит в том, что каждый 64-битовый поступающий на вход блок обрабатывается 16 итерациями. После каждой итерации, представ­ляющей собой одну и ту же сложную функцию, в которой участвуют переста­новки битов и подстановка одних битов вместо других, получается некоторое промежуточное 64-битовое значение. На вход каждой следующей стадии обра­ботки подается выход предыдущей стадии, а также так называемый подключ, который получается путем перестановки битов первоначального ключа.

Процесс дешифровки в стандарте DES, по сути, является таким же, как и процесс шифрования: на вход подается зашифрованный текст и подключи, по­лученные при каждой итерации, но в обратном порядке (т.е. шестнадцатый под-ключ используется в первой итерации, пятнадцатый — во второй и т.д.).

Надежность стандарта DES

В конце 70-х годов эксперты начали проявлять беспокойство по поводу то­го, что дни стандарта DES как надежного алгоритма шифрования сочтены, и достижение таких высоких скоростей работы процессора и такой низкой стоимо­сти аппаратного обеспечения, которые позволят взломать DES легко и быстро, — лишь вопрос времени. Наконец в июле 1998 года пришлось признать, что "пациент скончался". Это случилось, когда организация Electronic Frontier Foundation (EFF) объявила о том, что ее специалистам удалось взломать DES с помощью специально разработанной "машины-взломщика DES", на которую было затрачено менее $250000. Взлом занял менее трех дней. Организация EFF опубликовала подробное описание машины, предоставив желающим возмож­ность создать свой собственный взломщик [EFF98]. Кроме того, стоимость аппа­ратного обеспечения продолжает падать вместе с ростом производительности, что делает DES бесполезным,

К счастью, на рынке есть альтернативы этого алгоритма. Здесь представлен обзор наиболее популярных возможностей.

Тройной алгоритм шифрования данных

В виду потенциальной уязвимости стандарта DES по отношению к атаке "в лоб" значительно возрос интерес к поиску альтернативы этому алгоритму. Один из подходов, являющийся достаточно надежным при имеющемся уровне расхо­дов на программное и аппаратное обеспечение, состоит в многократном примене­нии шифрования с помощью DES и нескольких ключей. Тройной алгоритм шифрования данных (triple DEA — TDEA) впервые был стандартизирован для использования в финансовых приложениях в стандарте ANSI X9.17 в 1985 году. В 1999 году алгоритм TDEA был официально зарегистрирован как часть стан­дарта шифрования данных, что зафиксировано в документе FIPS PUB 46-3.

В алгоритме TDEA используется три ключа и тройное шифрование по алгорит­му DES. Функции алгоритма применяются в последовательности "шифрование-дешифровка-шифрование" (EDE). С тремя разными ключами эффективная длина ключа TDEA возрастает до 168 бит. Документ FTPS 46-3 позволяет также использо­вать два ключа (К1 = КЗ); при этом длина ключа равна 112 бит. В этом документе приводятся следующие указания по использованию алгоритма TDEA.

• TDEA является предпочтительным алгоритмом стандартного шифрования, одобренным в стандарте FIPS.

• Первоначальный алгоритм DEA, в котором используется один 56-битовый ключ, можно использовать только для совместимости систем. Новое приоб­ретаемое оборудование должно поддерживать TDEA.

• Нужно способствовать переходу правительственных организаций, в которых остались системы с алгоритмом шифрования DES, к использованию TDEA.

• Ожидается, что алгоритмы TDEA и улучшенный стандарт шифрования (Advanced Encryption Standard — AES) будут существовать совместно в ка­честве алгоритмов, одобренных стандартом FIPS, что позволит постепенно перейти к алгоритму AES.

Легко понять, что алгоритм TDEA является труднопреодолимым. Посколь­ку в его основе лежит алгоритм шифрования DEA, можно сказать, что алгоритм TDEA обладает такой же надежностью по отношению к криптографическому анализу, что и DEA. Кроме того, так как длина ключа равняется 168 бит, атака "в лоб" практически невозможна.

Можно ожидать, что в течение ближайших нескольких лет алгоритм TDEA будет становиться все более распространенным по мере роста недоверия к алго­ритму DES и в ожидании разработки полноценного алгоритма AES.