- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •В.И. Аверченков, м.Ю. Рытов, с.А. Шпичак
- •Брянск Издательство бгту
- •Isbn 978-5-89838-596-5
- •Редактор издательства т.И. Королева
- •Темплан 2011г., п. 57
- •1. Введение в криптографию 10
- •2. Стойкость криптографических систем 34
- •3. Принципы построения симметричных криптографических алгоритмов 61
- •4. Принципы построения асимметричных криптографических алгоритмов 98
- •5. Криптографические хэш-функции и электронно-цифровая подпись 133
- •6. Организация сетей засекреченной связи 160
- •7.Криптоанализ и перспективные направления в криптографии 183
- •Предисловие
- •1. Введение в криптографию
- •1.1. Краткая история развития криптографических методов.
- •1.2. Основные понятия криптографии
- •1.2.1. Термины и определения
- •1.2.2. Классификация шифров
- •1.2.3. Характер криптографической деятельности
- •Контрольные вопросы
- •2. Стойкость криптографических систем
- •2.1. Модели шифров и открытых текстов
- •2.1.1. Алгебраические модели шифров.
- •2.1.2. Вероятностные модели шифров.
- •2.1.3. Математические модели открытых сообщений.
- •2.2. Криптографическая стойкость шифров
- •2.2.1. Теоретико-информационный подход к оценке криптостойкости шифров
- •2.2.2. Практическая стойкость шифров.
- •2.3. Имитостойкость и помехоустойчивость шифров
- •2.3.1. Имитостойкость шифров. Имитация и подмена сообщения
- •2.3.2. Способы обеспечения имитостойкости
- •2.3.3. Помехостойкость шифров
- •2.3.4. Практические вопросы повышения надежности.
- •Контрольные вопросы
- •3. Принципы построения симметричных криптографических алгоритмов
- •3.1. Виды симметричных шифров. Особенности программной и аппаратной реализации.
- •3.2. Принципы построения блочных шифров
- •3.2.1. Базовые шифрующие преобразования
- •3.2.2. Сеть Файстеля
- •3.3. Современные блочные криптоалгоритмы
- •3.3.1. Основные параметры блочных криптоалгоритмов.
- •3.3.2. Алгоритм des
- •3.3.3. Блочный шифр tea
- •Var key:tLong2x2;
- •Var y,z,sum:longint; a:byte;
- •Inc(sum,Delta);
- •3.3.4. Международный алгоритм idea
- •3.3.5. Алгоритм aes (Rijndael)
- •InverseSubBytes(s);
- •InverseShiftRows(s);
- •InverseSubBytes(s) End;
- •3.4. Принципы построения поточных шифров
- •3.4.1. Синхронизация поточных шифрсистем
- •3.4.2. Структура поточных шифрсистем
- •3.4.3.Регистры сдвига с обратной связью
- •3.4.4. Алгоритм Берленкемпа-Месси
- •3.4.5. Усложнение линейных рекуррентных последовательностей
- •3.5. Современные поточные криптоалгоритмы
- •3.5.1. Алгоритм Гиффорда
- •3.5.2. Алгоритм a5
- •3.6. Режимы использования шифров
- •Контрольные вопросы
- •4. Принципы построения асимметричных криптографических алгоритмов
- •4.1. Математические основы асимметричной криптографии
- •4.1.1. Свойства операций
- •4.1.2. Функция Эйлера. Поле. Теоремы Эйлера - Лагранжа и Ферма
- •4.1.3. Конечные поля
- •4.1.4. Основные алгоритмы
- •Алгоритм разложения чисел на простые множители.
- •4.1.5. Алгоритмы нахождения нод и мультипликативного обратного по модулю
- •4.1.6. Китайская теорема об остатках
- •4.1.7. Символы Лежандра и Якоби. Извлечение корней
- •4.2. Примеры современных асимметричных шифров
- •4.2.1. Криптосистема rsa
- •4.2.2. Взаимосвязь компонентов rsa
- •Слабые моменты реализации rsa
- •4.2.3. Криптосистема Эль-Гамаля
- •4.2.4. Криптосистема Рабина
- •4.2.5. Рюкзачные криптосистемы
- •4.2.6. Шифрсистема Мак-Элиса
- •Контрольные вопросы
- •5. Криптографические хэш-функции и электронно-цифровая подпись
- •5.1. Криптографические хэш-функции
- •5.1.1. Блочно-итерационные и шаговые функции
- •5.1.2. Ключевые функции хэширования
- •5.1.3 Бесключевые функции хэширования
- •5.1.4. Схемы использования ключевых и бесключевых функций
- •5.2. Электронно-цифровая подпись
- •5.2.1. Задачи и особенности электронно-цифровой подписи
- •5.2.2. Асимметричные алгоритмы цифровой подписи на основе rsa
- •5.2.3. Алгоритм цифровой подписи Фиата – Фейге – Шамира
- •5.2.4. Алгоритм цифровой подписи Эль-Гамаля
- •5.2.5. Алгоритм цифровой подписи Шнорра
- •5.2.6. Алгоритм цифровой подписи Ниберга-Руппеля
- •5.2.7. Алгоритм цифровой подписи dsa
- •5.2.8. Симметричные (одноразовые) цифровые подписи
- •Контрольные вопросы
- •6. Организация сетей засекреченной связи
- •6.1. Протоколы распределения ключей
- •6.1.1. Передача ключей с использованием симметричного шифрования
- •6.1.2. Передача ключей с использованием асимметричного шифрования
- •6.1.3. Открытое распределение ключей
- •6.1.4. Предварительное распределение ключей
- •6.1.5. Схемы разделения секрета
- •6.1.6. Способы установления ключей для конференц-связи
- •6.2. Особенности использования вычислительной техники в криптографии
- •6.2.1. Методы применения шифрования данных в локальных вычислительных сетях
- •6.2.2. Обеспечение секретности данных при долгосрочном хранении.
- •6.2.4. Обеспечение секретности ключей при долгосрочном хранении
- •6.2.5. Защита от атак с использованием побочных каналов
- •7.1.2. Атаки на хэш-функции и коды аутентичности
- •7.1.3. Атаки на асимметричные криптосистемы
- •7.2. Перспективные направления в криптографии
- •7.2.1. Эллиптические кривые
- •7.2.2. Эллиптические кривые над конечными полями
- •7.2.3. Алгоритм цифровой подписи ec-dsa
- •7.2.4. Квантовая криптография
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Заключение
- •Список использованной и рекомендуемой литературы
- •Учебное издание
- •Аверченков Владимир Иванович Рытов Михаил Юрьевич Шпичак Сергей Александрович
5.1.4. Схемы использования ключевых и бесключевых функций
Схемы использования ключевых хэш-функций (кодов аутентичности сообщений) приведены на рис. 34.
Рис.34. Схемы применения ключевых хэш-функций
Схема а) применяется в случае необходимости обеспечить целостность открытых сообщений. Схемы б) и в) в случаях передачи шифрованных сообщений.
Случаи использования кодов аутентичности сообщений:
Циркулярная рассылка сообщения нескольким адресатам. Аутентичность проверяет корневой узел на основе известного ему секретного ключа.
Аутентификация сообщений проводится принимающей стороной на выборочной основе из-за загруженности.
Аутентификация компьютерных программ (в частности антивирусная).
Важность обеспечения аутентичности управляющих системных запросов.
Разделение функций аутентификации и конфиденциальности.
Защита целостности сообщения после его получения, при хранении в открытом виде.
Схемы использования бесключевых хэш-функций приведены на рис.35.
В схемах а) и б) хэш-функция используется совместно с симметричной системой шифрования.
В схемах в) и г) хэш-функция используется совместно с асимметричной системой шифрования.
В схемах д) и е) хэш-функция используется совместно с симметричной системой шифрования как код аутентичности сообщения с секретным элементом S.
В схемах а), г), е) обеспечивается и аутентичность и конфиденциальность, а в схемах б), в), д) – только аутентичность.
Рис.35 (а-в). Схемы применения бесключевых хэш-функций
Рис.35(г-е). Схемы применения бесключевых хэш-функций
В таблице 9 даны сведения по основным современным алгоритмам хэширования.
Таблица 9. Современные алгоритмы хеширования
№ пп |
Название |
Длина свертки (бит) |
Тип |
Основа алгоритма |
1 |
Snefru |
128, 256 |
бесключевая |
Сжимающая функция на основе блочного 512-разрядного шифрования. 2-3 прохода в 64 раунда |
2 |
MD4 |
128 |
бесключевая |
Оригинальная блочно-итерационная 512-разрядная функция (3 раунда) |
3 |
MD5 |
128 |
бесключевая |
Оригинальная блочно-итерационная 512-разрядная функция (4 раунда) |
4 |
SHA |
160, 256, 512 |
бесключевая |
Оригинальная блочно-итерационная 512-разрядная функция (4 раунда)
|
Окончание табл. 9
№ пп |
Название |
Длина свертки (бит) |
Тип |
Основа алгоритма |
5 |
RIPEMD |
128, 160 .. |
бесключевая |
Разновидность MD4 |
6 |
HAVAL |
Переменная |
бесключевая |
Разновидность MD5 |
7 |
MDC-2 |
Две длины блока (DES) |
бесключевая |
Две ветви блочного криптоалгоритма |
8 |
MDC-4 |
Две длины блока (DES) |
бесключевая |
Две ветви блочного криптоалгоритма |
9 |
ГОСТ |
256 (четыре длины блока ГОСТ) |
бесключевая |
Четыре ветви блочного криптоалгоритма ГОСТ |
10 |
Схема Девиса-Майера |
128 (две длины блока IDEA) |
бесключевая |
Две ветви блочного криптоалгоритма IDEA |
11 |
CBC-MAC |
Длина блока |
ключевая |
Блочный криптоалгоритм |
12 |
MAA |
32 |
ключевая |
Блочный криптоалгоритм |
13 |
НМАС |
Переменная |
ключевая |
Бесключевая хэш-функция MD5, SHA или RIPEMD |