Шифры c двойной перестановкой
Шифры с двойной перестановкой могут затруднить работу криптоаналитика. Примером такого шифра было бы повторение дважды алгоритма, используемого для шифрования и дешифрования . На каждом шаге может применяться различный ключ, но обычно ключ используется один и тот же.
№14
Блочные шифры
Блочные шифры
В блочном шифре группа символов исходного текста размера m (m>1) зашифровывается, создавая вместе группу зашифрованного текста одного и того же размера. Основанный на этом определении блочный шифр использует единственный ключ, чтобы зашифровать целый блок, даже если ключ делает перемножение значений. Рисунок 4.27 показывает принципы блочного шифра.
Рис. 4.27. Блочный шифр
В блочном шифре блок зашифрованного текста зависит от целого блока исходного текста.
Пример 4.34
Шифры плейфеера — блочные шифры. Размер блока — m = 2. Два символа зашифрованы вместе.
Пример 4.35
Шифры Хилла — блочные шифры. Блок исходного текста размера 2 или больше зашифрован, совместно используя единственный ключ (матрицу). В этих шифрах значение каждого символа в зашифрованном тексте зависит от всех значений символов в исходном тексте. Хотя ключ может быть получен из
m×m
. значений, он рассматривается как единственный ключ.
Пример. 4.36
Из определения блочного шифра ясно, что каждый блочный шифр — это многоалфавитный шифр, потому что каждая буква шифрованного текста в случае блочного шифра зависит от всех букв исходного текста.
Комбинация
На практике блоки исходного текста шифруются индивидуально, но они используют ключи потока для того, чтобы зашифровать все сообщение блок за блоком. Другими словами, шифр — блочный, когда применяется к индивидуальным блокам, но он же и шифр потока, когда применяется ко всему сообщению, рассматривая каждый блок как единицу. Каждый блок использует различный ключ, который был сгенерирован заранее или в течение процесса шифрования. Примеры этого будут рассмотрены позднее.
№19
В криптографии линейным криптоанализом называется метод криптоаналитического вскрытия, использующий линейные приближения для описания работы шифра. линейный криптоанализ был распространён и на другие алгоритмы. На сегодняшний день наряду сдифференциальным криптоанализом является одним из наиболее распространённых методов вскрытия блочных шифров. Разработаны атаки на блочные и потоковые шифры. Криптоанализ происходит в два шага. Первый — построение соотношений между открытым текстом, шифротекстом и ключом, которые справедливы с высокой вероятностью. Второй — использование этих соотношений вместе с известными парами открытый текст — шифротекст для получения битов ключа. Построение линейных уравнений
Смысл алгоритма состоит в получении соотношений следующего вида:
где Pn, Cn, Kn — n-ые биты текста, шифротекста и ключа.
Данные соотношения называются линейными аппроксимациями. Для произвольно выбранных бит открытого текста, шифротекста и ключа вероятность справедливости такого соотношения P примерно равна 1/2. Такими соотношениями, вероятность которых заметно отличается от 1/2 можно пользоваться для вскрытия алгоритма.
Как и в дифференциальном криптоанализе, сначала криптоаналитик находит некое однораундовое соотношение, затем пытается распространить его на весь алгоритм. В отличие от дифференциального криптоанализа существуют алгоритмы поиска полезных соотношений. Два алгоритма были описаны Мицуру Мацуи, другие появились позже.
В блочных шифрах анализ преимущественно концентрируется на S-боксах, так как они являются нелинейной частью шифра. Наиболее эффективное однораундовое соотношение для алгоритма DES использует свойство таблицы S5. Второй входной бит таблицы равен результату операции XOR над всеми выходными битами с вероятностью 3/16 (смещение в 5/16 относительно 1/2). А для полнораундового DES известно соотношение, выполняющееся с вероятностью 1/2 + 2−24.
Линейный криптоанализ имеет одно очень полезное свойство — при определённых условиях можно свести соотношение (1) к уравнению вида:
Здесь отсутствуют биты открытого текста, то есть можно построить атаку на основе только шифротекста. Такая атака является наиболее практичной.
№23
AES Advanced Encryption Standard (AES), также известный, как Rijndael — симметричный алгоритм блочного шифрования (размер блока 128 бит, ключ 128/192/256 бит), финалист конкурса AES и принятый в настоящее время в качестве американского стандарта шифрования правительством США. Выбор был сделан с расчётом на повсеместное использование и активный анализ алгоритма, как это было с его предшественником, DES. Государственный институт стандартов и технологий (англ. National Institute of Standards and Technology, NIST) США опубликовал предварительную спецификацию AES 26 ноября 2001 года, после пятилетней подготовки. 26 мая 2002 года AES был объявлен стандартом шифрования. По состоянию на 2006 год AES является одним из самых распространённых алгоритмов симметричного шифрования.
№24