Композиции шифров
омплементарности, в исходный проект были
внесены следующие изменения:
1. Алгоритм генерации подключей модифицирован с тем, чтобы половины
переставлялись не после каждого, а после каждого второго раунда.
2. Алгоритм генерации подключей модифицирован так, что число позиций
циклического сдвига левого подключа составляло то 12, то 13 битов.
3. Исключены начальная и заключительная операции XOR с блоком и ключом.
4. Изменена функция S-блока с целью сгладить профили XOR S-блоков (чтобы
повысить их устойчивость к дифференциальному криптоанализу), и
исключить все значения х, для которых f(x) = 0, где f - комбинация Е-,
S- и Р-блоков.
Алгоритм LOKI не запатентован - реализовать и использовать LOKI может
кто угодно.
3.4.2. Описание алгоритма LOKI91
Механизм алгоритма LOKI91 подобен DES (Рис. 2). Блок данных
расщепляется на левую и правую половины и проходит 16 раундов, что весьма
напоминает DES. В каждом раунде правая половина сначала подвергается
операции XOR с частью ключа, а затем расширяющей перестановке (Табл. 3).
[pic]
Рис. 2. Алгоритм LOKI91
Таблица 3. Перестановка с расширением
4, |3, |2, |1, |32, |31, |30, |29, |28, |27, |26, |25, | |28, |27, |26,
|25, |24, |23, |22, |21, |20, |19, |18, |17, | |20, |19, |18, |17, |16,
|15, |14, |13, |12, |11, |10, |9, | |12, |11, |10, |9, |8, |7, |6, |5, |4,
|3, |2, |1 | |
48-битовый выход разделяется на четыре 12-битовых блока. В каждом
блоке выполняется такая подстановка с использованием S-блока: берется
каждый 12-битовый вход, 2 старших и 2 младших бита используются для
образования номера r, а восемь внутренних битов образуют номер с. Выход S-
блока, О, имеет следующее значение:
О(r,с) = (с + ((r*17) ( 0xff) & 0xff)31 mod Pr
Таблица 4. Значения Pr
r |1, |2, |3, |4, |5, |6, |7, |8, |9, |10, |11, |12, |13, |14, |15, |16 |
|Pr |375, |379, |391, |395, |397, |415, |419, |425, |433, |445, |451, |463,
|471, |477, |487, |499 | |
Затем четыре 8-битовых результата снова объединяются, образуя 32-
битовое число, которое подвергается операции перестановки, описанной в
табл. 3. Наконец, для получения новой левой половины выполняется операция
XOR правой половины с прежней левой половиной, а левая половина становится
новой правой половиной. После 16 раундов для получения окончательного
шифртекста снова выполняется операция XOR над блоком и ключом.
Таблица 5. Перестановка с помощью Р-блока
32, |24, |16, |8, |31, |23, |15, |7, |30, |22, |14, |6, |29, |21, |13, |5,
| |28, |20, |12, |4, |27, |19, |11, |3, |26, |18, |10, |2, |25, |17, |9, |1
| |
Подключи генерируются из ключа достаточно прямолинейно. 64-битовый
ключ разбивается на левую и правую половины. На каждом раунде подключом
служит левая половина. Далее она циклически сдвигается влево на 12 или 1 3
битов, затем после каждых двух раундов левая и правая половины меняются
местами. Как и в DES, для зашифрования и расшифрования используется один и
тот же алгоритм с некоторыми изменениями в использовании подключей.
3.4.3. Криптоанализ алгоритма LOKI91
Кнудсен предпринял попытку криптоанализа LOKI91, но нашел, что этот
алгоритм устойчив к дифференциальному криптоанализу. Все же он обнаружил
метод атаки на основе связанных ключей для подобранных открытых текстов,
который упрощает лобовое вскрытие почти вчетверо. Это метод опирается на
слабость схемы развертки ключей. Кроме того, этот метод пригоден и в том
случае, когда алгоритм используется в качестве однонаправленной хэш-
функции.
Другая атака со связанными ключами позволяет вскрыть алгоритм LOKI91 с
помощью 232 подобранных открытых текстов для выбранных ключей или с помощью
248 известных открытых текстов для выбранных ключей. Эффективность атаки не
зависит от числа раундов алгоритма. (В той же работе Бихам вскрывает LOKI89
криптоанализом со связанными ключами, используя 217 подобранных открытых
текстов для выбранных ключей или 233 известных открытых текстов для
выбранных ключей). Усложнив схему развертки ключа, несложно повысить
устойчивость LOKI91 к подобной атаке.
3.5. Алгоритмы Khufu и Khafre
В 1990 году Ральф Меркл (Ralph Merkle) предложил два алгоритма. В
основу конструкции заложены следующие принципы:
V 56-битовый размер ключа DES слишком мал. Так как стоимость увеличения
размера ключа пренебрежимо мала (компьютерная память недорога и
доступна), длину ключа следует увеличить.
V Широкое использование в DES перестановок, хотя и удобно для аппаратных
реализаций, чрезвычайно затрудняет программные реализации. Самые
скоростные реализации DES выполняют перестановки с помощью таблиц
подстановок. Таблицы подстановок могут обеспечить те же характеристики
«рассеивания», что и собственно перестановки, и намного повысить
гибкость реализации.
V S-блоки DES, содержащие всего 64 4-битовых элементов, слишком малы.
Теперь, с увеличением объема памяти, должны возрасти и S-блоки. Более
того, все восемь S-блоков в DES используются одновременно. Хотя это и
удобнее для аппаратуры, для программной реализации это представляется
ненужным ограничением. Должны быть реализованы больший размер S-блоков
и последовательное (а не параллельное) их использование.
V Общепризнанно, что начальная и заключительная перестановки
криптографически бессмысленны, а поэтому должны быть исключены.
V Все скоростные реализации DES заранее вычисляют ключи для каждого
раунда. Отсюда, нет причин не сделать эти вычисления более сложными.
V В отличие от DES, критерии проектирования S-блоков должны быть
общедоступны.
В настоящее время к этому перечню Меркл, возможно, добавил бы
«устойчивость к дифференциальному и линейному криптоанализу, ведь в то
время эти методы вскрытия не были известны.
3.5.1 Алгоритм Khufu
Khufu - это 64-битовый блочный шифр. 64-битовый открытый тест сначала
расщепляется на две 32-битовые половины, L и R. Над обеими половинами и
определенными частями ключа выполняется операция XOR. Затем, аналогично
DES, результаты проходят некоторую последовательность раундов. В каждом
раунде младший значащий байт L используется как вход S-блока. У каждого S-
блока 8 входных битов и 32 выходных бита. Далее выбранный в S-блоке 32-
битовый элемент подвергается операции XOR с R. Затем L циклически
сдвигается на число, кратное восьми битам, L и R меняются местами, и раунд
завершается. Сам S-блок не статичен, он меняется каждые восемь раундов.
Наконец, по окончании последнего раунда, над L и R выполняется операция XOR
с другими частями ключа, и половины объединяются, образуя блок шифртекста.
Хотя части ключа используются для операции XOR с блоком шифрования в
начале и конце исполнения алгоритма, главное назначение ключа - генерация S-
блоков. Эти S-блоки секретны, по существу, это часть ключа. Полный размер
ключа алгоритма Khufu равен 512 бит (64 байт), алгоритм предоставляет
способ генерации S-блоков по ключу. Вопрос о достаточном числе раундов
остается открытым. Как указывает Меркл, 8-раундовый алгоритм Khufu уязвим к
вскрытию с подобранным открытым текстом. Он рекомендует использовать 16, 24
или 32 раунда. (Меркл ограничивает количество раундов числами, кратными
восьми).
Поскольку S-блоки Khufu зависят от ключа и секретны, алгоритм устойчив
к дифференциальному криптоанализу. Известна дифференциальная атака на 16-
раундовый Khufu, которая восстанавливает ключ с помощью 231 подобранных
открытых текстов, однако этот метод не удалось расширить на большее число
раундов. Если принять, что лучший метод взлома Khufu - лобовое вскрытие,
стойкость алгоритма впечатляет. 512-би-овый ключ обеспечивает сложность
вскрытия 2512 - это огромное число в любом случае.
3.5.2. Алгоритм Khafre
Khafre - это вторая криптосистема, предложенная Мерклом. (Khufu (Хуфу)
и Khafre (Хафр) - имена египетских фараонов). Конструкция этого алгоритма
близка Khufu, однако он спроектирован для приложений, где невозможны
предварительные вычисления. S-блоки не зависят от ключа. Вместо этого в
Khafre используются фиксированные S-блоки. Блок шифрования подвергается
операции XOR с ключом не только перед первым раундом и после последнего, но
и после каждых восьми раундов шифрования.
Меркл предполагал, что в алгоритме Khafre следует использовать 64- или
128-битовые ключи и что в этом алгоритме понадобится большее число раундов,
чем в Khufu. Это, наряду с тем, что каждый раунд Khafre сложнее раунда
Khufu, делает Khafre менее скоростным. Зато алгоритму Khafre не нужны
никакие предварительные расчеты, что ускорит шифрование небольших порций
данных.
В 1990 году Бихам и Шамир применили свой метод дифференциального
криптоанализа к алгоритму Khafre. Им удалось взломать 16-раундовый Khafre
атакой с подобранным открытым текстом, используя около 1500 различных
шифрований. На их персональном компьютере это заняло около часа.
Преобразование этой атаки в атаку с известным открытым текстом потребует
около 238 шифрований. Алгоритм Khafre с 24 раундами можно взломать с
помощью атаки с подобранным открытым текстом за 253 шифрования, а с помощью
атаки с известным открытым текстом – за 259 шифрования.
Алгоритмы Khufu и Khafre запатентованы. Исходный код этих алгоритмов
приведен в патенте.
3.6. Алгоритм ММВ
| |  скачать работу |
Композиции шифров |
