Симметричные алгоритмы

Использование классических симметричных алгоритмов предполагает применение только одной секретной единицы в системе — ключа, позволяющего отправителю зашифровать сообщение, а получателю расшифровать его. Стойкость хорошей шифровальной системы должно определяться только секретностью ключа, т.е. предполагается, что собственно алгоритм шифрования может быть открыт.

Ниже перечислены основные классы преобразований, используемые в симметричных системах.

· Моно- и многоалфавитные подстановки — замена символов или строк исходного сообщения на другие символы или строки по некоторому правилу, определяемому ключом. Это простой метод и для обеспечения высокой криптостойкости требуется использование больших ключей.

· Перестановки — изменение порядка следования строк. Этот тривиальный прием обычно используется в сочетании с другими методами.

· Гаммирование — наложение на открытые данные псевдослучайной последовательности, генерируемой на основе ключа;

· Блочные шифры — использование комбинации перечисленных методов, с возможным чередованием и повторением, для шифрования блока, т.е. части сообщения. Чаще всего используемый метод. Стандартизованные алгоритмы шифрования обычно относятся к этому классу.

Пример гаммирования:

· пусть исходное сообщение есть последовательность 16-ричных чисел

· пусть генератор псевдослучайных чисел имеет вид X_i = (X_i-1*343FDh+269EC3h), и псевдослучайная последовательность формируется из x_i = ((X_i SHR 16) AND 7FFFh) SHR 7;

· пусть ключ равен 10h 20h 30h 40h;

· пусть генератор инициализируется ключом, рассматриваемым как 32-разрядное число, т.е. X₀ = 10203040h;

· пусть гамма накладывается путем побитового логического сложения по модулю 2 символа гаммы и соответствующего символа сообщения.

Генерация гаммы:

Шифрование:

Процесс расшифровывания состоит в генерации гаммы шифра на основании секретного ключа и наложении гаммы на криптограмму.

Можно указать следующие требования к генератору гаммы:

1. Период гаммы должен быть достаточно большим для кодирования сообщения большой длины.

2. Гамма должна быть труднопредсказуемой. Например, если известен генератор и часть гаммы, то нельзя предсказать следующий за этой частью бит гаммы с вероятностью выше небольшого p. Аналогично для куска гаммы, предшествующего известной части.

3. Генерирование гаммы не должно представлять существенных технических сложностей.

Таким образом, стойкость системы зависит как от характеристик генератора, так и от собственно алгоритма получения гаммы.

Примеры блочных шифров:

1. DES (Data Encryption Standard) — алгоритм, принятый в качестве федерального стандарта США в 1977 г. Алгоритм открыт и был многократно опубликован. При шифровании используется 64-разрядный ключ, причем для кодирования применяется только 56 разрядов, а остальные 8 являются контрольными. Каждый блок кодируется независимо. Программные и аппаратные реализации не сложны. Недостаток состоит в малой длине ключа.

2. ГОСТ 28.147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования» — российский стандарт на алгоритм криптографической защиты для крупных ИС, ЛВС и ПЭВМ. Может быть реализован как программно, так и аппаратно. В соответствии с имеющейся нормативной базой может быть использован для защиты информации любой степени секретности. Ключ состоит из 256 разрядов. Недостатком является сложность и низкая скорость программной реализации.