Стандарт шифрования данных ГОСТ 28147-89

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 10Следующая ⇒

Важной задачей в обеспечении гарантированной безопасности информации в ИС является разработка и использования стандартных алгоритмов шифрования данных. Первым среди подобных стандартов стал американский DES, представляющий собой последовательное использование замен и перестановок. В настоящее время все чаще говорят о неоправданной сложности и невысокой криптостойкости. На практике приходится использовать его модификации.

Более эффективным является отечественный стандарт шифрования данных.

Он рекомендован к использованию для защиты любых данных, представленных в виде двоичного кода, хотя не исключаются и другие методы шифрования. Данный стандарт формировался с учетом мирового опыта, и в частности, были приняты во внимание недостатки и нереализованные возможности алгоритма DES, поэтому использование стандарта ГОСТ предпочтительнее. Алгоритм достаточно сложен. и ниже будет описана в основном его концепция.

Введем ассоциативную операцию конкатенации, используя для нее мультипликативную запись. Кроме того будем использовать следующие операции сложения:

- AÅ B - побитовое сложение по модулю 2;

- A[+]B - сложение по модулю 2³²;

- A{+}B - сложение по модулю 2³²-1.

Алгоритм криптографического преобразования предусматривает несколько режимов работы. Во всех режимах используется ключ W длиной 256 бит, представляемый в виде восьми 32-разрядных чисел x(i).

W=X(7)X(6)X(5)X(4)X(3)X(2)X(1)X(0).

Для дешифрования используется тот же ключ, но процесс дешифрования является инверсным по отношению к исходному.

Самый простой из возможных режимов - замена.

Пусть открытые блоки разбиты на блоки по 64 бит в каждом, которые обозначим как T(j).

Очередная последовательность бит T(j) разделяется на две последовательности B(0) и A(0) по 32 бита (правый и левый блоки). Далее выполняется итеративный процесс шифрования описываемый следующими формулами, вид который зависит от: i:

- для i=1, 2, ..., 24, j=(i-1)mod 8;

A(i) = f(A(i-1) [+] x(j)) Å B(i-1);

B(i) = A(i-1);

- для i=25, 26, ..., 31, j=32-i;

A(i) = f(A(i-1) [+] x(j)) Å B(i-1);

B(i) = A(i-1);

- для i=32;

A(32) = A(31);

B(32) = f(A(31) [+] x(0)) Å B(31).

Здесь i обозначает номер итерации. Функция f – функция шифрования.

Функция шифрования включает две операции над 32-разрядным аргументом.

Первая операция является подстановкой K. Блок подстановки К состоит из 8 узлов замены К(1)...К(8) с памятью 64 бита каждый. Поступающий на блок подстановки 32-разрядный вектор разбивается на 8 последовательно идущих 4-разрядных вектора, каждый из который преобразуется в 4-разрядный вектор соответствующим узлом замены, представляющим из себя таблицу из 16 целых чисел в диапазоне 0...15. Входной вектор определяет адрес строки в таблице, число из которой является выходным вектором. Затем 4-разрядные векторы последовательно объединяются в 32-разрядный выходной.

Вторая операция - циклический сдвиг влево 32-разрядного вектора, полученного в результате подстановки К. 64-разрядный блок зашифрованных данных Т представляется в виде

Т=А(32)В(32).

Остальные блоки открытых данных в режиме простой замены зашифровываются аналогично.

Следует учитывать, что данный режим шифрования обладает ограниченной криптостойкостью.

В ГОСТ 28147-89 определяется процесс выработки имитовставки, который единообразен для всех режимов шифрования. Имитовставка - это блок из р бит (имитовставка И_р), который вырабатывается либо перед шифрованием всего сообщения. либо параллельно с шифрованием по блокам. Параметр р выбирается в соответствии с необходимым уровнем имитозащищенности.

Для получения имитовставки открытые данные представляются также в виде блоков по 64 бит. Первый блок открытых данных Т(1) подвергается преобразованию, соответствующему первым 16 циклам алгоритма режима простой замены. Причем в качестве ключа используется тот же ключ, что и для шифрования данных. Полученное 64-разрядно число суммируется с открытым блоком Т(2) и сумма вновь подвергается 16 циклам шифрования для режима простой замены. Данная процедура повторятся для всех m блоков сообщения. Из полученного 64-разрядного числа выбирается отрезок И_р длиной р бит.

Имитовставка передается по каналу связи после зашифрованных данных. На приемной стороне аналогичным образом из принятого сообщения выделяется имитовставка и сравнивается с полученной. В случае несовпадения имитовставок сообщение считается ложным.

Контрольные вопросы

1. Дайте понятие имитовставка

2. Стандарт шифрования данных ГОСТ 28147-89 расскажите

3. Опишите датчики ПСЧ.

Список литературы

1. Средства защиты электронной информации – Алматы: ТОО «НИЛ «Гамма Технологии»», 2009-2012

2. Макаренко С. И. Информационная безопасность: учебное пособие для студентов вузов. – Ставрополь: СФ МГГУ им. М. А. Шолохова, 2009. –372 с.: ил.

3. Кибардин А.В. методы и средства Защиты компьютерной информации. Конспект лекций. 2008, 44с. Электронный ресурс

4. Ивлиев С.Н. Методы и средства защиты компьютерной информации. Курс лекций. Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева. 2012. 131 с.

5. Современная криптография. Теория и практика = Парал. тит. англ: научно-популярная литература/ В.Мао; Пер. с англ. - М.: Издательский дом " Вильямс", 2005. - 768 с

6. Защищённые информационные технологии. Проектирование и применение: научно-популярная литература/ М.В.Тарасюк. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 192 с.

Лекция 5. Система шифрования с открытым ключом. Стандарты хэширования и цифровой подписи. Управление криптографическими ключами

Цель лекции:

Содержание: ознакомить студентов с основными алгоритмами шифрования с открытым ключем.

а) система шифрования с открытым ключом (RSA);

б) шифр DES;

в) цифровые подписи и цифровые сертификаты.

Система шифрования с открытым ключом (RSA)

Как бы ни были сложны и надежны криптографические системы - их слабое мест при практической реализации - проблема распределения ключей. Для того, чтобы был возможен обмен конфиденциальной информацией между двумя субъектами ИС, ключ должен быть сгенерирован одним из них, а затем каким-то образом опять же в конфиденциальном порядке передан другому. Т.е. в общем случае для передачи ключа опять же требуется использование какой-то криптосистемы.

Для решения этой проблемы на основе результатов, полученных классической и современной алгеброй, были предложены системы с открытым ключом.

Суть их состоит в том, что каждым адресатом ИС генерируются два ключа, связанные между собой по определенному правилу. Один ключ объявляется открытым, а другой закрытым. Открытый ключ публикуется и доступен любому, кто желает послать сообщение адресату. Секретный ключ сохраняется в тайне.

Исходный текст шифруется открытым ключом адресата и передается ему. Зашифрованный текст в принципе не может быть расшифрован тем же открытым ключом. Дешифрование сообщения возможно только с использованием закрытого ключа, который известен только самому адресату.

Криптографические системы с открытым ключом используют так называемые необратимые или односторонние функции, которые обладают следующим свойством: при заданном значении x относительно просто вычислить значение f(x), однако если y=f(x), то нет простого пути для вычисления значения x.

Множество классов необратимых функций и порождает все разнообразие систем с открытым ключом. Однако не всякая необратимая функция годится для использования в реальных ИС.

В самом определении необратимости присутствует неопределенность. Под необратимостью понимается не теоретическая необратимость, а практическая невозможность вычислить обратное значение, используя современные вычислительные средства за обозримый интервал времени.

Поэтому чтобы гарантировать надежную защиту информации, к системам с открытым ключом (СОК) предъявляются два важных и очевидных требования:

1) Преобразование исходного текста должно быть необратимым и исключать его восстановление на основе открытого ключа.

2) Определение закрытого ключа на основе открытого также должно быть невозможным на современном технологическом уровне. При этом желательна точная нижняя оценка сложности (количества операций) раскрытия шифра.

Алгоритмы шифрования с открытым ключом получили широкое распространение в современных информационных системах. Так, алгоритм RSA стал мировым стандартом де-факто для открытых систем и рекомендован МККТТ.

Вообще же все предлагаемые сегодня криптосистемы с открытым ключом опираются на один из следующих типов необратимых преобразований:

1) Разложение больших чисел а простые множители.

2) Вычисление логарифма в конечном поле.

3) Вычисление корней алгебраических уравнений.

Здесь же следует отметить, что алгоритмы криптосистемы с открытым ключом (СОК) можно использовать в трех назначениях.

1) Как самостоятельные средства защиты передаваемых и хранимых данных.

2) Как средства для распределения ключей. Алгоритмы СОК более трудоемки, чем традиционные криптосистемы. Поэтому часто на практике рационально с помощью СОК распределять ключи, объем которых как информации незначителен. А потом с помощью обычных алгоритмов осуществлять обмен большими информационными потоками.

3) Средства аутентификации пользователей. Об этом будет рассказано в главе «Электронная подпись».

Ниже рассматриваются наиболее распространенные системы с открытым ключом.

Алгоритмы с открытым ключом, или асимметричные алгоритмы, базируются на использовании отдельных шифровального (открытого – public) и дешифровального (закрытого – private) ключей. В алгоритмах с открытым ключом требуется, чтобы закрытый ключ было невозможно вычислить по открытому ключу. Исходя из этого требования, шифровальный ключ может быть доступным кому угодно без какого-либо ущерба безопасности алгоритма шифрования.

Алгоритм Ривеста-Шамира-Эдлемана(RSA).

Этот алгоритм носит инициалы его изобретателей. Он имеет важное значение, поскольку может быть использован как для шифрования, так и для цифровых подписей.

Стойкость алгоритма RSA определяется сложностью разложения больших чисел на множители. (Наверное, криптоанализ шифра RSA возможен и без использования операции разложения на множители, но никто до сих пор не доказал этого).

Ниже кратко описан принцип действия алгоритма RSA:

1) Генерируется два простых числа p и q (100 цифр и более), причем n=pq.

2) В качестве открытого ключа выбирается целое число e, взаимно простое с числом (p-1)(q-1).

3) Закрытый ключ d вычисляется из условия ed mod (p-1)(q-1) = 1.

4) Шифрование открытого числа m (где m < n), осуществляется путем вычисления m^c mod n.

5) Расшифровка зашифрованного числа c осуществляется путем вычисления c^d mod m.

Основным недостатком шифра RSA и других алгоритмов с открытым ключом, является их низкая производительность, по сравнению с алгоритмами с секретным ключом. Алгоритм RSA уступает по скорости сопоставимым реализациям алгоритма DES в 100, а то и в 1000 раз.

Хотя шифр RSA еще никому не удалось раскрыть, прогресс в математике может сделать этот шифр устаревшим. При наличии эффективного способа разложения больших чисел на множители шифр RSA можно легко раскрыть. К тому же алгоритм RSA и другие алгоритмы с открытым ключом не защищены от множества атак, которые определяются способами использования этих алгоритмов.

Алгоритм AlGamal. Хотя RSA и является одним из самых популярных алгоритмов шифрования с открытым ключом, имеется также множество других алгоритмов. Один из них – алгоритм AlGamal, разработанный в 1984 г. Тэгером Эль-Гамалом. Он не запатентован и может использоваться свободно.

Защищенность алгоритма AlGamal базируется на сложности вычисления дискретного логарифма в конечном поле. А заключается алгоритм в следующем:

1) Выбирается простое число p и два случайных числа, g и x, меньших чем p.

2) Открытый ключ состоит из чисел g, p, и y, где y=gx mod p. Закрытым ключом является число x.

3) Для шифрования блока сообщения m, выбирается случайное число k, такое, что k и (p-1) взаимно простые числа, и вычисляется a=gk mod p. Зашифрованным блоком являются оба числа – a и b.

4) Для расшифровки a и b вычисляется m=(b/ax) mod p.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒