1. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ëåêöèÿ 3
Áëî÷íûå øèôðû
Ìèõàèë Ëåîíèäîâè÷ Áóðÿêîâ
2012 ãîä

2. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Îïðåäåëåíèå
Áëî÷íûé øèôð àëãîðèòì, îïåðèðóþùèé íàä ãðóïïàìè áèòîâ
ôèêñèðîâàííîé äëèíû (áëîêàìè), ïðåîáðàçîâàíèå êîòîðîãî
îïðåäåëÿåòñÿ êëþ÷îì è ÿâëÿåòñÿ íåèçìåííûì [âî âðåìåíè], òî
åñòü îäèíàêîâûå áëîêè ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîãî êëþ÷à
ïðåîáðàçóþòñÿ â îäèíàêîâûå áëîêè.

3. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷åñêèå/àññèììåòðè÷íûå áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð
Àñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð

4. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷åñêèå/àññèììåòðè÷íûå áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð
ñåêðåòíûé êëþ÷ ∼ 100 áèò
Àñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð

5. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷åñêèå/àññèììåòðè÷íûå áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð
ñåêðåòíûé êëþ÷ ∼ 100 áèò
Àñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð
îòêðûòûé/ñåêðåòíûé êëþ÷ ∼ c · 1000 áèò

6. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷åñêèå/àññèììåòðè÷íûå áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð
ñåêðåòíûé êëþ÷ ∼ 100 áèò
áûñòðàÿ ñêîðîñòü øèôðîâàíèÿ
Àñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð
îòêðûòûé/ñåêðåòíûé êëþ÷ ∼ c · 1000 áèò

7. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷åñêèå/àññèììåòðè÷íûå áëî÷íûå øèôðû
Ñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð
ñåêðåòíûé êëþ÷ ∼ 100 áèò
áûñòðàÿ ñêîðîñòü øèôðîâàíèÿ
Àñèììåòðè÷íûé áëî÷íûé øèôð
îòêðûòûé/ñåêðåòíûé êëþ÷ ∼ c · 1000 áèò
ìåäëåííàÿ ñêîðîñòü øèôðîâàíèÿ ( â 1000 ðàç)

8. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ïåðâûå áëî÷íûå øèôðû
Lucifer èññëåäîâàòåëüñêèé ïðîåêò ôèðìû IBM 1970-õ ãîäîâ
ïî ñîçäàíèþ êðèïòîóñòîé÷èâîãî áëî÷íîãî øèôðà.
Ðåçóëüòàòîì ïðîåêòà ñòàëè:
ñåòü Ôåéñòåëÿ;
SP-ñåòü.

9. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Îñíîâíûå îïðåäåëåíèÿ
Ïðîöåäóðà øèôðîâàíèÿ
EK (P) := E (K , P) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n

10. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Îñíîâíûå îïðåäåëåíèÿ
Ïðîöåäóðà øèôðîâàíèÿ
EK (P) := E (K , P) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n
Ïðîöåäóðà ðàñøèôðîâàíèÿ
−1
EK (C ) := DK (C ) = D(K , C ) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n ,
ïðè÷åì ∀K : DK (EK (P)) = P .

11. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Îñíîâíûå îïðåäåëåíèÿ
Ïðîöåäóðà øèôðîâàíèÿ
EK (P) := E (K , P) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n
Ïðîöåäóðà ðàñøèôðîâàíèÿ
−1
EK (C ) := DK (C ) = D(K , C ) : {0, 1}k × {0, 1}n → {0, 1}n ,
ïðè÷åì ∀K : DK (EK (P)) = P .
EK äëÿ ôèêñèðîâàííîãî K ÿâëÿåòñÿ ïåðåñòàíîâêîé íà
ìíîæåñòâå áëîêîâ îòêðûòîãî òåêñòà.

12. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
Ïðîáëåìà:

13. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè
Ïðîáëåìà:
Ðåøåíèå:

14. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè
Ïðîñòî äîáàâèòü, íàïðèìåð, íóëè ïëîõîé âàðèàíò
Ïðîáëåìà:
Ðåøåíèå:
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD00000000|

15. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè
Ïðîáëåìà:
Ðåøåíèå:

16. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè
1. ANSI X.923
Ïðîáëåìà:
Ðåøåíèå:
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD00000004|

17. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè
1. ANSI X.923
Ïðîáëåìà:
Ðåøåíèå:
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD00000004|
2. ISO 10126
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD81A62304|

18. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè
1. ANSI X.923
Ïðîáëåìà:
Ðåøåíèå:
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD00000004|
2. ISO 10126
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD81A62304|
3. PKCS7 (RFC 5652)
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD04040404|

19. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè
1. ANSI X.923
Ïðîáëåìà:
Ðåøåíèå:
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD00000004|
2. ISO 10126
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD81A62304|
3. PKCS7 (RFC 5652)
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD04040404|
4. ISO/IEC 7816-4
. . . |DDDDDDDDDDDDDDDD|DDDDDDDD80000000|

20. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Äîïîëíåíèå áëîêîâ (padding)
äëèíà ñîîáùåíèÿ íå êðàòíà äëèíå áëîêà, êàê
øèôðîâàòü?
äîïîëíåíèå áèòàìè/áàéòàìè
Âî âñåõ ñëó÷àÿõ ïðîèñõîäèò óäëèíåíèå ïåðåäàâàåìîãî
ñîîáùåíèÿ (äàæå â ñëó÷àå, êîãäà äëèíà èñõîäíîãî ñîîáùåíèÿ
êðàòíà äëèíå áëîêà).
Ïðîáëåìà:
Ðåøåíèå:

21. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ïîõèùåíèå øèôð-òåêñòà (ciphertext stealing)
Íåò óäëèííåíèÿ ñîîáùåíèÿ

22. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Èòåðàòèâíûå áëî÷íûå øèôðû
EK = πqr +1 ◦ ϕqr ◦ ϕqr −1 ◦ . . . ◦ ϕq1 ◦ δq0 (P)
−1
−1
−1
EK = δq0 ◦ ϕ−1 ◦ ϕ−1 ◦ . . . ◦ ϕ−1 ◦ πqr +1 (C )
q1
q2
qr
ñåìåéñòâî áèåêòèâíûõ îòîáðàæåíèé (ñåìåéñòâî çàâèñèò
îò q);
ϕq ðàóíäîâàÿ ôóíêöèÿ, i -é ðàóíä øèôðîâàíèÿ;
qi ðàóíäîâûé êëþ÷;
qi = θi (K ) ïðîöåäóðà ôîðìèðîâàíèÿ ðàóíäîâûõ êëþ÷åé
(êëþ÷åâîå ðàñïèñàíèå);
δq âõîäíîå îòîáðàæåíèå; πq âûõîäíîå îòîáðàæåíèå.
ϕq
i
0
r +1

23. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Èòåðàòèâíûå áëî÷íûå øèôðû
EK = πqr +1 ◦ ϕqr ◦ ϕqr −1 ◦ . . . ◦ ϕq1 ◦ δq0 (P)
−1
−1
−1
EK = δq0 ◦ ϕ−1 ◦ ϕ−1 ◦ . . . ◦ ϕ−1 ◦ πqr +1 (C )
q1
q2
qr
âõîäíîå îòîáðàæåíèå; πq âûõîäíîå îòîáðàæåíèå.
Âõîäíîå è âûõîäíîå îòîáðàæåíèÿ ìîãóò
íå çàâèñåòü îò êëþ÷à (DES),
îòñóòñòâîâàòü (NewDES),
ïðèñóòñòâîâàòü òîëüêî îäíî (ÃÎÑÒ) è ò.ï.
δq0
r +1

24. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Îòáåëèâàíèå (whitening)
δq0 (x) = x ⊕ q0
δqr +1 (x) = x ⊕ qr +1
,
êëþ÷è îòáåëèâàíèÿ
Óñëîæåíèå àòàêè ïîëíûì ïåðåáîðîì
q0 qr +1

25. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè ïîäñòàíîâêè-ïåðåñòàíîâêè (SP-ñåòè)

26. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè Ôåéñòåëÿ
Øèôðîâàíèå
Li = Ri−1 ⊕ f (Li−1 , Ki−1 )
Ri = Li−1
íåêîòîðàÿ ôóíêöèÿ (íå îáÿçàòåëüíî âçàèìíî-îäíîçíà÷íàÿ)
Ki−1 i -é ðàóíäîâûé êëþ÷
f

27. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè Ôåéñòåëÿ
Ðàñøèôðîâàíèå
Li−1 = Ri ⊕ f (Li , Ki−1 )
Ri−1 = Li
íåêîòîðàÿ ôóíêöèÿ (íå îáÿçàòåëüíî âçàèìíî-îäíîçíà÷íàÿ)
Ki−1 i -é ðàóíäîâûé êëþ÷
f

28. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè Ôåéñòåëÿ
Äîñòîèíñòâà

29. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè Ôåéñòåëÿ
Äîñòîèíñòâà
Ïðîñòîòà àïïàðàòíîé ðåàëèçàöèè íà ñîâðåìåííîé
ýëåêòðîííîé áàçå

30. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè Ôåéñòåëÿ
Äîñòîèíñòâà
Ïðîñòîòà àïïàðàòíîé ðåàëèçàöèè íà ñîâðåìåííîé
ýëåêòðîííîé áàçå
Ïðîñòîòà ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè â ñèëó òîãî, ÷òî
çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ôóíêöèé ïîääðåæèâàåòñÿ íà
àïïàðàòíîì óðîâíå â ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðàõ (íàïðèìåð,
ñëîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n , óìíîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n , è ò.ä.)

31. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè Ôåéñòåëÿ
Äîñòîèíñòâà
Ïðîñòîòà àïïàðàòíîé ðåàëèçàöèè íà ñîâðåìåííîé
ýëåêòðîííîé áàçå
Ïðîñòîòà ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè â ñèëó òîãî, ÷òî
çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ôóíêöèé ïîääðåæèâàåòñÿ íà
àïïàðàòíîì óðîâíå â ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðàõ (íàïðèìåð,
ñëîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n , óìíîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n , è ò.ä.)
Õîðîøàÿ èçó÷åííîñòü àëãîðèòìîâ íà îñíîâå ñåòåé
Ôåéñòåëÿ

32. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè Ôåéñòåëÿ
Äîñòîèíñòâà
Ïðîñòîòà àïïàðàòíîé ðåàëèçàöèè íà ñîâðåìåííîé
ýëåêòðîííîé áàçå
Ïðîñòîòà ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè â ñèëó òîãî, ÷òî
çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ôóíêöèé ïîääðåæèâàåòñÿ íà
àïïàðàòíîì óðîâíå â ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðàõ (íàïðèìåð,
ñëîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n , óìíîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n , è ò.ä.)
Õîðîøàÿ èçó÷åííîñòü àëãîðèòìîâ íà îñíîâå ñåòåé
Ôåéñòåëÿ
Íåäîñòàòêè

33. Ëåêöèÿ 3 Áëî÷íûå øèôðû
Ñåòè Ôåéñòåëÿ
Äîñòîèíñòâà
Ïðîñòîòà àïïàðàòíîé ðåàëèçàöèè íà ñîâðåìåííîé
ýëåêòðîííîé áàçå
Ïðîñòîòà ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè â ñèëó òîãî, ÷òî
çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ôóíêöèé ïîääðåæèâàåòñÿ íà
àïïàðàòíîì óðîâíå â ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðàõ (íàïðèìåð,
ñëîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n , óìíîæåíèå ïî ìîäóëþ 2n , è ò.ä.)
Õîðîøàÿ èçó÷åííîñòü àëãîðèòìîâ íà îñíîâå ñåòåé
Ôåéñòåëÿ
Íåäîñòàòêè
Çà îäèí ðàóíä øèôðóåòñÿ òîëüê ïîëîâèíà âõîäíîãî áëîêà