Американский стандарт шифрования данных DES

Стандарт шифрования данных DES (Data Encryption Standard) опубликован в 1977 г. Национальным бюро стандартов США. Стандарт DES предназначен для защиты от несанкционированного доступа к важной, но несекретной информации в государственных и коммерческих организациях США. Алгоритм, положенный в основу стандарта, распространялся достаточно быстро, и уже в 1980 г. был одобрен Национальным институтом стандартов и технологий США (НИСТ). С этого момента DES превращается в стандарт не только по названию (Data Encryption Standard), но и фактически. Появляются программное обеспечение и специализированные микроЭВМ, предназначенные для шифрования и расшифрования информации в сетях передачи данных.

К настоящему времени DES является наиболее распространенным алгоритмом, используемым в системах защиты коммерческой информации. Более того, реализация алгоритма DES в таких системах становится признаком хорошего тона.

Основные достоинства алгоритма DES:

- используется только один ключ длиной 56 бит;

- зашифровав сообщение с помощью одного пакета программ, для расшифровки можно использовать любой другой пакет программ, соответствующий стандарту DES;

- относительная простота алгоритма обеспечивает высокую скорость обработки;

- достаточно высокая стойкость алгоритма.

Алгоритм DES использует комбинацию подстановок и перестановок. DES осуществляет шифрование 64-битовых блоков данных с помощью 64-битового ключа, в котором значащими являются 56 бит (остальные 8 бит – проверочные биты для контроля на четность). Дешифрование в DES является операцией, обратной шифрованию, и выполняется путем повторения операций шифрования в обратной последовательности. Обобщенная схема процесса шифрования в алгоритме DES показана на рисунке 5.2. Процесс шифрования заключается в начальной перестановке битов 64-битового блока, шестнадцати циклах шифрования и, наконец, в конечной перестановке битов.

Рисунок 5.2 – Обобщенная схема шифрования в алгоритме DES

Все приводимые таблицы являются стандартными и должны включаться в реализацию алгоритма DES в неизменном виде.

Все перестановки и коды в таблицах подобраны разработчиками таким образом, чтобы максимально затруднить процесс расшифровки путем подбора ключа. При описании алгоритма DES (рисунок 5.3) применены следующие обозначения: LR – конкатенация последовательностей L и R, т.е. такая последовательность битов, длина которой равна сумме длин L и R;

в последовательности LR биты последовательности R следуют за битами последовательности L;

– операция побитового сложения по модулю 2.

L и R – последовательности битов (левая (left) и правая (right));

Рисунок 5.3 – Структура алгоритма DES

Пусть из файла исходного текста считан очередной 64-битовый (8-байтовый) блок Т. Этот блок Т преобразуется с помощью матрицы начальной перестановки IP.Биты входного блока Т (64 бита) переставляются в соответствии с матрицей IP: бит 58 входного блока Т становится битом 1, бит 50 – битом 2 и т.д. Эту перестановку можно описать выражением Т₀ = IP(T). Полученная последовательность битов Т₀ разделяется на две последовательности: L₀ – левые или старшие биты, R₀ – правые или младшие биты, каждая из которых содержит 32 бита.

Затем выполняется итеративный процесс шифрования, состоящий из 16 шагов (циклов). Пусть Т_i – результат i-й итерации:

Т_i = L_i R_i,

где L_i= t₁ t₂... t₃₂ (первые 32 бита); R_i = t₃₃ t₃₄... t₆₄ (последние 32 бита). Тогда результат i-й итерации описывается следующими формулами:

L_i = R_i–1, i = 1, 2,..., 16;

R_i= L_i–1 f(R_i–1, K_i), i = 1, 2,..., 16.

Функция f называется функцией шифрования. Ее аргументами являются последовательность R_i–1, получаемая на предыдущем шаге итерации, и 48-битовый ключ К_i, который является результатом преобразования 64-битового ключа шифра К. Подробнее функция шифрования f и алгоритм получения ключа К_i будут рассмотрены в последующих дисциплинах.

На последнем шаге итерации получают последовательности R₁₆ и L₁₆ (без перестановки местами), которые конкатенируются в 64-битовую последовательность R₁₆ L₁₆.

По окончании шифрования осуществляется восстановление позиций битов с помощью матрицы обратной перестановки IP^–1.

Поиск по сайту: