Блочные методы шифрования


Скачать 143.42 Kb.
НазваниеБлочные методы шифрования
Дата публикации05.05.2013
Размер143.42 Kb.
ТипКурсовая
userdocs.ru > Информатика > Курсовая


МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

ФБОУ ВПО

НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Электромеханический факультет

Кафедра «Информационные системы»

Дисциплина «Информационная Безопасность и Защита Информации»

Пояснительная записка к курсовой работе

Тема: Блочные методы шифрования.

Выполнила:

Группа ИТ-31 ″а″

Студент Размыслов С.О.

«__»___________2012 г.

_____________________

подпись


Проверил:

Голышев Д.Н.

«__»___________2012 г.

___________________

подпись

Новосибирск, 2012г.

Реферат
Криптография, Защита информации, Блочные методы шифрования, Сеть Фейстеля, Стандарт ГОСТ 28147-89
Курсовая работа: 25 страниц, 4 рисунка, 2 таблицы, 2 источника литературы.

Содержание


  1. Введение

  2. Теоретическая часть

  3. Практическая часть

  4. Заключение

Введение
Курсовая работа посвящена ГОСТу, который является обязательным для органов государственного управления на территории Российской Федерации. В связи с этим данная тема курсовой работы является актуальной.
^ Цель работы:

Ознакомиться с блочными методами шифрования. Приобретение практических навыков шифрования и дешифрования информации с помощью сети Фейстеля.
Порядок выполнения работы:


  1. Реализовать блочный алгоритм шифрования, основанный на сети Фейстеля.

  2. Реализовать алгоритм дешифрования, соответствующий алгоритму шифрования из пункта 1.

  3. Задать сообщение, состоящее из имени и фамилии, и протестировать работу созданных алгоритмов шифрования и дешифрования в режиме, определяемом вариантом задания.

  4. Оформить пояснительную записку к курсовой работе в соответствии с требованиями.

  5. Защитить курсовую работу.

^ Теоретическая часть
Описание стандарта шифрования Российской Федерации содержится в документе, озаглавленном «Алгоритм криптографического преобразования ГОСТ 28147-89». То, что в его названии вместо термина «шифрование» фигурирует более общее понятие « криптографическое преобразование », вовсе не случайно. Помимо нескольких тесно связанных между собой процедур шифрования, в документе описан один построенный на общих принципах с ними алгоритм выработки имитовставки. Последняя является не чем иным, как криптографической контрольной комбинацией, то есть кодом, вырабатываемым из исходных данных с использованием секретного ключа с целью имитозащиты, или защиты данных от внесения в них несанкционированных изменений.

Элементы данных в данной статье обозначаются заглавными латинскими буквами с наклонным начертанием (например, X). Через |X| обозначается размер элемента данных X в битах. Таким образом, если интерпретировать элемент данных X как целое неотрицательное число, можно записать следующее неравенство:.

Если элемент данных состоит из нескольких элементов меньшего размера, то этот факт обозначается следующим образом: X=(X 0,X 1,…,Xn –1)=X 0||X 1||…||Xn –1. Процедура объединения нескольких элементов данных в один называется конкатенацией данных и обозначается символом «||». Естественно, для размеров элементов данных должно выполняться следующее соотношение: |X|=|X 0|+|X 1|+…+|Xn -1|. При задании сложных элементов данных и операции конкатенации составляющие элементы данных перечисляются в порядке возрастания старшинства. Иными словами, если интерпретировать составной элемент и все входящие в него элементы данных как целые числа без знака, то можно записать следующее равенство:



В алгоритме элемент данных может интерпретироваться как массив отдельных битов, в этом случае биты обозначаем той же самой буквой, что и массив, но в строчном варианте, как показано на следующем примере:

X=(x 0,x 1,…,xn –1)=x 0+21·x 1+…+2 n–1·xn –1.

Таким образом, если вы обратили внимание, для ГОСТа принята т.н. «little-endian» нумерация разрядов, т.е. внутри многоразрядных слов данных отдельные двоичные разряды и их группы с меньшими номерами являются менее значимыми. Об этом прямо говорится в пункте 1.3 стандарта: «При сложении и циклическом сдвиге двоичных векторов старшими разрядами считаются разряды накопителей с большими номерами». Далее, пункты стандарта 1.4, 2.1.1 и другие предписывают начинать заполнение данными регистров-накопителей виртуального шифрующего устройства с младших, т.е. менее значимых разрядов. Точно такой же порядок нумерации принят в микропроцессорной архитектуре Intel x86, именно поэтому при программной реализации шифра на данной архитектуре никаких дополнительных перестановок разрядов внутри слов данных не требуется.

Если над элементами данных выполняется некоторая операция, имеющая логический смысл, то предполагается, что данная операция выполняется над соответствующими битами элементов. Иными словами A•B=(a 0•b 0,a 1•b 1,…,an –1•bn –1), где n=|A|=|B|, а символом «•» обозначается произвольная бинарная логическая операция; как правило, имеется в виду операция исключающего или , она же – операция суммирования по модулю 2:
^ Логика построения шифра и структура ключевой информации ГОСТа.

Если внимательно изучить оригинал ГОСТ 28147–89, можно заметить, что в нем содержится описание алгоритмов нескольких уровней. На самом верхнем находятся практические алгоритмы, предназначенные для шифрования массивов данных и выработки для них имитовставки. Все они опираются на три алгоритма низшего уровня, называемые в тексте ГОСТа циклами. Эти фундаментальные алгоритмы упоминаются в данной статье как базовые циклы, чтобы отличать их от всех прочих циклов. Они имеют следующие названия и обозначения:

  • цикл зашифрования;

  • цикл расшифрования;

  • цикл выработки имитовставки.

В свою очередь, каждый из базовых циклов представляет собой многократное повторение одной единственной процедуры, называемой для определенности далее в настоящей работе основным шагом криптопреобразования.

Таким образом, чтобы разобраться в ГОСТе, надо понять три следующие вещи:

  • что такое основной шаг криптопреобразования;

  • как из основных шагов складываются базовые циклы;

  • как из трех базовых циклов складываются все практические алгоритмы ГОСТа.

Прежде чем перейти к изучению этих вопросов, следует поговорить о ключевой информации, используемой алгоритмами ГОСТа. В соответствии с принципом Кирхгофа, которому удовлетворяют все современные известные широкой общественности шифры, именно ее секретность обеспечивает секретность зашифрованного сообщения. В ГОСТе ключевая информация состоит из двух структур данных. Помимо собственно ключа , необходимого для всех шифров, она содержит еще и таблицу замен . Ниже приведены основные характеристики ключевых структур ГОСТа.

Ключ является массивом из восьми 32-битовых элементов кода, далее в настоящей работе он обозначается символом K: В ГОСТе элементы ключа используются как 32-разрядные целые числа без знака:. Таким образом, размер ключа составляет 32·8=256 бит или 32 байта.

Таблица замен является вектором, содержащим восемь узлов замены . Каждый узел замены, в свою очередь, является вектором, содержащим шестнадцать 4-битовых элементов замены, которые можно представить в виде целых чисел от 0 до 15, все элементы одного узла замены обязаны быть различными. Таким образом, таблица замен может быть представлена в виде матрицы размера 8x16 или 16x8, содержащей 4-битовые заменяющие значения. Для языков программирования, в которых двумерные массивы расположены в оперативной памяти по строкам, естественным является первый вариант (8x16), его-то мы и возьмем за основу. Тогда узлы замены будут строками таблицы замен. В настоящей статье таблица замен обозначается символом H: . Таким образом, общий объем таблицы замен равен: 8 узлов x 16 элементов/узел x 4 бита/элемент = 512 бит = 64 байта.

^ Основной шаг криптопреобразования.

Основной шаг криптопреобразования по своей сути является оператором, определяющим преобразование 64-битового блока данных. Дополнительным параметром этого оператора является 32-битовый блок, в качестве которого используется какой-либо элемент ключа. Схема алгоритма основного шага приведена на рисунке 1.


Рисунок 1. Схема основного шага криптопреобразования алгоритма ГОСТ 28147-89.
Базовые циклы криптографических преобразований.

Как отмечено в начале настоящей статьи, ГОСТ относится к классу блочных шифров, то есть единицей обработки информации в нем является блок данных. Следовательно, вполне логично ожидать, что в нем будут определены алгоритмы для криптографических преобразований, то есть для зашифрования, расшифрования и «учета» в контрольной комбинации одного блока данных. Именно эти алгоритмы и называются базовыми циклами ГОСТа, что подчеркивает их фундаментальное значение для построения этого шифра.

Базовые циклы построены из основных шагов криптографического преобразования, рассмотренного в предыдущем разделе. В процессе выполнения основного шага используется только один 32-битовый элемент ключа, в то время как ключ ГОСТа содержит восемь таких элементов. Следовательно, чтобы ключ был использован полностью, каждый из базовых циклов должен многократно выполнять основной шаг с различными его элементами. Вместе с тем кажется вполне естественным, что в каждом базовом цикле все элементы ключа должны быть использованы одинаковое число раз, по соображениям стойкости шифра это число должно быть больше одного.

Все сделанные выше предположения, опирающиеся просто на здравый смысл, оказались верными. Базовые циклы заключаются в многократном выполнении основного шага с использованием разных элементов ключа и отличаются друг от друга только числом повторения шага и порядком использования ключевых элементов. Ниже приведен этот порядок для различных циклов.
^ Цикл зашифрования:

K 0,K 1,K 2,K 3,K 4,K 5,K 6,K 7,K 0,K 1,K 2,K 3,K 4,K 5,K 6,K 7,K 0,K 1,K 2,K 3,K 4,K 5,K 6,K 7,K 7,K 6,K 5,K 4,K 3,K 2,K 1,K 0.


Рисунок 2а. Схема цикла зашифрования
Цикл расшифрования:

K 0,K 1,K 2,K 3,K 4,K 5,K 6,K 7,K 7,K 6,K 5,K 4,K 3,K 2,K 1,K 0,K 7,K 6,K 5,K 4,K 3,K 2,K 1,K 0,K 7,K 6,K 5,K 4,K 3,K 2,K 1,K 0.


Рисунок 2б. Схема цикла расшифрования
Цикл выработки имитовставки:

K 0,K 1,K 2,K 3,K 4,K 5,K 6,K 7,K 0,K 1,K 2,K 3,K 4,K 5,K 6,K 7.


Рисунок 2в. Схема цикла выработки имитовставки.
Основные режимы шифрования.

ГОСТ 28147-89 предусматривает три следующих режима шифрования данных:

  • простая замена,

  • гаммирование,

  • гаммирование с обратной связью,

  • и один дополнительный режим выработки имитовставки.

В любом из этих режимов данные обрабатываются блоками по 64 бита, на которые разбивается массив, подвергаемый криптографическому преобразованию, именно поэтому ГОСТ относится к блочным шифрам. Однако в двух режимах гаммирования есть возможность обработки неполного блока данных размером меньше 8 байт, что существенно при шифровании массивов данных с произвольным размером, который может быть не кратным 8 байтам.
^ Простая замена.

Зашифрование в данном режиме заключается в применении цикла к блокам открытых данных, расшифрование – цикла к блокам зашифрованных данных. Это наиболее простой из режимов, 64-битовые блоки данных обрабатываются в нем независимо друг от друга.
Гаммирование.

Как же можно избавиться от недостатков режима простой замены? Для этого необходимо сделать возможным шифрование блоков с размером менее 64 бит и обеспечить зависимость блока шифртекста от его номера, иными словами, рандомизировать процесс шифрования. В ГОСТе это достигается двумя различными способами в двух режимах шифрования, предусматривающих гаммирование . Гаммирование – это наложение (снятие) на открытые (зашифрованные) данные криптографической гаммы, то есть последовательности элементов данных, вырабатываемых с помощью некоторого криптографического алгоритма, для получения зашифрованных (открытых) данных. Для наложения гаммы при зашифровании и ее снятия при расшифровании должны использоваться взаимно обратные бинарные операции, например, сложение и вычитание по модулю 264 для 64-битовых блоков данных. В ГОСТе для этой цели используется операция побитового сложения по модулю 2, поскольку она является обратной самой себе и, к тому же, наиболее просто реализуется аппаратно. Гаммирование решает обе упомянутые проблемы: во-первых, все элементы гаммы различны для реальных шифруемых массивов и, следовательно, результат зашифрования даже двух одинаковых блоков в одном массиве данных будет различным. Во-вторых, хотя элементы гаммы и вырабатываются одинаковыми порциями в 64 бита, использоваться может и часть такого блока с размером, равным размеру шифруемого блока.
^ Гаммирование с обратной связью.

Данный режим очень похож на режим гаммирования и отличается от него только способом выработки элементов гаммы – очередной элемент гаммы вырабатывается как результат преобразования по циклу 32-З предыдущего блока зашифрованных данных, а для зашифрования первого блока массива данных элемент гаммы вырабатывается как результат преобразования по тому же циклу синхропосылки. Этим достигается зацепление блоков – каждый блок шифртекста в этом режиме зависит от соответствующего и всех предыдущих блоков открытого текста. Поэтому данный режим иногда называется гаммированием с зацеплением блоков . На стойкость шифра факт зацепления блоков не оказывает никакого влияния.


^ Выработка имитовставки к массиву данных.

В предыдущих разделах мы обсудили влияние искажения шифрованных данных на соответствующие открытые данные. Мы установили, что при расшифровании в режиме простой замены соответствующий блок открытых данных оказывается искаженным непредсказуемым образом, а при расшифровании блока в режиме гаммирования изменения предсказуемы. В режиме гаммирования с обратной связью искаженными оказываются два блока, один предсказуемым, а другой непредсказуемым образом. Значит ли это, что с точки зрения защиты от навязывания ложных данных режим гаммирования является плохим, а режимы простой замены и гаммирования с обратной связью хорошими? – Ни в коем случае. При анализе данной ситуации необходимо учесть то, что непредсказуемые изменения в расшифрованном блоке данных могут быть обнаружены только в случае избыточности этих самых данных, причем, чем больше степень избыточности, тем вероятнее обнаружение искажения. Очень большая избыточность имеет место, например, для текстов на естественных и искусственных языках, в этом случае факт искажения обнаруживается практически неизбежно. Однако в других случаях, например, при искажении сжатых оцифрованных звуковых образов, мы получим просто другой образ, который сможет воспринять наше ухо. Искажение в этом случае останется необнаруженным, если, конечно, нет априорной информации о характере звука. Вывод здесь такой: поскольку способность некоторых режимов шифрования обнаруживать искажения, внесенные в шифрованные данные, существенным образом опирается на наличие и степень избыточности шифруемых данных, эта способность не является имманентным свойством соответствующих режимов и не может рассматриваться как их достоинство.

Практическая часть
Основные характеристики:

  • Размер входного блока – 16 бит

  • Размер выходного блока – 16 бит

  • Ключ – 32 бита

  • Число раундов – 4


Ключ
10011001 – подключ №1

00110011 – подключ №2

11000011 – подключ №3

10011101 – подключ №4
Сдвиг

Вправо на 4
S – блок
Таблица 1.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

3

5

0

8

1

2

4

9

12

6

13

7

15

10

14

11


Таблица 2.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1

2

0


^ Исходное сообщение


Б

Р

И

К

Е

Т

О

В

А

00001

10000

01000

01010

00101

10010

01110

00010

00000


Массив №1

0000110000010000
Массив №2

1010001011001001
Массив №3

1100001000000100

^ Шифрование массива №1
0000110000010000
Раунд №1

Раунд №2

Раунд №3


Раунд №4



^ Шифрование массива №2
1010001011001001
Раунд №1


Раунд №2


Раунд №3


Раунд №4


^ Шифрование массива №3
1100001000000100
Раунд №1


Раунд №2


Раунд №3


Раунд №4


Результат:

Дешифрование массива №1


Раунд №1


Раунд №2


Раунд №3


Раунд №4


^ Дешифрование массива №2


Раунд №1


Раунд №2


Раунд №3


Раунд №4


Дешифрование массива №3


Раунд №1


Раунд №2


Раунд №3


Раунд №4


Заключение
В процессе выполнения курсовой работы были изучены блочные методы шифрования, в том числе сеть Фейстеля и ГОСТ 28147-89.

Данный ГОСТ был применен на практике в виде шифрования и дешифрования своей фамилии.


Похожие:

Блочные методы шифрования iconРабота Шифрование данных
Цель работы: знакомство с простейшими приемами шифрования и де­шифрования текстовой информации
Блочные методы шифрования iconЛекция кзи стандарты шифрования
Эвм, вычислительных комплексах и вычислительных сетях. Эти алгоритмы допускается использовать без ограничений для шифрования информации...
Блочные методы шифрования iconПсихологическая коррекция отклоняющегося поведения личности
Цели и принципы поведенческой коррекции Стимулирование позитивной мотивации Методы коррекции эмоциональных состояний Методы саморегуляции...
Блочные методы шифрования iconKaspersky Security для бизнеса
Антивирусную защиту, контроль использования устройств, приложений и веб-ресурсов, предоставляют инструменты шифрования и системного...
Блочные методы шифрования iconМетоды исследования и оценки качества пищевых жиров
В сомнительных случаях, когда органолептические методы недостаточны для принятия решения об использовании исследуемых продуктов в...
Блочные методы шифрования iconПринципы и методы лечения в офтальмологии
В офтальмологии применяются все те методы обследования и лечения больных, которые применяются во всей медицине, но есть и специфические...
Блочные методы шифрования icon4. численные методы
Эвм и в этом случае объем расчетов не имеет значения (до определенного предела). В основе алгоритмов лежат численные методы решения...
Блочные методы шифрования iconЧуб Б. А., Бандурин А. В. Система инвестиционных взаимоотношений...
Снове отечественного и зарубежного опыта сформулированы основные цели и предложены разнообразные методы по созданию инвестиционного...
Блочные методы шифрования icon1. Методы физиотерапии в гинекологии. Показания, противопоказания
Рак тела матки. Классификация, клиника, диагностика, методы лечения, профилактика
Блочные методы шифрования iconТезисы Каковы основные методы регистрации физиологических процессов...
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница