Шифрование открытых данных в режиме простой замены

Режим простой замены

СТАНДАРТ ШИФРОВАНИЯ ДАННЫХ ГОСТ 28147-89

ГОСТ 28147-89 представляет собой 64-битовый блочный алгоритм с 256-битовым ключом. Он предназначен для аппаратной и программной реализации, удовлетворяет криптографическим требованиям и не накладывает ограничений на степень секретности защищаемой информации.

Алгоритм предусматривает четыре режима работы:

1. шифрование данных в режиме простой замены;

2. шифрование данных в режиме гаммирования;

3. шифрование данных в режиме гаммирования с обратной свя­зью;

4. выработка имитовставки.

Основными режимами шифрования являются режимы с использованием гаммирования, однако они базируются на использовании шифрования данных в режиме простой замены.

Открытые данные, подлежащие шифрованию, разби­вают на 64‑разрядные блоки . Процедура шифрования 64-разрядного блока в режиме простой замены включает 32 цикла . В ключевое запоминающее устройство вводят 256 бит ключа в виде восьми 32-разрядных подключей (чисел)

.

Последовательность битов блока

разбивают на две последовательности по 32 бита: и , где ‑ левые или старшие биты, ‑ правые или младшие биты.

Работа алгоритма в режиме простой замены изображена на рис. 4.1.

Обозначения на схеме:

, 32-разрядные накопители;

32-разрядный сумматор по модулю ();

32-разрядный сумматор по модулю ;

R 32-разрядный регистр циклического сдвига;

КЗУ ‑ ключевое запоминающее устройство на 256 бит, состоящее из восьми 32-разрядных накопителей z;

S ‑ блок подстановки, состоящий из восьми узлов замены (S-блоков замены) .

Рис. 4.1. Схема реализации режима простой замены

Эти последовательности вводят в накопители и пе­ред началом первого цикла шифрования. В результате началь­ное заполнение накопителя :

32, 31, …, 2, 1 номер разряда N₁

начальное заполнение накопителя N₂:

32, 31, …, 2, 1 номер разряда N₂

Первый цикл процедуры шифрования 64-разрядного блока открытых данных можно описать уравнениями:

Здесь – заполнение N₁ после 1-го цикла шифрова­ния; ‑ заполнение после 1-го цикла шифрования; ‑ функция шифрования.

Аргументом функции является сумма по модулю числа (начального заполнения накопителя ) и числа подключа, считываемого из накопителя КЗУ. Каждое из этих чисел равно 32 битам.

Функция включает две операции над полученной 32-разрядной суммой .

Первая операция называется подстановкой (заменой) и выполняется блоком подстановки . Блок подстановки состоит из восьми узлов замены ( -блоков замены) с памятью 64 бит каждый. Поступающий из на блок подстановки 32-разрядный вектор разбивают на восемь последовательно идущих 4-разрядных векторов, каждый из которых преобразуется в четы­рехразрядный вектор соответствующим узлом замены. Каждый узел замены можно представить в виде таблицы-перестановки шестнадцати четырехразрядных двоичных чисел в диапазоне . Входной вектор указывает адрес строки в таблице, а число в этой строке является выходным вектором. Затем четы­рехразрядные выходные векторы последовательно объединяют в 32-разрядный вектор. Узлы замены (таблицы-перестановки) пред­ставляют собой ключевые элементы, которые являются общими для сетей ТКС и редко изменяются. Эти узлы замены должны со­храняться в секрете.

Вторая операция ‑ циклический сдвиг влево (на 11 разря­дов) 32-разрядного вектора, полученного с выхода блока подста­новки . Циклический сдвиг выполняется регистром сдвига . Затем результат работы функции шифрования суммиру­ют поразрядно по модулю 2 в сумматоре c 32-разрядным на­чальным заполнением накопителя . Затем полученный на выходе результат (значение ) записывают в накопитель , а старое значение (значение ) переписывают в накопи­тель (значение ). Первый цикл завершен. Последующие циклы осуществляются аналогично, при этом во втором цикле из КЗУ считывают заполнение – подключ , в третьем цикле ‑ подключ и т.д., в восьмом цикле ‑ подключ . В циклах с 9-го по 16-й, а также в циклах с 17-го по 24-й подключи из КЗУ считываются в том же порядке: . В последних восьми циклах с 25-го по 32-й порядок считывания подключей из КЗУ обратный: . Таким образом, при шифровании в 32 циклах осуществляется следующий поря­док выборки из КЗУ подключей:

В 32-м цикле результат из сумматора вводится в на­копитель , а в накопителе сохраняется прежнее заполнение. Полученные после 32-го цикла шифрования заполнения накопи­телей и . являются блоком шифрованных данных , соот­ветствующим блоку открытых данных .

Уравнения шифрования в режиме простой замены имеют вид

где ‑ заполнение после -го цикла шифрования; ‑ заполнение . после -го цикла шифрования, .

Блок зашифрованных данных (64 разряда) выводится из накопителей , в следующем порядке: из разрядов накопителя , затем из разрядов накопителя , т.е. начи­ная с младших разрядов:

.

Остальные блоки открытых данных зашифровываются в режиме простой замены аналогично.

Дата добавления: 2014-12-16