Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Алгоритм шифрування DES
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Звіт про виконання лабораторної роботи
Предмет:
Методи та засоби криптологічних перетворень
Група:
ІБ – 44
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Звіт
про виконання лабораторної роботи №3
На тему: „ Алгоритм шифрування DES”
З курсу: “Методи і засоби криптологічних перетворень”
Львів 2008
Мета: дослідити симетричні шифри на прикладі алгоритму DES.
Теоретичні відомості
Стандарт шифрування даних (англійською Data Encryp tion Standard — DES) був розроблений у 70-х роках фахівцями з IBM і у 1976 році був прийнятий через NBS та ANSI у якості федерально го стандарту Сполучених Штатів для захисту комерційної та урядової інформації, не пов’язаної з національною безпекою. Цим актом увінчав ся цілий етап у розвитку криптографії — майже одночасно з’явилися принципово нові криптосистеми з відкритим ключем, яким присвячено більшість подальших розділів цієї книжки.
Спробуємо простежити уявний шлях від шифру одноразового блок ноту до криптосистеми DES. Для цього нагадаємо дві основні харак 3К3стики першого. З одного боку, шифр одноразового блокноту є абсолютно надійним, а з іншого, він далеко не завжди є практичним через велику довжину ключа. Тому перший крок є таким — довжина ключа має бути фіксованою, а шифрування має відбуватися блоками. Як і шифр одноразового блокноту, DES оперує з інформацією поданою у двійковій формі, а довжина блоку і довжина ключа вибрані рівни ми 64. Іншими словами, двійкове повідомлення М розбивають на бло ки по 64 біти і шифрують кожен блок окремо, використовуючи один і той же двійковий ключ К довжини 64. Таким чином, повідомлення М = М1М2М3 … перетворюється у криптотекст С = С1С2С3…, де d — ЕK(Мi). У стандарті DES кожен блок криптотексту Сi також є двійковою послідовністю довжини 64.
Звернемося до питання вибору алгоритму Е. Апріорно він повинен задовольняти три умови:
можливість дешифрування: для будь-якого ключа K різним блокам по відомлення М’ і М» відповідають різні блоки криптотексту ЕK(М’) і ЕK(М»), інакше кажучи, алгоритм ЕK з будь-яким ключем здійснює перестановку двійкових послідовностей довжини 64;
ефективність: і шифрування, і дешифрування відбуваються швидко;
надійність: якщо ключ невідомий, то немає способу розкриття шифру.
Останній пункт потребує принципового уточнення. Зрозуміло, що як би вдало алгоритм Е не був спроектований, надійність, що давалася шифром одноразового блокноту, вже буде недосяжною. Недосяжною з тої причини, що будь-який блоковий шифр можна зламати за допомо гою брутальної атаки, яка у нашому випадку полягає в переборі всіх двійкових ключів К довжини 64. Про яку ж надійність йдеться? За уважимо, що всього двійкових ключів довжини 64 є 264. Елементарні обчислення показують, що комп’ютер із тактовою частотою 100 MHz перебиратиме всі можливі ключі 264/108 секунд, тобто довше ніж 5800 років. Звичайно, повний перебір необхідний лише у найгіршому ви падку. У середньому, потрібний ключ буде знайдено вдвічі швидше — приблизно за 2900 років — час, за який таємниця втратить актуаль ність. Якщо для шифру невідомо методу його ламання упродовж більш реалістичного терміну, то такий шифр вважають надійним в обчислю вальному сенсі.
Якщо ми хочемо отримати криптосистему надійну у такому новому розумінні, зразу відмовимось від наївної спроби вдосконалити шифр одноразового блокноту і покласти ЕK(Мi) = Мi,K. Таке шифрування є дуже швидке, але вкрай ненадійне. Для розкриття досить просумувати за модулем 2 криптотекст із самим собою, але зсунутим на 64 позиції. Із рівності КК=0 випливає, що результат буде тим же, що й при сумуванні повідомлення із самим собою зсунутим на ту ж кількість позицій. Із цієї інформації, яка вже ніяк не залежить від ключа, неважко отримати саме повідомлення, запорукою чого є феномен надлишковості будь-якої природної мови.
Розробники стандарту DES пропонують наступну конструкцію (по дальший опис алгоритму спрощено задля акцентування найважливіших фаз його роботи).
Алгоритм E приймає на вхід двійковий блок М довжини 64 та використовує ключ К, з якого виділяються 16 частин K1,…,K16 по 48 бітів кожна. Це так звані циклові ключі. Блок М розбивається на дві рівні частини по 32 біти: ліву L0 та праву R0. Відбувається 16 циклів перетворення повідомлення М=L0R0. У і-му циклі (Lі-1, Rі-1) за допомогою Кі перетворюється у (Lі, Rі) наступним чином:
Lі = Rі-1,
R і = Lі-1f(Rі-1, Kі),
де f — деяка функція, що перетворює двійкові послідовності довжини 80 у двійкові послідовності довжини 32. Насамкінець ліва та права частини міняються місцями, що і є результатом роботи алгоритму: ЕК(М) = R16Ll6.
Описана процедура різні бло ки М’ і М» перетворює у різні блоки 3К(М’) і Ек(М»), незалеж но від вибору функції f. Більше того, якщо Ек1,…,к16(М) = С, то М = Ек1,…, к16{С), тобто дешифруючий алгоритм ідентичний із ши фруючим, варто лише взяти послідовність ключів у зворотньому по рядку.
Функцію f стандарт DES пропонує такої форми: f(R,Ki) = s(e(R) Кi). Функція e розширює R із 32 бітів до 48, вставляючи копії деяких 16 позицій. Функція s перетворює двійкові послідовності довжини 48 у двійкові послідовності довжини 32. Вона реалізується так. Двійковий вхід А довжини 48 розбивається на 8 блоків А1 … A8 по 6 бітів і кожен блок Аi замінюється на деякий блок із 4 бітів шляхом застосування деякої функції s,. Кожна із цих 8-ми функцій реалізована незалежно від інших. Реалізації цих функцій називаються S-блоками. Після цього отримані 32 біти перемішуються згідно із деякою переста новкою р. Таким чином, s(A) = p(s1(A1) … S8(A8)), що й завершує опис алгоритму DES.
Згідно із стандартом, описана нами процедура починається із переставлення бітів блоку М відповідно до фіксо ваної перестановки IP і завершується застосуванням до отриманого резуль тату оберненої перестановки IP-1.
Із 64 бітів ключа К алгоритм DES насправді використовує лише 56. Ре шта бітів можуть служити для перевірки неушкодженості даних при переси ланні ключа — з цією метою кожен восьмий біт покладають рівним сумі за модулем 2 попередніх семи.
Результат виконання шифрування
Ключ
ABCDEF0123456789
Відкритий текст
ABCDEFABCDEF1234
Initial KEY=ABCDEF0123456789
1010101111001101111011110000000100100011010001010110011110001001
SETTING ROUND KEYS
Initially
C=1000011101100110010101010000
D=0101010101100110100001110000
Key for round 1
C=0000111011001100101010100001
D=1010101011001101000011100000
K0=110001010111110000010010101100001010110000011010
Key for round 2
C=0001110110011001010101000010
D=0101010110011010000111000001
K1=000001000100001101101110100100110001010110001101
Key for round 3
C=0111011001100101010100001000
D=0101011001101000011100000101
K2=101000100101000100110101100010100001001110100001
Key for round 4
C=1101100110010101010000100001
D=0101100110100001110000010101
K3=100011010000101101100001010100100110101100100101
Key for round 5
C=0110011001010101000010000111
D=0110011010000111000001010101
K4=100000110111001010111001011100100000100110011000
Key for round 6
C=1001100101010100001000011101
D=1001101000011100000101010101
K5=100111010001011111000000110000010011000100011011
Key for round 7
C=0110010101010000100001110110
D=0110100001110000010101010110
K6=010100100101101011001001011001110011001000101000
Key for round 8
C=1001010101000010000111011001
D=1010000111000001010101011001
K7=000110011111000101000100011100000001100101101110
Key for round 9
C=0010101010000100001110110011
D=0100001110000010101010110011
K8=100101110010110000011100010111101100010100000100
Key for round 10
C=1010101000010000111011001100
D=0000111000001010101011001101
K9=010011100010011010010000100010000110010111001000
Key for round 11
C=1010100001000011101100110010
D=0011100000101010101100110100
K10=010111101001110000101100111010001111001000000001
Key for round 12
C=1010000100001110110011001010
D=1110000010101010110011010000
K11=110010101010000001001010111100100100011000101010
Key for round 13
C=1000010000111011001100101010
D=1000001010101011001101000011
K12=001010001100111000101110100111000001101100001010
Key for round 14
C=0001000011101100110010101010
D=0000101010101100110100001110
K13=111000000011100100001010100101000111001001110000
Key for round 15
C=0100001110110011001010101000
D=0010101010110011010000111000
K14=001000001010111001110001011100011010101001100000
Key for round 16
C=1000011101100110010101010000
D=0101010101100110100001110000
K15=101110001101000001010100010000101100001010011101
E N C R Y P T I O N
input block=ABCDEFABCDEF1234
1010101111001101111011111010101111001101111011110001001000110100
Rounds
1 L=36C0B63F R=3FAD3F6D K1=110001010111110000010010101100001010110000011010
2 L=3FAD3F6D R=5E4C3E96 K2=000001000100001101101110100100110001010110001101
3 L=5E4C3E96 R=3A47E827 K3=101000100101000100110101100010100001001110100001
4 L=3A47E827 R=42211720 K4=100011010000101101100001010100100110101100100101
5 L=42211720 R=C090DC40 K5=100000110111001010111001011100100000100110011000
6 L=C090DC40 R=9755107F K6=100111010001011111000000110000010011000100011011
7 L=9755107F R=727D1D2D K7=010100100101101011001001011001110011001000101000
8 L=727D1D2D R=F7F666D6 K8=000110011111000101000100011100000001100101101110
9 L=F7F666D6 R=7F4EC556 K9=100101110010110000011100010111101100010100000100
10 L=7F4EC556 R=1FF7999E K10=010011100010011010010000100010000110010111001000
11 L=1FF7999E R=1501B315 K11=010111101001110000101100111010001111001000000001
12 L=1501B315 R=20FDFF4C K12=110010101010000001001010111100100100011000101010
13 L=20FDFF4C R=F62B50EE K13=001010001100111000101110100111000001101100001010
14 L=F62B50EE R=9BFB4549 K14=111000000011100100001010100101000111001001110000
15 L=9BFB4549 R=C1277BBA K15=001000001010111001110001011100011010101001100000
16 L=C1277BBA R=EC9C76B7 K16=101110001101000001010100010000101100001010011101
output block=020BFEA57BCE9CA7
0000001000001011111111101010010101111011110011101001110010100111
D E C R Y P T I O N
input block=020BFEA57BCE9CA7
0000001000001011111111101010010101111011110011101001110010100111
Rounds
1 L=3454EC9A R=EC9C76B7 K16=101110001101000001010100010000101100001010011101
2 L=EC9C76B7 R=C1277BBA K15=001000001010111001110001011100011010101001100000
3 L=C1277BBA R=9BFB4549 K14=111000000011100100001010100101000111001001110000
4 L=9BFB4549 R=F62B50EE K13=001010001100111000101110100111000001101100001010
5 L=F62B50EE R=20FDFF4C K12=110010101010000001001010111100100100011000101010
6 L=20FDFF4C R=1501B315 K11=010111101001110000101100111010001111001000000001
7 L=1501B315 R=1FF7999E K10=010011100010011010010000100010000110010111001000
8 L=1FF7999E R=7F4EC556 K9=100101110010110000011100010111101100010100000100
9 L=7F4EC556 R=F7F666D6 K8=000110011111000101000100011100000001100101101110
10 L=F7F666D6 R=727D1D2D K7=010100100101101011001001011001110011001000101000
11 L=727D1D2D R=9755107F K6=100111010001011111000000110000010011000100011011
12 L=9755107F R=C090DC40 K5=100000110111001010111001011100100000100110011000
13 L=C090DC40 R=42211720 K4=100011010000101101100001010100100110101100100101
14 L=42211720 R=3A47E827 K3=101000100101000100110101100010100001001110100001
15 L=3A47E827 R=5E4C3E96 K2=000001000100001101101110100100110001010110001101
16 L=5E4C3E96 R=3FAD3F6D K1=110001010111110000010010101100001010110000011010
output block=ABCDEFABCDEF1234
1010101111001101111011111010101111001101111011110001001000110100
Висновок: під час виконання даної лабораторної роботи ми ознайомилися з алгоритмом шифрвання DES та за допомогою програмної реалізації даного коду зашифрували 16-розрядне повідомлення ABCDEFABCDEF1234 за допомогою ключа ABCDEF0123456789 та отримали як результат зашифрований текст 020BFEA57BCE9CA7.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора