Процесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищенность и т.д. Программная реализация более практична, допускает известную гибкость в использовании.
Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования:
1) зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению только при наличии ключа;
2) число операций, необходимых для определения использованного ключа шифрования по фрагменту шифрованного сообщения и соответствующего ему открытого текста, должно быть не меньше общего числа возможных ключей;
3) число операций, необходимых для расшифровывания информации путем перебора всевозможных ключей должно иметь строгую нижнюю оценку и выходить за пределы возможностей современных компьютеров (с учетом возможности использования сетевых вычислений);
4) знание алгоритма шифрования не должно влиять на надежность защиты;
5) незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного сообщения даже при использовании одного и того же ключа;
6) структурные элементы алгоритма шифрования должны быть неизменными;
7) дополнительные биты, вводимые в сообщение в процессе шифрования, должен быть полностью и надежно скрыты в шифрованном тексте;
8) длина шифрованного текста должна быть равной длине исходного текста;
9) не должно быть простых и легко устанавливаемых зависимостью между ключами, последовательно используемыми в процессе шифрования;
10) любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту информации;
11) алгоритм должен допускать как программную, так и аппаратную реализацию, при этом изменение длины ключа не должно вести к качественному ухудшению алгоритма шифрования.
Современные алгоритмы симметричного шифрования используют как подстановку, так и перестановку. Стандартом де-факто являются несколько раундов шифрования с разными ключами, которые генерируются на основе одного общего ключа. Большинство алгоритмов имеют структуру, аналогичную структуре шифра Файстеля, разработанного в 1973 году.
Надежный алгоритм шифрования должен удовлетворять двум свойствам: диффузии и коффузии.
Диффузия – каждый бит открытого текста должен влиять на каждый бит зашифрованного текста. Суть диффузии заключается в рассеянии статистических характеристик открытого текста внутри шифрованного текста.
Конфузия – отсутствие статистической взаимосвязи между ключом и зашифрованным текстом. Даже если противник определит какие-то статистические особенности зашифрованного текста, их будет недостаточно, чтобы получить информацию о ключе.
Рассмотрим структуру шифра Файстеля.
Данный шифр относится к категории блочных. Блочные шифрыпредназначены для шифрования небольших блоков определенной длины. Для того, чтобы зашифровать произвольный текст, его необходимо разбить на блоки, после чего каждый блок зашифровывается отдельно (вариации рассматриваются в следующем разделе). Все современные алгоритмы, шифр Файстеля работает с двоичным алфавитом, т.е. открытый и зашифрованный текст представлены последовательностью битов и предназначен для реализации на ЭВМ.
На вход алгоритма шифрования подается блок открытого текста, имеющий четную длину 2l и ключ K. Блок разделяется на две равные части – правую R0 и левую L0. Далее эти части проходят m раундов обработки, после чего снова объединяются в зашифрованный текст.
Каждый i-й раунд состоит в генерации подключа Ki (на основе общего ключа K) и применении к блоку Ri некоторого зависящего от ключа пре образования F. Результат складывается с блоком Li с помощью операции XOR (исключающее или) и получается блок Ri+1. Блок Ri без изменений берется в качестве блока Li+1.
Процесс дешифрования: на вход подается зашифрованный текст, а ключи Kiвычисляются в обратном порядке.
Различные алгоритмы, использующие структуру шифра Файстеля могут отличаться следующими параметрами:
1. Длина ключа. Чем длиннее ключ, предусмотренный алгоритмом, тем сложнее осуществить перебор. Сейчас надежной считается длина ключа не менее 1024 бит.
2. Размер блока. Чем выше размер блока, тем больше надежность шифра, но скорость операций шифрования/дешифрования снижается.
3. Число раундов обработки. С каждым новым раундом обработки надежность шифра повышается.
4. Функция раунда F – чем она сложнее, тем труднее криптоанализ шифра
