Панасенко С. П. Алгоритмы шифрования. Специальный справочник. — СПб.: БХВ-Петербург, 2009. — 576 с.: ил.
Книга посвящена алгоритмам блочного симметричного шифрования. Дана общая классификация криптографических алгоритмов. Рассмотрено более 50 алгоритмов шифрования: история создания и использования, основные характеристики и структура, достоинства и недостатки. Описаны различные виды криптоаналитических атак на алгоритмы шифрования и на их реализации в виде программных или аппаратных шифраторов. Рассказано о конкурсах по выбору стандартов шифрования США и Евросоюза.
Для специалистов в области информационных технологий, преподавателей, студентов и аспирантов.
Оглавление
Введение...................................................1
Глава 1. Классификация алгоритмов шифрования и методов их вскрытия..................3
1.1. Криптографические алгоритмы................................................3
1.2. Категории алгоритмов шифрования.............................................7
1.3. Структура алгоритмов симметричного шифрования...............................8
Алгоритмы на основе сети Фейстеля...............................................9
Алгоритмы на основе подстановочно-перестановочных сетей....................11
Алгоритмы со структурой «квадрат».............................................11
Алгоритмы с нестандартной структурой.....................................12
1.4. Режимы работы алгоритмов...............................12
Электронная кодовая книга..................................................13
Сцепление блоков шифра.....................................................14
Обратная связь по шифртексту...............................................15
Обратная связь по выходу...................................................16
Другие режимы работы.......................................................18
1.5. Атаки на алгоритмы шифрования.....................................18
Цели атак..............................................................18
Классификация атак......................................................19
Количественная оценка криптостойкости алгоритмов шифрования...........21
Криптоанализ модифицированных алгоритмов....................................22
1.6. Криптоаналитические методы, используемые в атаках....................23
Метод «грубой силы»..........................................................23
Атаки класса «встреча посередине»..........................................25
Дифференциальный криптоанализ.........................................27
Линейный криптоанализ.......................................................34
Метод бумеранга..........................................................38
Сдвиговая атака...........................................................40
Метод интерполяции.........................................................42
Невозможные дифференциалы...................................................43
Заключение................................................................44
1.7. Атаки на шифраторы, использующие утечку данных по побочным каналам....44
Атака по времени выполнения................................................45
Атаки по потребляемой мощности...........................................46
Другие пассивные атаки....................................................47
1.8. Активные атаки на шифраторы, использующие утечку данных по побочным каналам.....48
Виды воздействий на шифратор.................................................48
Дифференциальный анализ на основе сбоев......................................50
Противодействие активным атакам............................................52
1.9. Криптоаналитические атаки на связанных ключах........................53
Расширение ключа.....................................53
«Классическая» атака на связанных ключах..................................54
Атакуемые алгоритмы...................................................57
Другие возможные проблемы процедуры расширения ключа.....................59
Глава 2. Новейшая история симметричного шифрования........................61
2.1. Конкурс AES.......................................................61
Алгоритмы — участники конкурса...........................................63
Достоинства и недостатки алгоритмов-финалистов......................................65
2.2. Конкурс NESSIE.....................................................69
Глава 3. Описание алгоритмов..............................................73
3.1. Алгоритм ГОСТ 28147-89............................................73
Описание алгоритма..................................................73
Режимы работы алгоритма...................................................75
Криптостойкость алгоритма................................................79
Анализ таблиц замен............................................79
Модификации алгоритма и их анализ.......................................80
Анализ полнораундового алгоритма.......................................81
Заключение......................................................81
3.2. Алгоритм Aardvark.............................................82
3.3. Алгоритм AES (Rijndael)........................................84
Структура алгоритма.....................................................84
Процедура расширения ключа..............................................88
Расшифровывание.........................................................89
Отличия AES от исходного алгоритма Rijndael.............................91
Первичная оценка криптостойкости алгоритма Rijndael.....................92
Криптоанализ алгоритма Rijndael в рамках конкурса AES..................93
Криптоанализ алгоритма после конкурса AES..............................95
Заключение............................................................97
3.4. Алгоритм Akelarre..............................................97
Структура алгоритма..........................................98
Процедура расширения ключа.............................................101
Криптоанализ алгоритма..................................................102
3.5. Алгоритм Anubis................................................103
Структура алгоритма...................................................103
Процедура расширения ключа............................................107
Достоинства и недостатки алгоритма......................................108
3.6. Алгоритмы Bear, Lion и Lioness..................................108
Алгоритм Bear...........................................................109
Алгоритм Lion...........................................................1ll
Алгоритм Lioness......................................................112
Варйанты использования..................................................113
Криптоанализ алгоритмов................................................114
3.7. Алгоритмы BEAST и BEAST-RK.....................................114
Криптостойкость алгоритма BEAST.....................................116
Алгоритм BEAST-RK....................................................117
3.8. Алгоритм Blowfish.............................................118
Структура алгоритма...................................................119
Процедура расширения ключа.............................................121
Достоинства и недостатки алгоритма....................................122
3.9. Алгоритм Camellia...................................................123
Структура алгоритма.........................................................123
Таблицы замен...........................................................127
Расшифровывание...........................................................128
Процедура расширения ключа............................................129
Криптоанализ алгоритма Camellia..........................................132
3.10. Алгоритм CAST-128...............................................134
3.11. Алгоритм CAST-256..............................................135
Основные характеристики и структура алгоритма.......................135
Процедура расширения ключа.............................................139
Достоинства и недостатки алгоритма....................................141
3.12. Алгоритм Crypton..............................................141
Основные характеристики и структура алгоритма.........................141
Процедура расширения ключа..........................................145
Достоинства и недостатки алгоритма....................................147
3.13. CS-Cipher.....................................................148
Структура алгоритма..............................................149
Расшифровывание.......................................................153
Процедура расширения ключа...........................................154
Достоинства и недостатки алгоритма...................................155
3.14. Алгоритм DEAL................................................156
Основные характеристики и структура алгоритма.......................156
Процедура расширения ключа...........................................157
Достоинства и недостатки алгоритма...................................160
3.15. Алгоритм DES и его варианты..................................160
История создания алгоритма...........................................161
Основные характеристики и структура алгоритма........................162
Процедура расширения ключа...........................................166
Криптостойкость алгоритма DES........................................168
Продолжение истории алгоритма........................................171
Алгоритм Double DES.................................................172
Алгоритм 2-key Triple DES...........................................173
Алгоритм 3-key Triple DES............................................174
Режимы работы Double DES и Triple DES................................175
Режимы работы с маскированием........................................178
Алгоритм Quadruple DES................................................181
Алгоритм Ladder-DES...............................................181
Алгоритм DESX.......................................................184
Алгоритм DES с независимыми ключами раундов.........................185
Алгоритм GDES......................................................186
Алгоритм RDES......................................................188
Алгоритмы s2DES, s3DES и s5DES.....................................190
Алгоритм Biham-DES............................................191
Алгоритмы xDES и xDES................................................193
Другие варианты алгоритма DES.......................................195
Заключение..........................................................195
3.16. Алгоритм DFC................................................195
Основные характеристики и структура алгоритма.......................195
Процедура расширения ключа..........................................198
Достоинства и недостатки алгоритма....................................199
3.17. Алгоритм Е2..................................................201
Структура алгоритма...................................................201
Почему алгоритм Е2 не вышел в финал конкурса AES......................206
3.18. Алгоритм FEAL...............................................206
История создания алгоритма...........................................206
Структура алгоритма...............................................207
Процедура расширения ключа...........................................209
Почему FEAL не используется.......................................211
3.19. Алгоритм FROG.......................................212
Основные характеристики и структура алгоритма.....................212
Процедура расширения ключа........................................214
Форматирование ключа..............................................216
Достоинства и недостатки алгоритма...............................218
3.20. Алгоритм Grand Cru.......................................219
Структура алгоритма..............................................219
Расшифровывание...................................................225
Процедура расширения ключа.........................................226
Достоинства и недостатки алгоритма................................229
3.21. Алгоритм Hierocrypt-Ll..................................229
Структура алгоритма..............................................229
Процедура расширения ключа......................................234
Достоинства и недостатки алгоритма.............................239
3.22. Алгоритм Hierocrypt-З..................................239
Отличия от Hierocrypt-Ll.......................................239
Процедура расширения ключа......................................241
Криптоанализ алгоритма.............................................246
3.23. Алгоритм НРС..............................................246
Основные характеристики алгоритма.................................246
Структура раунда..................................................247
Процедура расширения ключа........................................250
Достоинства и недостатки алгоритма................................253
Часть 1
3.24. Алгоритм ICE..............................................254
История создания алгоритма.....................................254
Структура алгоритма..........................................254
Варианты алгоритма...............................................257
Процедура расширения ключа.......................................257
Криптоанализ алгоритма...........................................259
3.25. Алгоритм ICEBERG......................................259
Структура алгоритма..............................................259
Процедура расширения ключа...........................................263
Криптоанализ алгоритма..............................................265
3.26. Алгоритмы ЮЕА, PES, IPES...................................265
Основные характеристики и структура............................266
Процедура расширения ключа.......................................268
Криптостойкость алгоритма........................................268
3.27. Алгоритм KASUMI...................................270
Структура алгоритма..................................271
Процедура расширения ключа.......................................275
Использование алгоритма..........................................277
Криптоанализ алгоритма..............................................279
3.28. Алгоритм Khazad............................................282
Структура алгоритма................................................282
Процедура расширения ключа.........................................284
Модификация алгоритма.............................................285
Криптоанализ алгоритма Khazad.....................................287
3.29. Алгоритмы Khufu и Khafre.................................288
История создания алгоритмов......................................288
Структура алгоритма Khufu........................................289
Процедура расширения ключа и таблицы замен......................290
Алгоритм Khafre.................................................292
Сравнение алгоритмов...................................................293
Алгоритм Snefru......................................................294
Криптоанализ алгоритмов.............................................294
3.30. Алгоритм LOKI97.............................................295
История создания алгоритма.........................................295
Основные характеристики и структура алгоритма........................296
Процедура расширения ключа.......................................299
Почему LOKI97 не вышел в финал конкурса AES......................300
3.31. Алгоритм Lucifer..........................................301
Вариант № 1......................................................301
Вариант №2.......................................................304
Вариант №3.......................................................308
Вариант № 4.....................................................310
Криптоанализ вариантов алгоритма................................311
3.32. Алгоритм MacGuffin.....................................312
Структура алгоритма............................................313
Процедура расширения ключа......................................315
Криптоанализ алгоритма........................................316
3.33. Алгоритм MAGENTA......................................316
Структура алгоритма...........................................317
Достоинства и недостатки алгоритма............................319
3.34. Алгоритм MARS.......................................319
Структура алгоритма..........................................320
Процедура расширения ключа...................................326
Достоинства и недостатки алгоритма..........................328
3.35. Алгоритм Mercy.....................................328
Структура алгоритма.......................................328
Процедура расширения ключа................................333
Криптостойкость алгоритма..................................334
3.36. Алгоритмы MISTY 1 и MISTY2..........................334
Структура алгоритма MISTY 1.................................334
Расшифровывание.............................................342
Процедура расширения ключа..................................344
Алгоритм MISTY2..............................................345
Алгоритм KASUMI..............................................346
Криптоанализ алгоритмов MISTY 1 и MISTY2....................347
3.37. Алгоритм............................................348
Структура алгоритма......................................348
Процедура расширения ключа...................................349
Достоинства и недостатки алгоритма..........................351
3.38. Алгоритм Noekeon..............................351
Структура алгоритма............................................352
Расшифровывание...................................................356
Процедура расширения ключа.......................................357
Криптоанализ алгоритма...........................................357
3.39. Алгоритм NUSH........................................357
Структура алгоритма...........................................357
Расшифровывание................................................362
Процедура расширения ключа.....................................363
Криптостойкость алгоритма.......................................363
128-битный вариант...........................................364
256-битный вариант.............................................368
Криптоанализ 128- и 256-битного вариантов алгоритма.............373
3.40. Алгоритм Q..........................................374
Структура алгоритма...........................................374
Криптоанализ алгоритма............................................375
3.41. Алгоритм RC2.............................................375
Структура алгоритма..............................................376
Процедура расширения ключа......................................378
Расшифрование...................................................380
Криптостойкость алгоритма.......................................381
3.42. Алгоритм RC5...........................................381
Структура алгоритма...........................................382
Процедура расширения ключа......................................385
Криптоанализ алгоритма........................................386
Варианты RC5..................................................387
Продолжение истории алгоритма..................................390
3.43. Алгоритм RC6............................................391
Структура алгоритма.............................................391
Процедура расширения ключа.....................................393
Достоинства и недостатки алгоритма.............................394
3.44. Алгоритмы SAFER К и SAFER SK...........................394
Структура алгоритма SAFER К-64...........................395
Расшифрование..................................................399
Процедура расширения ключа......................................400
Криптоанализ алгоритма SAFER К-64...............................402
Алгоритм SAFER К-128...........................................403
Алгоритмы SAFER SK-64, SAFER SK-128 и SAFER SK-40..............404
Криптоанализ алгоритмов SAFER SK-64 и SAFER SK-128.............408
3.45. Алгоритм SAFER+.......................................408
Структура алгоритма...........................................408
Расшифрование..................................................412
Процедура расширения ключа.....................................413
Криптоанализ алгоритма SAFER+..................................415
Единое расширение ключа SAFER+.................................416
3.46. Алгоритм SAFER++......................................418
Структура алгоритма.........................................418
64-битный вариант SAFER++.....................................421
Криптоанализ алгоритма SAFER++................................423
Заключение....................................................424
3.47. Алгоритм SC2000......................................424
Структура алгоритма..........................................424
Расшифрование...............................................428
Процедура расширения ключа...................................429
Криптоанализ алгоритма.......................................432
3.48. Алгоритм SERPENT.....................................432
Структура алгоритма..........................................433
Расшифрование..............................................439
Приложение. Таблицы замен...................................493
П1. Алгоритм Blowfish......................................493
П2. Алгоритм Camellia......................................498
ПЗ. Алгоритм CAST-128......................................500
П4. Алгоритм CAST-256......................................510
П5. Алгоритм Crypton 0....................................515
П6. Алгоритм DES.........................................517
П7. Алгоритм KASUMI.....................................519
П8. Алгоритм MARS........................................522
П9. Алгоритм s2DES........................................525
П10. Алгоритм s3DES.......................................527
П11. Алгоритм s5DES.......................................529
Литература..............................................531
Часть 2
