К оглавлению

ШИФРЫ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ПЕРЕСТАНОВОК

Л.Е.Алексеев, А.А.Молдовян, Н.А.Молдовян, СЦПС “Спектр”, Россия

Использование операций, зависящих от преобразуемых данных, является эффективным способом построения скоростных криптосистем как для программной, так и для аппаратной реализации. Принципиальная возможность построения шифрующих механизмов с изменением операций преобразования по ходу процесса шифрования достигается тем, что операция преобразования текущего подблока данных модифицируется в зависимости от значения подблока, преобразованного на предыдущем шаге.

Наиболее известным примером такой криптосистемы является итеративный блочный шифр RC5. В этом шифре применяются операции циклического сдвига на число двоичных разрядов в зависимости от преобразуемых данных. В качестве альтернативы схемы RC5 можно использовать управляемую операцию перестановки битов подблока. Благодаря такому решению увеличивается число возможных вариантов операции, зависящей от значения входного блока.

Рассмотрим способ шифрования, основанный на выполнении операций перестановки в зависимости от преобразуемых данных. Этот способ позволяет с помощью элементарных операций над b-битовыми подблоками задать подстановки над 2b-битовыми подблоками. Здесь A и B – преобразуемые подблоки Ks- ключ шифрования, r – номер раунда.

1. Установить счетчик числа раундов r=1.

2. Преобразовать подблок A: A:=A A K4r-3.

3. Преобразовать подблок B: B:=B + K4r-2.

4. В зависимости от значения подблока A и от подключа K4r-1 осуществить перестановку битов подблока B: B:=PA(B).

5. Преобразовать подблок A: A:=A + B.

6. В зависимости от значения подблока B и от подключа K4r осуществить перестановку битов подблока A : A:=PB(A).

7. Преобразовать подблок B: B:=B + A.

8. Если r ? 8, то прирастить счетчик r:=r+1 и перейти к шагу 2, иначе СТОП.

Управляемые блоки перестановок могут быть реализованы в виде комбинационных электронных схем. Для современной планарной технологии изготовления интегральных схем описанная структура управляемого блока перестановок является простой, благодаря чему легко осуществить изготовление криптографических микропроцессоров, содержащих управляемые блоки перестановок с размером входа 32, 64 и 128 бит. Этот способ может быть реализован в специализированных микропроцессорах, обеспечивающих скорость шифрования более 1 Гбит/с. Конкретный вариант операции управляемой перестановки определяется некоторым подмножеством фиксированных перестановок, каждая из которых реализуется при некотором значении управляющего подблока. Аппаратно-ориентированные шифры на основе управляемых перестановок отличаются от программных тем, что в них алгоритм сменяется одновременно со сменой ключа шифрования без выполнения каких либо предвычислений. В случае частой смены ключа аппаратные криптосистемы являются более предпочтительными по сравнению с программными.

При разработке стандартов на скоростные алгоритмы шифрования могут быть использованы управляемые операции перестановок.