Блочные шифры — это один из видов симметричного шифра, который оперирует группами бит фиксированной длины, то есть, блоками.
Общие сведения о криптологии
Наука, которая занимается проблемами обеспечения безопасности систем связи при помощи шифрования сообщений, носит название криптологии. Она в свою очередь подразделяется на следующие направления:
- Криптография.
- Криптографический анализ.
Криптография является наукой о формировании безопасных способов связи, о выработке устойчивых к взломам шифров. Она разрабатывает математические методики информационного преобразования.
Криптографический анализ является разделом, посвященным изучению возможности прочтения сообщений без наличия ключей шифрования, то есть, это раздел, связанный непосредственно со взломом шифров. Специалисты, которые занимаются криптографическим анализом и изучением шифров, именуются криптоаналитиками.
Шифр является совокупностью обратимых преобразований большого количества открытых текстов, то есть, исходных сообщений, на множество шифрованных текстов, которые проводятся для их защиты. Фактический вид преобразования должен определяться при помощи ключа шифрования.
Шифрованием является процесс использования некоторого шифра к открытым текстам. Дешифрованием является процесс обратного использования шифра к зашифрованному тексту. Следует отметить, что дешифрованием может считаться попытка прочтения зашифрованного текста без наличия ключа шифрования, то есть, практически это можно назвать взломом зашифрованного текста или шифра.
Криптографической системой является семейство преобразований шифра и совокупность ключей, то есть, наличие алгоритма и ключей. Само по себе представление алгоритма не считается криптосистемой, поскольку лишь дополненное схемами распределения и управления ключами оно способно стать системой.
Блочные шифры
Современная совокупность криптосистем может быть классифицирована следующим образом:
- Симметричные криптосистемы, имеющие секретный ключ. Эти криптосистемы созданы на базе секретности ключа шифрования. Процессы шифрования и дешифрования применяют один и тот же ключ. Секретность ключа здесь выступает как постулат. Главной проблемой при использовании симметричных криптосистем для связи является сложность передачи обеим сторонам секретного ключа. Но следует отметить, что такие системы имеют высокое быстродействие. Расшифровка ключа злоумышленниками может грозить доступом лишь к тем информационным данным, которые были зашифрована при помощи именно этого ключа.
- Асимметричные криптосистемы, являющиеся системами открытого шифрования, то есть, с открытым ключом. Сущность этих криптосистем заключается в использовании для шифровки и дешифровки информации разных преобразований. Процесс шифрования выступает как абсолютно открытый для всех. А процесс дешифрования должен оставаться секретным.
Основополагающим правилом для симметричных криптосистем считается именно секретность ключа. Симметричные криптосистемы сегодня подразделяются на следующие типы:
- Блочные системы.
- Поточные системы.
Блочные криптосистемы способны разбивать информацию сообщения на ряд отдельных блоков и далее осуществлять преобразование этих блоков с применением ключа.
Поточные криптосистемы работают по несколько другому принципу. На базе ключа системы должна вырабатываться определенная последовательность, именуемая выходной гаммой, которая затем должна быть наложена на текст сообщения. Это означает, что преобразование информации выполняется как бы потоком по мере выработки гаммы.
Тем не менее не нужно полагать, что данное разделение является закостенелым. К примеру, при применении определенных процедур можно получить из блочного шифра поточный и наоборот. А, к примеру, блочный шифр, имеющий размер выходного блока восемь бит, что означает один символ, может считаться поточным.
Блочные шифры способны оперировать с блоками открытого текста. К ним должен предъявляться следующий набор требований:
- достаточная криптографическая стойкость,
- простые процедуры шифрования и дешифрования,
- приемлемый уровень надежности.
Под криптографической стойкостью следует понимать время, которое необходимо для распознавания шифра при применении самой лучшей методики криптографического анализа. Надежностью является доля информации, которая дешифруется с помощью какого-либо криптоаналитического алгоритма.
Непосредственно преобразование шифра базируется на следующих принципах:
- Принцип рассеивания, то есть, коррекция любого из знаков открытого текста или ключа способна повлиять на большое количество знаков текста шифрования, что скрывает статистические свойства открытого текста.
- Принцип перемешивания, то есть применение преобразований, которые затрудняют получение статистических зависимостей между текстом шифрования и открытым текстом.
Фактически каждый современный блочный шифр выступает как композиционный, то есть состоит из композиции простых преобразований или:
$F= F_1, F_2, F_3, F_4, …, F_n$.
Здесь F является преобразованием шифра.
Fi является простым преобразованием, называемым также i-тым циклом шифрования.
Само по себе преобразование может и не гарантировать необходимых свойств, но их цепочка предоставляет возможность получения требуемого результата. К примеру, стандарт DES имеет в своем составе шестнадцать циклов. В зарубежной литературе подобные шифры иногда называются послойными (layered). Если же применяется одно и то же преобразование, то есть, Fi постоянно для всех i, то такой композиционный шифр именуется итерационным шифром.
В других алгоритмах могут применяться немного отличающиеся принципы. Так, к примеру, алгоритмы, которые построены по принципу SP-сети, выполняют преобразование, прогоняя блок через очередность подстановок (Substitutions) и перестановок (Permutations). Отсюда произошло и название SP-сети, то есть, это сети, базирующиеся на использовании подстановок и перестановок.
