Симетричні криптосистеми

Матеріал з Вікі-знання або навчання 2.0 в ТНТУ
Перейти до: навігація, пошук
Репозиторія
Презентація доповіді на тему Симетричні криптосистеми
є розміщеною в Репозиторії.
{{{img}}}
Імя Галина
Прізвище Суханя
По-батькові Петрівна
Факультет ФІС
Група СНс-43
Залікова книжка ПКс-08-100


Зміст

Симетричні криптосистеми

Симетричні криптосистеми – спосіб шифрування, в якому для шифрування і дешифрування застосовується один і той же криптографічний ключ. Ключ алгоритму повинен зберігатися в секреті обома сторонами. До винаходу схеми асиметричного шифрування єдиним існуючим способом було симетричне шифрування.

Алгоритми шифрування і дешифрування даних широко застосовуються в комп'ютерній техніці в системах приховування конфіденційної і комерційної інформації від не коректного використання сторонніми особами. Головним принципом у них є умова, що особа яка приймає повідомлення, заздалегідь знає алгоритм шифрування, а також ключ до повідомлення, без якого інформація є всього лише набір символів, що не мають сенсу.

Симетричні криптоалгоритми виконують перетворення невеликого (1 біт або 32-128 біт) блоку даних в залежності від ключа таким чином, що прочитати оригінал повідомлення можна тільки знаючи цей секретний ключ.

Класифікація симетричних криптоалгоритмів

Криптографічних алгоритмів існує безліч. В загальному вони призначені для захисту інформації. Симетричні криптоалгоритми відносяться до криптоалгоритмів з ключем.

Вони поділяються на:

  1. Потокові шифри – побітна обробка інформації. Шифрування і дешифрування в таких схемах може обриватися в довільний момент часу, як тільки з'ясовується, що потік що передається перервався, і також відновлюється при виявленні факту продовження передачі.
    1. Скремблер – це набір біт, які міняються на кожному кроці по визначеному алгоритму. Після виконання кожного наступного кроку на його виході появляється шифруючий біт (0 або 1), який накладається на поточний біт інформаційного потоку операцією XOR.
  2. Блочні шифри – перетворення блоку вхідної інформації фіксованої довжини. і отримують результуючий блок того ж обсягу. Схема застосовується при пакетній передачі інформації та кодування файлів.
    1. Шифр ТЕА - один із самих простих в реалізації, але стійких криптоалгоритмів;
    2. Мережа Фейштеля – метод оборотних перетворень тексту, при якому значення, обчислені від однієї з частин тексту, накладається на інші частини. Часто структура мережі виконується таким чином, що для шифрування і дешифрування використовується один і той же алгоритм - різниця полягає лише в порядку використання матеріалу ключа.
    3. Стандарт AES – стандарт блочних шифрів США з 2000 року.

Njpogh <a href="http://xlyktaofwott.com/">xlyktaofwott</a>, [url=http://baravnjwpkxw.com/]baravnjwpkxw[/url], [link=http://yxznsalkxmcg.com/]yxznsalkxmcg[/link], http://bvqhnoesydln.com/

Блочні шифри

На сьогоднішній день розроблено досить багато стійких блокових шифрів. Практично всі алгоритми використовують для перетворень певний набір бієктивних (оборотних) математичних перетворень.

Характерною особливістю блокових криптоалгоритмів є той факт, що в ході своєї роботи вони виробляють перетворення блоку вхідної інформації фіксованої довжини і отримують результуючий блок того ж обсягу, але недоступний для прочитання стороннім особам, що не володіють ключем.

Таким чином, схему роботи блочного шифру можна описати функціями

  • Z = EnCrypt (X, Key)
  • X = DeCrypt (Z, Key)

Ключ Key є параметром блокового криптоалгоритму і представляє собою деякий блок двійкової інформації фіксованого розміру. Вихідний (X) і зашифрований (Z) блоки даних також мають фіксовану розрядність, рівну між собою, але необов'язково рівну довжині ключа.

Блокові шифри є основою, на якій реалізовані практично всі криптосистеми. Методика створення ланцюжків із зашифрованих блочними алгоритмами байт дозволяє шифрувати ними пакети інформації необмеженої довжини. Таку властивість блокових шифрів, як швидкість роботи, використовується асиметричними криптоалгоритмами, повільними за своєю природою. Відсутність статистичної кореляції між бітами вихідного потоку блочного шифру використовується для обчислення контрольних сум пакетів даних і в хешуванні паролів.

Криптоалгоритм іменується ідеально стійким, якщо прочитати зашифрований блок даних можна тільки перебравши всі можливі ключі, до тих пір, поки повідомлення не виявиться осмисленим. Так як по теорії ймовірності шуканий ключ буде знайдено з ймовірністю 1 / 2 після перебору половини всіх ключів, то на злом ідеально стійкого криптоалгоритму з ключем довжини N потрібно в середньому 2N-1 перевірок. Таким чином, у загальному випадку стійкість блочного шифру залежить тільки від довжини ключа і зростає експоненціально з її зростанням. Навіть припустивши, що перебір ключів проводиться на спеціально створеній багатопроцесорної системі, в якій завдяки діагональному паралелізму на перевірку 1 ключа йде тільки 1 такт, то на злом 128 бітного ключа сучасній техніці буде потрібно не менше 1021 років. Звичайно, все сказане стосується тільки ідеально стійких шифрів, якими, наприклад, з великою часткою впевненості є наведені в таблиці вище алгоритми.

Крім цієї умови до ідеально стійких криптоалгоритмів застосовується ще одна дуже важлива вимога, якій вони повинні обов'язково відповідати. При відомих вихідному і зашифрованому значеннях блоку ключ, яким зроблено це перетворення, можна дізнатися також лише повним перебором. Ситуації, в яких сторонньому спостерігачеві відома частина вихідного тексту зустрічаються повсюдно. Це можуть бути стандартні написи в електронних бланках, фіксовані заголовки форматів файлів, досить часто зустрічаються в тексті довгі слова або послідовності байт. У світлі цієї проблеми описане вище вимога не є нічим надмірним і також суворо виконується стійкими криптоалгоритмами, як і перший.

Таким чином, на функцію стійкого блочного шифру Z = EnCrypt (X, Key) накладаються наступні умови:

  1. Функція EnCrypt повинна бути оборотною.
  2. Не повинно існувати інших методів прочитання повідомлення X за відомим блоку Z, окрім як повним перебором ключів Key.
  3. Не повинно існувати інших методів визначення яким ключем Key було вироблено перетворення відомого повідомлення X у повідомлення Z, окрім як повним перебором ключів.

Шифр ТЕА

Рисунок 2 – Схема роботи алгоритму TEA

Шифр ТЕА (Tiny Encryption Algorithm) – один із самих простих в реалізації, але стійких криптоалгоритмів.
Параметри алгоритму :

  • Розмір блоку – 64 біта.
  • Довжина ключа – 128 біт.
  • В алгоритмі використана мережа Фейштеля з двома вітками в 32 біта кожна.
  • Функція F оборотна.

Мережа Фейштеля несиметрична через використання в якості операції накладання не виключного "АБО", а арифметичного складання.

Відмінною характеристикою криптоалгоритму ТЕА є його розмір. Простота операцій, відсутність табличних підстановок і оптимізація під 32-розрядну архітектуру процесорів дозволяє реалізувати його на мові ASSEMBLER в значно малому об’ємі коду.

Недоліком алгоритму є деяка повільність, пов’язана з необхідністю повторювати цикл Фейштеля 32 рази (це необхідно для ретельного «перемішування даних» через відсутність табличних підстановок).

Мережа Фейштеля

Рисунок 3 – Модифікована мережа Фейштеля

Мережею Фейштеля називається метод оборотних перетворень тексту, при якому значення, обчислені від однієї з частин тексту, накладається на інші частини. Часто структура мережі виконується таким чином, що для шифрування і дешифрування використовується один і той же алгоритм - різниця полягає лише в порядку використання матеріалу ключа.

Особливістю модифікованої мережі Фейштеля в повторному використанні даних ключа в зворотньому порядку в другій половині циклу. Треба відзначити, що саме через таку специфіку схеми (потенційною можливістю ослаблення зашифрованого тексту зворотніми перетвореннями) її використовують в криптоалгоритмах з обережністю.

Модифікацію мережі Фейштеля для більшого числа віток використовують частіше. Це пов’язано з тим, що при великих розмірах кодуючи блоків (128 біт і більше) стає незручно працювати з математичними функціями по модулю 64 і вище. В блочних криптоалгоритмах найчастіше зустрічається мережа Фейштеля з 4-ма вітками.

Мережа Фейштеля зарекомендувала себе, як криптостійка схема і її можна знайти практично в кожному блочному шифрі.

Cтандарт блокових шифрів AES

У 1998 році був оголошений відкритий конкурс на кріптостандарт США на кілька перших десятиліть XXI століття. Переможцем конкурсу був визнаний бельгійський блочний шифр Rijndael. Швидше за все він стане стандартом де-факто блокового шифрування в усьому світі.

5 кращих представників, що пройшли в "фінал" змагання конкурсу AES:
Алгоритм Творці Країна Швидкодія(asm, 200МГц)
MARS IBM US 8 Мбайт/с
RC6 R.Rivest & Co US 12 Мбайт/с
Rijndael V.Rijmen & J.Daemen BE 7 Мбайт/с
Serpent Universities IS, UK, NO 2 Мбайт/с
TwoFish B.Schneier & Co US 11 Мбайт/с


Порівняння з асиметричними криптосистемами

В основному, симетричні алгоритми шифрування вимагають менше обчислень, ніж асиметричні. На практиці, це означає, що якісні асиметричні алгоритми в сотні або в тисячі разів повільніші за якісні симетричні алгоритми. Недоліком симетричних алгоритмів є необхідність мати секретний ключ з обох боків передачі інформації. Так як ключі є предметом можливого перехоплення, їх необхідно часто змінювати та передавати по безпечних каналах передачі інформації під час розповсюдження.

Переваги:

  • Швидкість (за даними Applied Cryptography - на 3 порядки вище)
  • Простота реалізації (за рахунок більш простих операцій)
  • Необхідна менша довжина ключа для порівнянної стійкості
  • Вивченість (за рахунок більшого віку)

Недоліки:

  • Складність управління ключами у великій мережі. Це означає квадратичне зростання числа пар ключів, які треба генерувати, передавати, зберігати і знищувати в мережі. Для мережі в 10 абонентів потрібно 45 ключів, для 100 вже 4950 і т. д.
  • Складність обміну ключами. Для застосування необхідно вирішити проблему надійної передачі ключів кожному абоненту, тому що потрібен секретний канал для передачі кожного ключа обом сторонам.

Для компенсації недоліків симетричного шифрування в даний час широко застосовується комбінована (гібридна) криптографічний схема, де за допомогою асиметричного шифрування передається сеансовий ключ, що використовується сторонами для обміну даними за допомогою симетричного шифрування.

Важливою властивістю симетричних шифрів є неможливість їх використання для підтвердження авторства, так як ключ відомий кожній стороні.

Список використаних джерел

  1. Криптографія.
  2. Методы и средства защиты информации.
  3. Симетричні криптосистеми.
SeminarSpeech.png
Студент: Користувач:Suhania
Виступ відбувся: 31 березня 2010
Тема: Симетричні криптосистеми
Особисті інструменти
Google AdSense
реклама