60 криптоалгоритмов. Часть вторая: Одноключевые КА
Доброе время суток, Хабражители!
Так же известный как Advanced Encryption Standart — симметричный алгоритм блочного шифрования. Размер одного блока. 128 бит, ключи 128/192/256, принят стандартом правительством США по результатам конкурса AES.
Пришел на смену алгоритму DES (о нем чуть позже). Спецификация была опубликована 26 ноября 2001 год. 26 мая 2002 был объявлен стандартом шифрования. По состоянию на 2009 год является одним из самых распространенных алгоритмов симметричного шифрования.
Интересным факт, 128 ключ обеспечивает 340 андециллионов возможных комбинаций.
Алгоритм для симметричного шифрования, разработанный фирмой IBM и утверждённый правительством США в 1977 году как официальный стандарт (FIPS 46–3). Размер блока для DES равен 64 бита. В основе алгоритма лежит сеть Фейстеля с 16-ю циклами (раундами) и ключом, имеющим длину 56 бит. Алгоритм использует комбинацию нелинейных (S-блоки) и линейных (перестановки E, IP, IP-1) преобразований. Для DES рекомендовано несколько режимов:
От англ. modular multiplication-based block cipher — модульный блочный шифр, использующий умножение) — блочный алгоритм шифрования, основанный на операции умножения в конечной группе.
Блочный шифр, основанный на операции умножения в конечной группе (MMB) представляет собой блочный шифр, разработанный Йоан Дайменом в 1993 году как улучшение шифра IDEA. Основное новшество этого шифра заключается в использовании циклического умножения в группе Z2n−1. Создатели шифра предлагали сделать n=32, таким образом умножение будет производиться в группе Z4294967295. Также стоит отметить, что длина слов, с которыми будут производиться операции, равна n, то есть 32 в данном случае. Основная цель, которая преследовалась при создании этого шифра — создать шифр, устойчивый к дифференциальному криптоанализу. Недостатки в ключевом расписании были обнаружены Эли Бихамом, что, в комбинации с тем фактом, что шифр не был защищён от линейного криптоанализа, привело к использованию других шифров, например, 3-Way шифра.
В криптографии BaseKing — блочный шифр, разработанный в 1994 году Йоаном Дэменом (Joan Daemen).
Он очень тесно связан с 3-WAY; действительно, они — варианты той же самой общей техники шифрования.
У BaseKing размер блока 192 битов, что в два раза длиннее, чем 3-WAY. Длина ключа — также 192 бита.
В диссертации Дэемен представил обширную теорию блочного шифра, как довольно общий алгоритм шифра, составленный из многих обратимых преобразований, которые могут быть выбраны со значительной свободой. Он обсудил безопасность этой общей схемы против известных нападений, и дала два определённых примера шифров, состоящих из специфических выборов для переменных параметров. Эти шифры 3-WAY и BaseKing. BaseKing восприимчив к тому же самому виду нападению как 3-WAY. Daemaen, Peeters, и Ван Асш также демонстрировали потенциальную уязвимость к дифференциальному анализу, наряду с небольшим количеством методов, чтобы увеличить сопротивление данного выполнения BaseKing к такому нападению.
Семейство из двух блочных шифров, разработанных Йоаном Дайменом, Michaël Peeters, Gilles Van Assche и Винсентом Рэйменом и представленных в исследовательском проекте NESSIE. Два шифра представляют собой NOEKEON в прямом режиме (direct mode) и в косвенном режиме (indirect mode). Отличаются режимы только процедурой расширения ключа.
Длина ключа в NOEKEON равна 128 битам. В каждом раунде NOEKEON использует последовательность преобразований, обратных самим себе, которые с легкостью могут быть реализованы в аппаратном или программном обеспечении, причем даже в таком, где существует возможность атаки по сторонним каналам. Шифр является компактным в реализации на различных языках программирования, быстро работает на различных аппаратных средствах и является очень эффективным в широком диапазоне платформ. Однако, NOEKEON не отвечал требованиям Wide Trail Design Strategy, что показал криптоанализ, проведенный Ларсом Кнудсеном и Håvard Raddum в апреле 2001. Кнудсен и Raddum показали, что на данный шифр возможна атака на основе связанных ключей, из-за чего шифр не прошел отбор в проекте NESSIE.
На рассмотрение в рамках конкурса NESSIE были приняты оба режима алгоритма Noekeon. Оба режима оказались подвержены атаке на основе связанных ключей, которую предложили криптологи Ларс Кнудсен и Håvard Raddum в своей работе. Кроме того, ими же было доказано, что критерии создания таблиц замен в операции Gamma не способствуют высокой криптостойкости алгоритма: при генерации таблицы замен результирующий алгоритм с вероятностью примерно 86% окажется подвержен линейному и/или дифференциальному криптоанализу. Также было показано, что с большой вероятностью возможно найти связанные ключи. Этих причин оказалось достаточно для невыхода алгоритма Noekeon во второй раунд конкурса.
Decorrelated Fast Cipher — блочный симметричный криптоалгоритм, созданный в 1998 году совместно криптографами Парижской Высшей нормальной школы, Национального центра научных исследований (CNRS) и телекоммуникационного гиганта France Telecom под руководством известного криптолога Сержа Воденэ (англ.), специально для участия в конкурсе AES. Относится к семейству PEANUT (Pretty Encryption Algorithm with n-Universal Transformation) шифров.
Блочный шифр с длинного блока 128 бит, представляющий 8-ми раундовую Сеть Фейстеля. Используется 64-битовая функция шифрования с восемью различными раундовыми ключами по 128 бит, получаемыми из одного исходного ключа шифрования. Каждый раунд функция шифрования использует левую половину исходного текста (блока) и два 64-битных ключа, являющихся половинами соответствующего раундового, для получения 64-битного шифрованного текста. Полученная зашифрованная левая половина блока прибавляется к правой. Затем, согласно идее сети Фейстеля, левая и правая части блока меняются местами. Расшифровывание происходит так же, как и шифрование с использованием раундовых ключей в обратном порядке. Длина исходного ключа шифрования не ограничивается тремя фиксированными размерами, предусмотренными конкурсом AES (128, 192 и 256 битов), и может быть переменного размера от 0 до 256 бит.
Decim — потоковый шифр на основе РСЛОС, разработанный Комом Бербаином, Оливером Биллетом, Анн Канту, Николя Куртуа, Бландином Дебре, Генри Гильбертом, Луи Губином, Алином Гуже, Луи Гранбуланом, Седериком Ларду, Марин Минье, Томасом Порнином и Эрвом Сибе. Специализирован для аппаратной реализации. Запатентован. Был представлен в проекте eSTREAM, где не прошёл дальше третьего этапа.
Самое главное требование к шифрам — устойчивость к различным видам атак. Алгебраические атаки — одна из самых серьёзных угроз безопасности потоковым шифрам. Если соотношение между комбинацией битов секретного ключа и порождённым её битом гамма является простым или легко предсказуемым, то и нахождение алгебраических зависимостей между комбинацией битов секретного ключа и битом ключевого потока (гамма) так же является простой задачей. Для усложнения соотношений между комбинацией битов секретного ключа (или комбинацией битов начального состояния РСЛОС, порождённого секретным ключом) и битов ключевого потока (гамма) используют нелинейную фильтрующую функцию от комбинации битов секретного ключа и механизмы десинхронизации между комбинацией битов секретного ключа и битами ключевого потока (гамма). Оба этих механизма (нелинейная фильтрующая функция и механизм десинхронизации между комбинацией битов РСЛОС и битами ключевого потока) являются основой работы и основным средством предотвращения криптоаналитических атак шифра Decim.
Начало работы потокового шифра Decim начинается с ввода 80-битного секретного ключа и 64-битного открытого ключа (Initialization Vector). Затем, с помощью определённых линейных комбинаций битов К и битов IV, использования нелинейной фильтрующей функции F и применения механизма выборки ABSG вычисляется начальное состояние 192 битного РСЛОС. После выполнения всех этих операций начинается генерация ключевого потока
Алгоритм потокового шифрования. Существует два варианта этого алгоритма — с длиной ключа 80 бит (MICKEY) и 128 бит (MICKEY-128). Он был разработан Стивом Бэббиджем и Мэтью Доддом в 2005 году с целью использования в системах с ограниченными ресурсами. Этот алгоритм имеет простую аппаратную реализацию при высокой степени защищённости. В нём используется нерегулярное тактирование сдвиговых регистров, а также новые методы, обеспечивающие достаточно большой период и псевдослучайность ключевой последовательности и устойчивость к атакам. Алгоритм MICKEY участвовал в конкурсном проекте eSTREAM, организованным сообществом eCRYPT. Текущая версия алгоритма — 2.0. Она вошла в портфолио eCRYPT, как потоковый шифр для аппаратной реализации.
Максимальная длина ключевой последовательности, полученной с помощью одной пары (K, IV) составляет 240 бит. Однако допускается получение 240 таких последовательностей при использовании одного K при условии, что IV выбирается разными для каждой новой последовательности.
Симметричный блочный криптоалгоритм, разработанный фирмой Fujitsu и университетом г. Токио в 2000 году. В алгоритме используется 128-битный блок и ключ длиной от 128 до 256 бит (совместим со стандартом AES и поддерживает типовые длины ключа — 128/192/256). Был рекомендован комитетом CRYPTREC в 2003 году для использования государственными учреждениями Японии, однако в 2013 году был перемещён в список «кандидатов» в рекомендованные шифры. Участвовал в конкурсе Nessie, но не попал во второй раунд, хотя и показал достаточную устойчивость к атакам — причиной стала его слишком сложная структура и опасение в вероятности скрытых уязвимостей.
SC2000 — шифр со смешанной структурой: здесь используются элементы сети Фейстеля и подстановочно-перестановочной сети. Алгоритм выполняет 6.5 (для 128-битного ключа) и ли 7.5 (для ключа длиной 192—256 бит) раундов шифрования. Каждый из раундов состоит из запросов к таблице подстановки, добавления ключа и бесключевой двухраундовой сети Фейстеля. Применяется три таблицы замены: S-Box размером 4×4 бит используется в начале каждого раунда, размером 5×5 бит и 6×6 бит — внутри сети Фейстеля.
Расширение ключа в алгоритме SC2000 выполняется в два этапа: основе секретного симметричного ключа генерируется промежуточный ключ, затем из промежуточного ключа вычисляется нужное количество фрагментов расширенного ключа.
Один раунд шифра довольно сложен и состоит из следующих операций: Входное 128-битное значение делится на 4 подблока по 32 бита, на каждый из них операцией XOR накладывается 32-битный фрагмент расширенного ключа. Выполняется операция T, которая разбивает блок данных на 32 подблока по 4 бита каждый.
Каждый 4-битный подблок проходит через таблицу подстановки S4, которая выглядит так: (2,5,10,12,7,15,1,11,13,6,0,9,4,8,3,14)
Далее блок данных разбивается на 32-битные подблоки с помощью операции T», обратной к операции T. Выполняется наложение операцией XOR других четырёх фрагментов расширенного ключа. Значения первой пары подблоков передаются на вход функции F. В результате выполнения данной функции получаются два 32-битных значения, которые накладываются операцией XOR на два первых подблока. Первая пара подблоков меняется местами с второй парой подблоков, затем выполняется повторно прошлый шаг трансформации.
Данный шифр утверждён в качестве стандарта ГОСТ Р 34.12–2015 «Информационная технология. Криптографическая защита информации. Блочные шифры» приказом от 19 июня 2015 года № 749-ст. Стандарт вступил в действие с 1 января 2016 года. Шифр разработан Центром защиты информации и специальной связи ФСБ России с участием ОАО «Информационные технологии и коммуникационные системы» (ОАО «ИнфоТеКС»). Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 26 «Криптографическая защита информации».
На конференции CRYPTO 2015 Алекс Бирюков, Лео Перрин и Алексей Удовенко представили доклад, в котором говорится о том, что несмотря на утверждения разработчиков, значения S-блока шифра Кузнечик и хэш-функции Стрибог не являются (псевдо)случайными числами, а сгенерированы на основе скрытого алгоритма, который им удалось восстановить методами обратного проектирования
Также известен как ARC4 или ARCFOUR (alleged RC4) — потоковый шифр, широко применяющийся в различных системах защиты информации в компьютерных сетях (например, в протоколах SSL и TLS, алгоритмах обеспечения безопасности беспроводных сетей WEP и WPA).
Шифр разработан компанией «RSA Security», и для его использования требуется лицензия.
Алгоритм RC4, как и любой потоковый шифр, строится на основе генератора псевдослучайных битов. На вход генератора записывается ключ, а на выходе читаются псевдослучайные биты. Длина ключа может составлять от 40 до 2048 бит. Генерируемые биты имеют равномерное распределение.
Основные преимущества шифра:
RC4 довольно уязвим, если:
Эти факторы, а также способ использования могут сделать криптосистему небезопасной (например, WEP).
Блочный шифр, разработанный Роном Ривестом из компании RSA Security Inc. с переменным количеством раундов, длиной блока и длиной ключа. Это расширяет сферу использования и упрощает переход на более сильный вариант алгоритма.
Существует несколько различных вариантов алгоритма, в которых преобразования в «пол-раундах» классического RC5 несколько изменены. В классическом алгоритме используются три примитивных операции и их инверсии:
Основным нововведением является использование операции сдвига на переменное число бит, не использовавшиеся в более ранних алгоритмах шифрования. Эти операции одинаково быстро выполняются на большинстве процессоров, но в то же время значительно усложняют дифференциальный и линейный криптоанализ алгоритма.
Шифрование по алгоритму RC5 состоит из двух этапов. Процедура расширения ключа и непосредственно шифрование. Для дешифрования выполняется сначала процедура расширения ключа, а затем операции, обратные процедуре шифрования.
Высокоскоростной поточный шифр впервые представленный в феврале 2003 года на 10-м симпозиуме FSE. В мае 2005, он был отправлен на конкурс eStream, целью которого было создание европейских стандартов для поточных систем шифрования.
Разработчиками Rabbit являются Martin Boesgaard, Mette Vesterager, Thomas Pedersen, Jesper Christiansen и Ove Scavenius.
Rabbit используют 128-битный ключ и 64-битный инициализирующий вектор. Шифр был разработан с целью использования в программном обеспечении, как обладающий высокой скоростью шифрования. При этом скорость шифрования могла достигать 3.7 циклов в байт (CPB) для процессора Pentium 3 и 10.5 циклов в байт для ARM7. Тем не менее, шифр также оказался быстрым и компактным при реализации в аппаратном обеспечении.
Основным компонентом шифра является генератор битового потока, который шифрует 128 битов сообщения за итерацию. Достоинство шифра в тщательном перемешивании его внутренних состояний между двумя последовательными итерациями. Функция перемешивания полностью основана на арифметических операциях, доступных на современных процессорах, то есть S-блоки подстановок и поисковые таблицы не нужны для реализации шифра.
Авторы шифра предоставили полный набор технических описаний на домашней странице Cryptico. Шифр также описан в RFC 4503. Cryptico обладала патентом на шифр, и многие годы для использования шифра в коммерческих целях требовалась лицензия. Однако, 6 октября 2008 шифр разрешили использовать для любых целей бесплатно.
В криптографии симметричный блочный криптоалгоритм, разработанный Робертом Скотом в качестве замены стандарта DES в 1985 году с целью внедрения более надежного шифра с безопасным размером ключа — 120 бит.
NewDES, хотя и имеет производное наименование, имеет абсолютно иную структуру, значительно проще DES, легко реализуем программно и не включает побитовых перестановок, все операции производятся с байтами. Алгоритм использует таблицу замены из 256 элементов, в одном раунде производятся 8 операций сложения по модулю 2 и подстановки с использованием функции F — замен с использованием таблицы подстановок.
Ключевое расписание в первой редакции было довольно слабым и было исправлено в редакции NewDES-96. Как оказалось, алгоритм NewDES менее устойчив к криптоанализу, нежели алгоритм DES, хотя атака грубой силой на NewDES-96 практически невозможна и алгоритм в данной редакции значительно более безопасен.
Система поточного шифрования, разработанная Даниэлем Бернштейном (англ.) русск. Алгоритм был представлен на конкурсе «eSTREAM», целью которого было создание европейских стандартов для шифрования данных, передаваемых почтовыми системами. Алгоритм стал победителем конкурса в первом профиле (поточные шифры для программного применения с большой пропускной способностью).
Шифр Salsa20 использует следующие операции:
Алгоритм использует хеш-функцию с 20 циклами. Основные её преобразования напоминают алгоритм AES.
Симметричный поточный алгоритм шифрования данных, оптимизированный для программной реализации.
Разработан в IBM Филом Рогэвеем (англ.) (англ. Phil Rogaway) и Доном Копперсмитом (англ. Don Coppersmith) в 1993 году. Алгоритм оптимизирован и рекомендован для 32-битных процессоров. Для работы ему требуется кэш-память на несколько килобайт и восемь 32-битовых регистров. Скорость шифрования — примерно 4 машинных такта на байт текста. Для кодирования и декодирования используется 160-битный ключ. Чтобы избежать нежелательной потери скорости по причине медленных операций обработки ключа, SEAL предварительно выполняет с ним несколько преобразований, получая в результате три таблицы определенного размера. Непосредственно для шифрования и расшифрования текста вместо самого ключа используются эти таблицы.
Алгоритм считается очень надёжным, очень быстрым и защищён патентом США № 5454039 с декабря 1993 года.
Sosemanuk является новым симметричным ПО — ориентированным потоковым шифром, согласно Profile 1 «ECRYPT call for stream cipher primitives». Длина ключа колеблется от 128 до 256 бит. Начальное значение устанавливается объёмом 128 бит. Как утверждается, любая длина ключа достигает 128-битной защиты. Шифр Sosemanuk использует как основные принципы из потокового шифра SNOW 2.0, так и некоторые преобразования, выведенные из блочного шифра SERPENT. Sosemanuk нацелен на улучшение SNOW 2.0 как в смысле безопасности, так и смысле эффективности. В частности, он использует быструю IV-setup процедуру. Так же необходимо снижение числа статических данных в пользу улучшения производительности на нескольких архитектурах (платформах).
Шифр Sosemanuk использует как основные принципы потокового шифра SNOW 2.0 («Snow» — англ. «снег»), так и некоторые трансформации (преобразования), выведенные из блочного шифра SERPENT («SERPENT» — англ. «змея»). По этой причине его название должно быть связано и со змеёй, и со снегом. Однако хорошо известно, что снежных змей не существует, так как змеи либо засыпают, либо перебираются в тёплые края на время зимы. Кроме того, Sosemanuk — популярный вид спорта, распространенный среди племён Восточной Канады. Идея игры состоит в метании деревянной палки вдоль снежного берега настолько, насколько это возможно. Название происходит из наречия народов и содержит сравнение палки на снегу со змеёй. «Kwakweco-cime win» является одним из названий подобной игры, но оно не звучит соответствующе для названия шифра.
Симметричный алгоритм синхронного потокового шифрования, ориентированный, в первую очередь, на аппаратную реализацию с гибким равновесием между скоростью работы и количеством элементов, имеющий также возможность достаточно эффективной программной реализации.
Шифр был представлен в декабре 2008 года как часть портфолио европейского проекта eSTREAM, по профилю 2 (аппаратно ориентированные шифры). Авторами шифра являются Кристоф Де Канньер и Барт Пренел.
Данный потоковый шифр генерирует вплоть до
Trivium включен в стандарт ISO/IEC 29192–3 в качестве легковесного потокового шифра.
Изначальное состояние Trivium представляет собой 3 сдвиговых регистра суммарной длины в 288 бит. Каждый такт происходит изменение битов в регистрах сдвига путём нелинейной комбинации прямой и обратной связи. Для инициализации шифра ключ K и инициализирующий вектор IV записываются в 2 из 3х регистров и происходит исполнение алгоритма в течение 4×288 = 1152 раз, что гарантирует зависимость каждого бита начального состояния от каждого бита ключа и каждого бита инициализирующего вектора.
После прохождения стадии инициализации каждый такт генерируется новый член ключевого потока Z, который проходит процедуру XOR с следующим членом текста. Процедура расшифровки происходит в обратном порядке — каждый член шифротекста проходит процедуру XOR с каждым членом ключевого потока Z.
Это потоковый шифр, применяющийся в некоторых системах защиты информации в компьютерных сетях. Шифр разработан криптографом Бартошем Жултаком (польск. Bartosz Żółtak, англ. Bartosz Zoltak) в качестве усиленного варианта популярного шифра RC4. Алгоритм VMPC строится, как и любой потоковый шифр на основе параметризованного ключом генератора псевдослучайных битов. Основные преимущества шифра, как и RC4 — высокая скорость работы, переменный размер ключа и вектора инициализации (от 128 до 512 бит включительно), простота реализации (буквально несколько десятков строк кода).
Основа шифра — генератор псевдослучайных чисел, базой которого является односторонняя необратимая функция VMPC (англ. Variably Modified Permutation Composition).
Алгоритм симметричного блочного шифрования c неортодоксальной структурой, один из участников американского конкурса AES, разработка костариканской компании TecApro Internacional.
Алгоритм FROG был создан в 1998 тремя специалистами компании Tecnologia Apropriada (ТесАрго) из небольшого латиноамериканского государства Коста-Рика (неизвестного ранее своими разработками в области криптографии): Дианелосом Георгоудисом (Dianelos Georgoudis), Дамианом Jlepy (Damian Leroux) и Билли Симоном Чавесом (Billy Simon Chaves)
Заявленный на конкурс вариант шифра соответствует требованиям AES, имея блок, равный 128 бит и ключ длиной 128, 192 или 256 бит. Сам алгоритм, теоретически, допускает ключи длиной от 40 до 1000 бит.
Шифр FROG выставила на конкурс международная компания TecApro Internacional, зарегистрированная в Коста-Рике. Разработчики алгоритма — Д. Георгудис (D. Georgoudis), Д. Леру (D. Leroux) и Б. Шаве (B. Chaves) — люди, мягко говоря, мало известные в криптографическом мире. Как утверждают авторы, FROG — это «новый шифр с неортодоксальной структурой». Основу стойкости шифра составляет секретный внутренний ключ сложной конструкции, сами же операции шифрования/дешифрования чрезвычайно просты.
В августе команда TWOFISH (Вагнер, Фергюсон и Шнайер) показали, что ключ шифра FROG можно вскрывать при трудозатратах около 257.
Что же касается стойкости шифров, то этот показатель проверить значительно сложнее. В ходе этапа предварительной оценки первого круга на web-сайте НИСТ и непосредственно на конференции AES2 было представлено значительное количество криптоаналитических результатов, так или иначе «подмочивших» репутацию практически всех шифров-кандидатов. Однако, если не говорить о явных аутсайдерах LOKI, FROG, MAGENTA и HPC, то никаких очевидных слабостей в алгоритмах не обнаружено.
Блочный алгоритм симметричного шифрования, разработанный Анатолием Лебедевым и Алексеем Волчковым для российской компании LAN Crypto.
NUSH имеет несколько различных вариантов, имеющих разный размер блока (64, 128, 256 бит), различное число раундов (в зависимости от размера блока равно 36, 128 или 132 раунда) и использует длину ключа в 128, 192 или 256 бит. Алгоритм не использует S-блоки, а только такие операции, как AND, OR, XOR, сложение по модулю и циклические сдвиги. Перед первым и после последнего раунда проводится «отбеливание» ключа.
Данный алгоритм был выдвинут в проекте NESSIE, но не был выбран, так как было показано, что линейный криптоанализ может быть эффективнее, чем атака перебором.
На основе алгоритма шифрования можно построить и другие алгоритмы. Несколько из них изложены в настоящей статье.
Симметричный блочный криптоалгоритм, разработанный Майклом Вудом в 1990 году для компании Cryptech и получивший наименование REDOC II. Все операции — подстановки, перестановки, XOR выполняются с байтами что позволяет его эффективно реализовать программно. Алгоритм использует зависимые от ключа и исходного открытого текста наборы таблиц (S-блоков), используя меняющиеся табличные функции. Алгоритм отличает использование масок, т.е. чисел, получаемых из ключевой таблицы. Маски используются для выбора таблиц конкретной функции конкретного раунда. При этом используется как значение маски, так и значение данных.
Наиболее эффективным способом вскрытия ключа считается грубая сила, для достижения цели потребуется 2160 операций. Практически единственным эффективным криптоанализом было вскрытие одного из раундов алгоритма Томасом Кузиком, но расширить вскрытие на дальнейшие раунды не удалось. С помощью 2300 открытых текстов был проведен криптоанализ одного из раундов Шамиром и Бихамом, после 4 раундов были получены 3 значения маски, однако успехов как таковых это не принесло и на данный момент алгоритм считается криптостойким.
Существует также значительно упрощенная версия алгоритма — REDOC III, созданный Майклом Вудом. Используется 80-битный блок, длина ключа переменна, может достигать 20480 битов. Перестановки и подстановки исключены, все операции над блоком и ключом основаны лишь на применении XOR, за счет чего значительно увеличена скорость шифрования в ущерб стойкости к дифференциальному криптоанализу. Основой алгоритма являются генерированные на основе секретного ключа 256 10-байтовых ключей, и полученные на основе XOR 128 10-байтовых ключей два 10-байтовых блока маски. Для успешного восстановления обеих масок алгоритма REDOC III требуется 223 открытых текстов. Этот алгоритм несложен и быстр. На 33 мегагерцовом процессоре 80386 он шифрует данные со скоростью 2.75 Мбит/с. Криптографическая система REDOC II способна шифровать 800 кбит/с при тактовой частоте 20 МГц.
Алгоритм REDOC II и его упрощенная версия запатентованы в США.
Это симметричный блочный шифр с закрытым ключом, разработанный Йоаном Дайменом (Joan Daeman), одним из авторов алгоритма Rijndael (иногда называемого AES).
Алгоритм 3-Way является 11-шаговой SP-сетью. Используются блок и ключ длиной 96 бит. Схема шифрования, как и характерно для алгоритмов типа SP-сеть, предполагает эффективную аппаратную реализацию.
Вскоре после опубликования был проведён успешный криптоанализ алгоритма 3-Way, показавший его уязвимость к атаке на основе связанных ключей. Алгоритм не запатентован.
Криптографический алгоритм, реализующий блочное симметричное шифрование с переменной длиной ключа. Разработан Брюсом Шнайером в 1993 году. Представляет собой сеть Фейстеля. Выполнен на простых и быстрых операциях: XOR, подстановка, сложение. Является незапатентованным и свободно распространяемым.
До появления Blowfish существовавшие алгоритмы были либо запатентованными, либо ненадёжными, а некоторые и вовсе держались в секрете (например, Skipjack). Алгоритм был разработан в 1993 году Брюсом Шнайером в качестве быстрой и свободной альтернативы устаревшему DES и запатентованному IDEA. По заявлению автора, критериями проектирования Blowfish были:
Алгоритм состоит из двух частей: расширение ключа и шифрование данных. На этапе расширения ключа исходный ключ (длиной до 448 бит) преобразуется в 18 32-битовых подключей и в 4 32-битных S-блока, содержащих 256 элементов. Общий объём полученных ключей равен
Блочный алгоритм симметричного шифрования на основе сети Фейстеля, который используется в целом ряде продуктов криптографической защиты, в частности некоторых версиях PGP и GPG и кроме того одобрен для использования Канадским правительством.
Алгоритм был создан в 1996 году Карлайлом Адамсом (Carlisle Adams) и Стаффордом Таваресом (Stafford Tavares) используя метод построения шифров CAST, который используется также и другим их алгоритмом CAST-256 (алгоритм-кандидат AES).
CAST-128 состоит из 12 или 16 раундов сети Фейстеля с размером блока 64 бита и длиной ключа от 40 до 128 бит (но только с инкрементацией по 8 бит). 16 раундов используются, когда размеры ключа превышают 80 бит. В алгоритме используются 8×16 S- блоки, основанные на бент-функции, операции XOR и модулярной арифметике (модулярное сложение и вычитание). Есть три различных типа функций раундов, но они похожи по структуре и различаются только в выборе выполняемой операции (сложение, вычитание или XOR) в различных местах.
Хотя CAST-128 защищён патентом Entrust, его можно использовать во всём мире для коммерческих или некоммерческих целей бесплатно.
CAST устойчив к дифференциальному и линейному криптоанализу. Сила алгоритма CAST заключена в его S-блоках. У CAST нет фиксированных S-блоков и для каждого приложения они конструируются заново. Созданный для конкретной реализации CAST S-блок уже больше никогда не меняется. Другими словами, S-блоки зависят от реализации, а не от ключа. Northern Telecom использует CAST в своём пакете программ Entrust для компьютеров Macintosh, PC и рабочих станций UNIX. Выбранные ими S-блоки не опубликованы, что, впрочем, неудивительно.
CAST-128 принадлежит компании Entrust Technologies, но является бесплатным как для коммерческого, так и для некоммерческого использования. CAST-256 — бесплатное доступное расширение CAST-128, которое принимает размер ключа до 256 бит и имеет размер блока 128 бит. CAST-256 был одним из первоначальных кандидатов на AES.
CAST-256 построен из тех же элементов, что и CAST-128, включая S-боксы, но размер блока увеличен вдвое и равен 128 битам. Это влияет на диффузионные свойства и защиту шифра.
В RFC 2612 указано, что CAST-256 можно свободно использовать по всему миру в коммерческих и некоммерческих целях.
В криптографии, E2 является симметричным блочным шифром, который был создан в 1998 году NTT и представили на конкурс AES.
Как и другие кандидаты AES, Е2 работает на блоках 128 бит, с использованием ключа 128, 192 или 256 бит. Он использует 12-раундовом сеть Фейстеля. E2 имеет входное и выходное преобразование преобразование, как использование модульного умножения, но круглая функция сама состоит только из операцию XOR и S-коробки поиска. Сингл 8 × 8-разрядный S-бокс изготовлен из состава аффинного преобразования с дискретным возведения в степень X127 над конечным полем GF (28). NTT приняла многие из специальных характеристик Е2 в в Камелии, который по существу заменили Е2.
Симметричный алгоритм блочного шифрования с размером блока 128 бит и длиной ключа до 256 бит. Число раундов 16. Разработан группой специалистов во главе с Брюсом Шнайером. Являлся одним из пяти финалистов второго этапа конкурса AES. Алгоритм разработан на основе алгоритмов Blowfish, SAFER и Square.
Отличительными особенностями алгоритма являются использование предварительно вычисляемых и зависящих от ключа узлов замены и сложная схема развёртки подключей шифрования. Половина n-битного ключа шифрования используется как собственно ключ шифрования, другая — для модификации алгоритма (от неё зависят узлы замены).
Twofish разрабатывался специально с учетом требований и рекомендаций NIST для AES:
Однако именно сложность структуры алгоритма и, соответственно, сложность его анализа на предмет слабых ключей или&
В первой статье были описаны бесключевые КА. Конечно классификация показалась многим странной, но отступать поздно, за нами Москва.
Напоминаю классификацию: 
Теперь пришло время одноключевых КА.
Rijndael
Так же известный как Advanced Encryption Standart — симметричный алгоритм блочного шифрования. Размер одного блока. 128 бит, ключи 128/192/256, принят стандартом правительством США по результатам конкурса AES.
Пришел на смену алгоритму DES (о нем чуть позже). Спецификация была опубликована 26 ноября 2001 год. 26 мая 2002 был объявлен стандартом шифрования. По состоянию на 2009 год является одним из самых распространенных алгоритмов симметричного шифрования.
Интересным факт, 128 ключ обеспечивает 340 андециллионов возможных комбинаций.
DES
Алгоритм для симметричного шифрования, разработанный фирмой IBM и утверждённый правительством США в 1977 году как официальный стандарт (FIPS 46–3). Размер блока для DES равен 64 бита. В основе алгоритма лежит сеть Фейстеля с 16-ю циклами (раундами) и ключом, имеющим длину 56 бит. Алгоритм использует комбинацию нелинейных (S-блоки) и линейных (перестановки E, IP, IP-1) преобразований. Для DES рекомендовано несколько режимов:
- ECB (англ. electronic code book) — режим «электронной кодовой книги» (простая замена);
- CBC (англ. cipher block chaining) — режим сцепления блоков;
- CFB (англ. cipher feed back) — режим обратной связи по шифротексту;
- OFB (англ. output feed back) — режим обратной связи по выходу.
- Прямым развитием DES в настоящее время является алгоритм Triple DES (3DES). В 3DES шифрование/расшифровка выполняются путём троекратного выполнения алгоритма DES.
MMB-шифр
От англ. modular multiplication-based block cipher — модульный блочный шифр, использующий умножение) — блочный алгоритм шифрования, основанный на операции умножения в конечной группе.
Блочный шифр, основанный на операции умножения в конечной группе (MMB) представляет собой блочный шифр, разработанный Йоан Дайменом в 1993 году как улучшение шифра IDEA. Основное новшество этого шифра заключается в использовании циклического умножения в группе Z2n−1. Создатели шифра предлагали сделать n=32, таким образом умножение будет производиться в группе Z4294967295. Также стоит отметить, что длина слов, с которыми будут производиться операции, равна n, то есть 32 в данном случае. Основная цель, которая преследовалась при создании этого шифра — создать шифр, устойчивый к дифференциальному криптоанализу. Недостатки в ключевом расписании были обнаружены Эли Бихамом, что, в комбинации с тем фактом, что шифр не был защищён от линейного криптоанализа, привело к использованию других шифров, например, 3-Way шифра.
BaseKing
В криптографии BaseKing — блочный шифр, разработанный в 1994 году Йоаном Дэменом (Joan Daemen).
Он очень тесно связан с 3-WAY; действительно, они — варианты той же самой общей техники шифрования.
У BaseKing размер блока 192 битов, что в два раза длиннее, чем 3-WAY. Длина ключа — также 192 бита.
В диссертации Дэемен представил обширную теорию блочного шифра, как довольно общий алгоритм шифра, составленный из многих обратимых преобразований, которые могут быть выбраны со значительной свободой. Он обсудил безопасность этой общей схемы против известных нападений, и дала два определённых примера шифров, состоящих из специфических выборов для переменных параметров. Эти шифры 3-WAY и BaseKing. BaseKing восприимчив к тому же самому виду нападению как 3-WAY. Daemaen, Peeters, и Ван Асш также демонстрировали потенциальную уязвимость к дифференциальному анализу, наряду с небольшим количеством методов, чтобы увеличить сопротивление данного выполнения BaseKing к такому нападению.
NOEKEON
Семейство из двух блочных шифров, разработанных Йоаном Дайменом, Michaël Peeters, Gilles Van Assche и Винсентом Рэйменом и представленных в исследовательском проекте NESSIE. Два шифра представляют собой NOEKEON в прямом режиме (direct mode) и в косвенном режиме (indirect mode). Отличаются режимы только процедурой расширения ключа.
Длина ключа в NOEKEON равна 128 битам. В каждом раунде NOEKEON использует последовательность преобразований, обратных самим себе, которые с легкостью могут быть реализованы в аппаратном или программном обеспечении, причем даже в таком, где существует возможность атаки по сторонним каналам. Шифр является компактным в реализации на различных языках программирования, быстро работает на различных аппаратных средствах и является очень эффективным в широком диапазоне платформ. Однако, NOEKEON не отвечал требованиям Wide Trail Design Strategy, что показал криптоанализ, проведенный Ларсом Кнудсеном и Håvard Raddum в апреле 2001. Кнудсен и Raddum показали, что на данный шифр возможна атака на основе связанных ключей, из-за чего шифр не прошел отбор в проекте NESSIE.
На рассмотрение в рамках конкурса NESSIE были приняты оба режима алгоритма Noekeon. Оба режима оказались подвержены атаке на основе связанных ключей, которую предложили криптологи Ларс Кнудсен и Håvard Raddum в своей работе. Кроме того, ими же было доказано, что критерии создания таблиц замен в операции Gamma не способствуют высокой криптостойкости алгоритма: при генерации таблицы замен результирующий алгоритм с вероятностью примерно 86% окажется подвержен линейному и/или дифференциальному криптоанализу. Также было показано, что с большой вероятностью возможно найти связанные ключи. Этих причин оказалось достаточно для невыхода алгоритма Noekeon во второй раунд конкурса.
DFC
Decorrelated Fast Cipher — блочный симметричный криптоалгоритм, созданный в 1998 году совместно криптографами Парижской Высшей нормальной школы, Национального центра научных исследований (CNRS) и телекоммуникационного гиганта France Telecom под руководством известного криптолога Сержа Воденэ (англ.), специально для участия в конкурсе AES. Относится к семейству PEANUT (Pretty Encryption Algorithm with n-Universal Transformation) шифров.
Блочный шифр с длинного блока 128 бит, представляющий 8-ми раундовую Сеть Фейстеля. Используется 64-битовая функция шифрования с восемью различными раундовыми ключами по 128 бит, получаемыми из одного исходного ключа шифрования. Каждый раунд функция шифрования использует левую половину исходного текста (блока) и два 64-битных ключа, являющихся половинами соответствующего раундового, для получения 64-битного шифрованного текста. Полученная зашифрованная левая половина блока прибавляется к правой. Затем, согласно идее сети Фейстеля, левая и правая части блока меняются местами. Расшифровывание происходит так же, как и шифрование с использованием раундовых ключей в обратном порядке. Длина исходного ключа шифрования не ограничивается тремя фиксированными размерами, предусмотренными конкурсом AES (128, 192 и 256 битов), и может быть переменного размера от 0 до 256 бит.
Пример реализации на Ассемблере:
void madd(u4byte acc[4], u4byte x[1], u4byte y[1])
{ __asm {
__asm mov ecx,x
__asm mov edx,y
__asm mov eax,[ecx]
__asm mov ecx,[edx]
__asm mul ecx
__asm mov ebx,acc
__asm xor ecx,ecx
__asm add [ebx],eax
__asm adc [ebx+4],edx
__asm adc [ebx+8],ecx
__asm adc [ebx+12],ecx
}
};
#endif
DECIM
Decim — потоковый шифр на основе РСЛОС, разработанный Комом Бербаином, Оливером Биллетом, Анн Канту, Николя Куртуа, Бландином Дебре, Генри Гильбертом, Луи Губином, Алином Гуже, Луи Гранбуланом, Седериком Ларду, Марин Минье, Томасом Порнином и Эрвом Сибе. Специализирован для аппаратной реализации. Запатентован. Был представлен в проекте eSTREAM, где не прошёл дальше третьего этапа.
Самое главное требование к шифрам — устойчивость к различным видам атак. Алгебраические атаки — одна из самых серьёзных угроз безопасности потоковым шифрам. Если соотношение между комбинацией битов секретного ключа и порождённым её битом гамма является простым или легко предсказуемым, то и нахождение алгебраических зависимостей между комбинацией битов секретного ключа и битом ключевого потока (гамма) так же является простой задачей. Для усложнения соотношений между комбинацией битов секретного ключа (или комбинацией битов начального состояния РСЛОС, порождённого секретным ключом) и битов ключевого потока (гамма) используют нелинейную фильтрующую функцию от комбинации битов секретного ключа и механизмы десинхронизации между комбинацией битов секретного ключа и битами ключевого потока (гамма). Оба этих механизма (нелинейная фильтрующая функция и механизм десинхронизации между комбинацией битов РСЛОС и битами ключевого потока) являются основой работы и основным средством предотвращения криптоаналитических атак шифра Decim.
Начало работы потокового шифра Decim начинается с ввода 80-битного секретного ключа и 64-битного открытого ключа (Initialization Vector). Затем, с помощью определённых линейных комбинаций битов К и битов IV, использования нелинейной фильтрующей функции F и применения механизма выборки ABSG вычисляется начальное состояние 192 битного РСЛОС. После выполнения всех этих операций начинается генерация ключевого потока
MICKEY
Алгоритм потокового шифрования. Существует два варианта этого алгоритма — с длиной ключа 80 бит (MICKEY) и 128 бит (MICKEY-128). Он был разработан Стивом Бэббиджем и Мэтью Доддом в 2005 году с целью использования в системах с ограниченными ресурсами. Этот алгоритм имеет простую аппаратную реализацию при высокой степени защищённости. В нём используется нерегулярное тактирование сдвиговых регистров, а также новые методы, обеспечивающие достаточно большой период и псевдослучайность ключевой последовательности и устойчивость к атакам. Алгоритм MICKEY участвовал в конкурсном проекте eSTREAM, организованным сообществом eCRYPT. Текущая версия алгоритма — 2.0. Она вошла в портфолио eCRYPT, как потоковый шифр для аппаратной реализации.
Максимальная длина ключевой последовательности, полученной с помощью одной пары (K, IV) составляет 240 бит. Однако допускается получение 240 таких последовательностей при использовании одного K при условии, что IV выбирается разными для каждой новой последовательности.
SC2000
Симметричный блочный криптоалгоритм, разработанный фирмой Fujitsu и университетом г. Токио в 2000 году. В алгоритме используется 128-битный блок и ключ длиной от 128 до 256 бит (совместим со стандартом AES и поддерживает типовые длины ключа — 128/192/256). Был рекомендован комитетом CRYPTREC в 2003 году для использования государственными учреждениями Японии, однако в 2013 году был перемещён в список «кандидатов» в рекомендованные шифры. Участвовал в конкурсе Nessie, но не попал во второй раунд, хотя и показал достаточную устойчивость к атакам — причиной стала его слишком сложная структура и опасение в вероятности скрытых уязвимостей.
SC2000 — шифр со смешанной структурой: здесь используются элементы сети Фейстеля и подстановочно-перестановочной сети. Алгоритм выполняет 6.5 (для 128-битного ключа) и ли 7.5 (для ключа длиной 192—256 бит) раундов шифрования. Каждый из раундов состоит из запросов к таблице подстановки, добавления ключа и бесключевой двухраундовой сети Фейстеля. Применяется три таблицы замены: S-Box размером 4×4 бит используется в начале каждого раунда, размером 5×5 бит и 6×6 бит — внутри сети Фейстеля.
Расширение ключа в алгоритме SC2000 выполняется в два этапа: основе секретного симметричного ключа генерируется промежуточный ключ, затем из промежуточного ключа вычисляется нужное количество фрагментов расширенного ключа.
Один раунд шифра довольно сложен и состоит из следующих операций: Входное 128-битное значение делится на 4 подблока по 32 бита, на каждый из них операцией XOR накладывается 32-битный фрагмент расширенного ключа. Выполняется операция T, которая разбивает блок данных на 32 подблока по 4 бита каждый.
Каждый 4-битный подблок проходит через таблицу подстановки S4, которая выглядит так: (2,5,10,12,7,15,1,11,13,6,0,9,4,8,3,14)
Далее блок данных разбивается на 32-битные подблоки с помощью операции T», обратной к операции T. Выполняется наложение операцией XOR других четырёх фрагментов расширенного ключа. Значения первой пары подблоков передаются на вход функции F. В результате выполнения данной функции получаются два 32-битных значения, которые накладываются операцией XOR на два первых подблока. Первая пара подблоков меняется местами с второй парой подблоков, затем выполняется повторно прошлый шаг трансформации.
Кузнечик
Данный шифр утверждён в качестве стандарта ГОСТ Р 34.12–2015 «Информационная технология. Криптографическая защита информации. Блочные шифры» приказом от 19 июня 2015 года № 749-ст. Стандарт вступил в действие с 1 января 2016 года. Шифр разработан Центром защиты информации и специальной связи ФСБ России с участием ОАО «Информационные технологии и коммуникационные системы» (ОАО «ИнфоТеКС»). Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 26 «Криптографическая защита информации».
На конференции CRYPTO 2015 Алекс Бирюков, Лео Перрин и Алексей Удовенко представили доклад, в котором говорится о том, что несмотря на утверждения разработчиков, значения S-блока шифра Кузнечик и хэш-функции Стрибог не являются (псевдо)случайными числами, а сгенерированы на основе скрытого алгоритма, который им удалось восстановить методами обратного проектирования
RC4
Также известен как ARC4 или ARCFOUR (alleged RC4) — потоковый шифр, широко применяющийся в различных системах защиты информации в компьютерных сетях (например, в протоколах SSL и TLS, алгоритмах обеспечения безопасности беспроводных сетей WEP и WPA).
Шифр разработан компанией «RSA Security», и для его использования требуется лицензия.
Алгоритм RC4, как и любой потоковый шифр, строится на основе генератора псевдослучайных битов. На вход генератора записывается ключ, а на выходе читаются псевдослучайные биты. Длина ключа может составлять от 40 до 2048 бит. Генерируемые биты имеют равномерное распределение.
Основные преимущества шифра:
- высокая скорость работы;
- переменный размер ключа.
RC4 довольно уязвим, если:
- используются не случайные или связанные ключи;
- один ключевой поток используется дважды.
Эти факторы, а также способ использования могут сделать криптосистему небезопасной (например, WEP).
RC5
Блочный шифр, разработанный Роном Ривестом из компании RSA Security Inc. с переменным количеством раундов, длиной блока и длиной ключа. Это расширяет сферу использования и упрощает переход на более сильный вариант алгоритма.
Существует несколько различных вариантов алгоритма, в которых преобразования в «пол-раундах» классического RC5 несколько изменены. В классическом алгоритме используются три примитивных операции и их инверсии:
- сложение по модулю
- побитовое исключающее ИЛИ (XOR)
- операции циклического сдвига на переменное число бит.
Основным нововведением является использование операции сдвига на переменное число бит, не использовавшиеся в более ранних алгоритмах шифрования. Эти операции одинаково быстро выполняются на большинстве процессоров, но в то же время значительно усложняют дифференциальный и линейный криптоанализ алгоритма.
Шифрование по алгоритму RC5 состоит из двух этапов. Процедура расширения ключа и непосредственно шифрование. Для дешифрования выполняется сначала процедура расширения ключа, а затем операции, обратные процедуре шифрования.
Rabbit
Высокоскоростной поточный шифр впервые представленный в феврале 2003 года на 10-м симпозиуме FSE. В мае 2005, он был отправлен на конкурс eStream, целью которого было создание европейских стандартов для поточных систем шифрования.
Разработчиками Rabbit являются Martin Boesgaard, Mette Vesterager, Thomas Pedersen, Jesper Christiansen и Ove Scavenius.
Rabbit используют 128-битный ключ и 64-битный инициализирующий вектор. Шифр был разработан с целью использования в программном обеспечении, как обладающий высокой скоростью шифрования. При этом скорость шифрования могла достигать 3.7 циклов в байт (CPB) для процессора Pentium 3 и 10.5 циклов в байт для ARM7. Тем не менее, шифр также оказался быстрым и компактным при реализации в аппаратном обеспечении.
Основным компонентом шифра является генератор битового потока, который шифрует 128 битов сообщения за итерацию. Достоинство шифра в тщательном перемешивании его внутренних состояний между двумя последовательными итерациями. Функция перемешивания полностью основана на арифметических операциях, доступных на современных процессорах, то есть S-блоки подстановок и поисковые таблицы не нужны для реализации шифра.
Авторы шифра предоставили полный набор технических описаний на домашней странице Cryptico. Шифр также описан в RFC 4503. Cryptico обладала патентом на шифр, и многие годы для использования шифра в коммерческих целях требовалась лицензия. Однако, 6 октября 2008 шифр разрешили использовать для любых целей бесплатно.
NewDes
В криптографии симметричный блочный криптоалгоритм, разработанный Робертом Скотом в качестве замены стандарта DES в 1985 году с целью внедрения более надежного шифра с безопасным размером ключа — 120 бит.
NewDES, хотя и имеет производное наименование, имеет абсолютно иную структуру, значительно проще DES, легко реализуем программно и не включает побитовых перестановок, все операции производятся с байтами. Алгоритм использует таблицу замены из 256 элементов, в одном раунде производятся 8 операций сложения по модулю 2 и подстановки с использованием функции F — замен с использованием таблицы подстановок.
Ключевое расписание в первой редакции было довольно слабым и было исправлено в редакции NewDES-96. Как оказалось, алгоритм NewDES менее устойчив к криптоанализу, нежели алгоритм DES, хотя атака грубой силой на NewDES-96 практически невозможна и алгоритм в данной редакции значительно более безопасен.
Salsa20
Система поточного шифрования, разработанная Даниэлем Бернштейном (англ.) русск. Алгоритм был представлен на конкурсе «eSTREAM», целью которого было создание европейских стандартов для шифрования данных, передаваемых почтовыми системами. Алгоритм стал победителем конкурса в первом профиле (поточные шифры для программного применения с большой пропускной способностью).
Шифр Salsa20 использует следующие операции:
- сложение 32-битных чисел;
- побитовое сложение по модулю 2 (xor);
- сдвиги битов.
Алгоритм использует хеш-функцию с 20 циклами. Основные её преобразования напоминают алгоритм AES.
Seal
Симметричный поточный алгоритм шифрования данных, оптимизированный для программной реализации.
Разработан в IBM Филом Рогэвеем (англ.) (англ. Phil Rogaway) и Доном Копперсмитом (англ. Don Coppersmith) в 1993 году. Алгоритм оптимизирован и рекомендован для 32-битных процессоров. Для работы ему требуется кэш-память на несколько килобайт и восемь 32-битовых регистров. Скорость шифрования — примерно 4 машинных такта на байт текста. Для кодирования и декодирования используется 160-битный ключ. Чтобы избежать нежелательной потери скорости по причине медленных операций обработки ключа, SEAL предварительно выполняет с ним несколько преобразований, получая в результате три таблицы определенного размера. Непосредственно для шифрования и расшифрования текста вместо самого ключа используются эти таблицы.
Алгоритм считается очень надёжным, очень быстрым и защищён патентом США № 5454039 с декабря 1993 года.
Sosemanuk
Sosemanuk является новым симметричным ПО — ориентированным потоковым шифром, согласно Profile 1 «ECRYPT call for stream cipher primitives». Длина ключа колеблется от 128 до 256 бит. Начальное значение устанавливается объёмом 128 бит. Как утверждается, любая длина ключа достигает 128-битной защиты. Шифр Sosemanuk использует как основные принципы из потокового шифра SNOW 2.0, так и некоторые преобразования, выведенные из блочного шифра SERPENT. Sosemanuk нацелен на улучшение SNOW 2.0 как в смысле безопасности, так и смысле эффективности. В частности, он использует быструю IV-setup процедуру. Так же необходимо снижение числа статических данных в пользу улучшения производительности на нескольких архитектурах (платформах).
Шифр Sosemanuk использует как основные принципы потокового шифра SNOW 2.0 («Snow» — англ. «снег»), так и некоторые трансформации (преобразования), выведенные из блочного шифра SERPENT («SERPENT» — англ. «змея»). По этой причине его название должно быть связано и со змеёй, и со снегом. Однако хорошо известно, что снежных змей не существует, так как змеи либо засыпают, либо перебираются в тёплые края на время зимы. Кроме того, Sosemanuk — популярный вид спорта, распространенный среди племён Восточной Канады. Идея игры состоит в метании деревянной палки вдоль снежного берега настолько, насколько это возможно. Название происходит из наречия народов и содержит сравнение палки на снегу со змеёй. «Kwakweco-cime win» является одним из названий подобной игры, но оно не звучит соответствующе для названия шифра.
Trivium
Симметричный алгоритм синхронного потокового шифрования, ориентированный, в первую очередь, на аппаратную реализацию с гибким равновесием между скоростью работы и количеством элементов, имеющий также возможность достаточно эффективной программной реализации.
Шифр был представлен в декабре 2008 года как часть портфолио европейского проекта eSTREAM, по профилю 2 (аппаратно ориентированные шифры). Авторами шифра являются Кристоф Де Канньер и Барт Пренел.
Данный потоковый шифр генерирует вплоть до
Trivium включен в стандарт ISO/IEC 29192–3 в качестве легковесного потокового шифра.
Изначальное состояние Trivium представляет собой 3 сдвиговых регистра суммарной длины в 288 бит. Каждый такт происходит изменение битов в регистрах сдвига путём нелинейной комбинации прямой и обратной связи. Для инициализации шифра ключ K и инициализирующий вектор IV записываются в 2 из 3х регистров и происходит исполнение алгоритма в течение 4×288 = 1152 раз, что гарантирует зависимость каждого бита начального состояния от каждого бита ключа и каждого бита инициализирующего вектора.
После прохождения стадии инициализации каждый такт генерируется новый член ключевого потока Z, который проходит процедуру XOR с следующим членом текста. Процедура расшифровки происходит в обратном порядке — каждый член шифротекста проходит процедуру XOR с каждым членом ключевого потока Z.
VMPC
Это потоковый шифр, применяющийся в некоторых системах защиты информации в компьютерных сетях. Шифр разработан криптографом Бартошем Жултаком (польск. Bartosz Żółtak, англ. Bartosz Zoltak) в качестве усиленного варианта популярного шифра RC4. Алгоритм VMPC строится, как и любой потоковый шифр на основе параметризованного ключом генератора псевдослучайных битов. Основные преимущества шифра, как и RC4 — высокая скорость работы, переменный размер ключа и вектора инициализации (от 128 до 512 бит включительно), простота реализации (буквально несколько десятков строк кода).
Основа шифра — генератор псевдослучайных чисел, базой которого является односторонняя необратимая функция VMPC (англ. Variably Modified Permutation Composition).
FROG
Алгоритм симметричного блочного шифрования c неортодоксальной структурой, один из участников американского конкурса AES, разработка костариканской компании TecApro Internacional.
Алгоритм FROG был создан в 1998 тремя специалистами компании Tecnologia Apropriada (ТесАрго) из небольшого латиноамериканского государства Коста-Рика (неизвестного ранее своими разработками в области криптографии): Дианелосом Георгоудисом (Dianelos Georgoudis), Дамианом Jlepy (Damian Leroux) и Билли Симоном Чавесом (Billy Simon Chaves)
Заявленный на конкурс вариант шифра соответствует требованиям AES, имея блок, равный 128 бит и ключ длиной 128, 192 или 256 бит. Сам алгоритм, теоретически, допускает ключи длиной от 40 до 1000 бит.
Шифр FROG выставила на конкурс международная компания TecApro Internacional, зарегистрированная в Коста-Рике. Разработчики алгоритма — Д. Георгудис (D. Georgoudis), Д. Леру (D. Leroux) и Б. Шаве (B. Chaves) — люди, мягко говоря, мало известные в криптографическом мире. Как утверждают авторы, FROG — это «новый шифр с неортодоксальной структурой». Основу стойкости шифра составляет секретный внутренний ключ сложной конструкции, сами же операции шифрования/дешифрования чрезвычайно просты.
В августе команда TWOFISH (Вагнер, Фергюсон и Шнайер) показали, что ключ шифра FROG можно вскрывать при трудозатратах около 257.
Что же касается стойкости шифров, то этот показатель проверить значительно сложнее. В ходе этапа предварительной оценки первого круга на web-сайте НИСТ и непосредственно на конференции AES2 было представлено значительное количество криптоаналитических результатов, так или иначе «подмочивших» репутацию практически всех шифров-кандидатов. Однако, если не говорить о явных аутсайдерах LOKI, FROG, MAGENTA и HPC, то никаких очевидных слабостей в алгоритмах не обнаружено.
NUSH
Блочный алгоритм симметричного шифрования, разработанный Анатолием Лебедевым и Алексеем Волчковым для российской компании LAN Crypto.
NUSH имеет несколько различных вариантов, имеющих разный размер блока (64, 128, 256 бит), различное число раундов (в зависимости от размера блока равно 36, 128 или 132 раунда) и использует длину ключа в 128, 192 или 256 бит. Алгоритм не использует S-блоки, а только такие операции, как AND, OR, XOR, сложение по модулю и циклические сдвиги. Перед первым и после последнего раунда проводится «отбеливание» ключа.
Данный алгоритм был выдвинут в проекте NESSIE, но не был выбран, так как было показано, что линейный криптоанализ может быть эффективнее, чем атака перебором.
На основе алгоритма шифрования можно построить и другие алгоритмы. Несколько из них изложены в настоящей статье.
REDOC
Симметричный блочный криптоалгоритм, разработанный Майклом Вудом в 1990 году для компании Cryptech и получивший наименование REDOC II. Все операции — подстановки, перестановки, XOR выполняются с байтами что позволяет его эффективно реализовать программно. Алгоритм использует зависимые от ключа и исходного открытого текста наборы таблиц (S-блоков), используя меняющиеся табличные функции. Алгоритм отличает использование масок, т.е. чисел, получаемых из ключевой таблицы. Маски используются для выбора таблиц конкретной функции конкретного раунда. При этом используется как значение маски, так и значение данных.
Наиболее эффективным способом вскрытия ключа считается грубая сила, для достижения цели потребуется 2160 операций. Практически единственным эффективным криптоанализом было вскрытие одного из раундов алгоритма Томасом Кузиком, но расширить вскрытие на дальнейшие раунды не удалось. С помощью 2300 открытых текстов был проведен криптоанализ одного из раундов Шамиром и Бихамом, после 4 раундов были получены 3 значения маски, однако успехов как таковых это не принесло и на данный момент алгоритм считается криптостойким.
Существует также значительно упрощенная версия алгоритма — REDOC III, созданный Майклом Вудом. Используется 80-битный блок, длина ключа переменна, может достигать 20480 битов. Перестановки и подстановки исключены, все операции над блоком и ключом основаны лишь на применении XOR, за счет чего значительно увеличена скорость шифрования в ущерб стойкости к дифференциальному криптоанализу. Основой алгоритма являются генерированные на основе секретного ключа 256 10-байтовых ключей, и полученные на основе XOR 128 10-байтовых ключей два 10-байтовых блока маски. Для успешного восстановления обеих масок алгоритма REDOC III требуется 223 открытых текстов. Этот алгоритм несложен и быстр. На 33 мегагерцовом процессоре 80386 он шифрует данные со скоростью 2.75 Мбит/с. Криптографическая система REDOC II способна шифровать 800 кбит/с при тактовой частоте 20 МГц.
Алгоритм REDOC II и его упрощенная версия запатентованы в США.
3-way
Это симметричный блочный шифр с закрытым ключом, разработанный Йоаном Дайменом (Joan Daeman), одним из авторов алгоритма Rijndael (иногда называемого AES).
Алгоритм 3-Way является 11-шаговой SP-сетью. Используются блок и ключ длиной 96 бит. Схема шифрования, как и характерно для алгоритмов типа SP-сеть, предполагает эффективную аппаратную реализацию.
Вскоре после опубликования был проведён успешный криптоанализ алгоритма 3-Way, показавший его уязвимость к атаке на основе связанных ключей. Алгоритм не запатентован.
Blowfish
Криптографический алгоритм, реализующий блочное симметричное шифрование с переменной длиной ключа. Разработан Брюсом Шнайером в 1993 году. Представляет собой сеть Фейстеля. Выполнен на простых и быстрых операциях: XOR, подстановка, сложение. Является незапатентованным и свободно распространяемым.
До появления Blowfish существовавшие алгоритмы были либо запатентованными, либо ненадёжными, а некоторые и вовсе держались в секрете (например, Skipjack). Алгоритм был разработан в 1993 году Брюсом Шнайером в качестве быстрой и свободной альтернативы устаревшему DES и запатентованному IDEA. По заявлению автора, критериями проектирования Blowfish были:
- скорость (шифрование на 32-битных процессорах происходит за 26 тактов);
- простота (за счёт использования простых операций, уменьшающих вероятность ошибки реализации алгоритма);
- компактность (возможность работать в менее, чем 5 Кбайт памяти);
- настраиваемая безопасность (изменяемая длина ключа).
Алгоритм состоит из двух частей: расширение ключа и шифрование данных. На этапе расширения ключа исходный ключ (длиной до 448 бит) преобразуется в 18 32-битовых подключей и в 4 32-битных S-блока, содержащих 256 элементов. Общий объём полученных ключей равен
Cast
Блочный алгоритм симметричного шифрования на основе сети Фейстеля, который используется в целом ряде продуктов криптографической защиты, в частности некоторых версиях PGP и GPG и кроме того одобрен для использования Канадским правительством.
Алгоритм был создан в 1996 году Карлайлом Адамсом (Carlisle Adams) и Стаффордом Таваресом (Stafford Tavares) используя метод построения шифров CAST, который используется также и другим их алгоритмом CAST-256 (алгоритм-кандидат AES).
CAST-128 состоит из 12 или 16 раундов сети Фейстеля с размером блока 64 бита и длиной ключа от 40 до 128 бит (но только с инкрементацией по 8 бит). 16 раундов используются, когда размеры ключа превышают 80 бит. В алгоритме используются 8×16 S- блоки, основанные на бент-функции, операции XOR и модулярной арифметике (модулярное сложение и вычитание). Есть три различных типа функций раундов, но они похожи по структуре и различаются только в выборе выполняемой операции (сложение, вычитание или XOR) в различных местах.
Хотя CAST-128 защищён патентом Entrust, его можно использовать во всём мире для коммерческих или некоммерческих целей бесплатно.
CAST устойчив к дифференциальному и линейному криптоанализу. Сила алгоритма CAST заключена в его S-блоках. У CAST нет фиксированных S-блоков и для каждого приложения они конструируются заново. Созданный для конкретной реализации CAST S-блок уже больше никогда не меняется. Другими словами, S-блоки зависят от реализации, а не от ключа. Northern Telecom использует CAST в своём пакете программ Entrust для компьютеров Macintosh, PC и рабочих станций UNIX. Выбранные ими S-блоки не опубликованы, что, впрочем, неудивительно.
CAST-128 принадлежит компании Entrust Technologies, но является бесплатным как для коммерческого, так и для некоммерческого использования. CAST-256 — бесплатное доступное расширение CAST-128, которое принимает размер ключа до 256 бит и имеет размер блока 128 бит. CAST-256 был одним из первоначальных кандидатов на AES.
CAST-256 построен из тех же элементов, что и CAST-128, включая S-боксы, но размер блока увеличен вдвое и равен 128 битам. Это влияет на диффузионные свойства и защиту шифра.
В RFC 2612 указано, что CAST-256 можно свободно использовать по всему миру в коммерческих и некоммерческих целях.
e2
В криптографии, E2 является симметричным блочным шифром, который был создан в 1998 году NTT и представили на конкурс AES.
Как и другие кандидаты AES, Е2 работает на блоках 128 бит, с использованием ключа 128, 192 или 256 бит. Он использует 12-раундовом сеть Фейстеля. E2 имеет входное и выходное преобразование преобразование, как использование модульного умножения, но круглая функция сама состоит только из операцию XOR и S-коробки поиска. Сингл 8 × 8-разрядный S-бокс изготовлен из состава аффинного преобразования с дискретным возведения в степень X127 над конечным полем GF (28). NTT приняла многие из специальных характеристик Е2 в в Камелии, который по существу заменили Е2.
Twofish
Симметричный алгоритм блочного шифрования с размером блока 128 бит и длиной ключа до 256 бит. Число раундов 16. Разработан группой специалистов во главе с Брюсом Шнайером. Являлся одним из пяти финалистов второго этапа конкурса AES. Алгоритм разработан на основе алгоритмов Blowfish, SAFER и Square.
Отличительными особенностями алгоритма являются использование предварительно вычисляемых и зависящих от ключа узлов замены и сложная схема развёртки подключей шифрования. Половина n-битного ключа шифрования используется как собственно ключ шифрования, другая — для модификации алгоритма (от неё зависят узлы замены).
Twofish разрабатывался специально с учетом требований и рекомендаций NIST для AES:
- 128-битный блочный симметричный шифр
- Длина ключей 128, 192 и 256 бит
- Отсутствие слабых ключей
- Эффективная программная (в первую очередь на 32-битных процессорах) и аппаратная реализация
- Гибкость (возможность использования дополнительных длин ключа, использование в поточном шифровании, хэш-функциях и т. д.).
- Простота алгоритма — для возможности его эффективного анализа.
Однако именно сложность структуры алгоритма и, соответственно, сложность его анализа на предмет слабых ключей или&
