RC6. От простого к сложному21.12.2020 15:03

В этой статье вы узнаете

• Кто этот ваш блочный шифр.

• Каких принципов придерживались создатели алгоритма.

• Как выглядит процесс подготовки ключа.

• Алгоритм работы.

• И причем тут вообще RC5?

Введение в RC6.

Алгоритм RC6 (Rivest«s Cipher 6) — симметричный блочный шифр, использующий в качестве своей основы сеть Фестеля, разработанный Рональдом Ривестом в 1998 году.

Для начала разберемся с терминологией:

Что значит симметричный?

Есть два типа людей шифров:

1. Симметричные (то, что нам нужно)

2. Ассиметричные (как-нибудь в другой раз, бро)

В симметричном шифровании, для того зашифровать и расшифровать данные используется один и тот же ключ. Он должен хранится в секрете. Т.е. ни отправитель, ни получатель не должны никому его показывать. Иначе, ваши данные могут перехватить/изменить или еще чего похуже.

Алгоритмы симметричного шифрования:

AES (Advanced Encryption Standard)

3DES (Triple Data Encryption Algorithm)

RC4, RC5, RC6 (Rivest cipher)

В ассиметричном шифровании используется два ключа: открытый и закрытый. Из названий ясно, что открытый ключ может свободно передаваться по каналам связи, а вот закрытый ключ нужно хранить в тайне.

Алгоритмы ассиметричного шифрования:

RSA (Rivest-Shamir-Adleman)

DSA (Digital Signature Algorithm), DSS (Digital Signature Standard)

Diffie-Hellman

Что значит блочный?

Блочное шифрование это один из видов симметричного шифрования. Называется он так, потому что работает с блоками: группами бит, фиксированной длины.

Чтобы стало яснее, рассмотрим один из методов построения блочных шифров: сеть Фестеля.

Какая, какая сеть?

Фестеля. Это конструкция из ячеек. На вход каждой ячейки поступают данные и ключ. А на выходе каждой из них изменённые данные и изменённый ключ.

Чтобы зашифровать информацию ее разбивают на блоки фиксированной длины. Как правило, длина входного блока является степенью двойки.

Алгоритм шифрования:

• Каждый из блоков делится на два подблока одинакового размера — левый и правый.

• Правый подблок скармливается функции .

• После чего умножается по модулю 2 (операция xor) с левым блоком .

• Полученный результат в следующем раунде будет играть роль правого подблока.

• А правый подблок (без изменений) выступит в роли левого подблока.

Раундом в батле криптографии называют один из последовательных шагов (циклов) обработки данных в алгоритме блочного шифрования. ключ на — ом раунде (рассмотрим позже).

Далее операции повторяются столько раз, сколько задано раундов.

Замечание. Расшифровка информации происходит так же, как и шифрование, с тем лишь исключением, что ключи следуют в обратном порядке.

Выглядит это примерно так:

Параметры алгоритма

Теперь, когда мы разобрались с основными понятиями, попробуем копнуть немного глубже.

RC6 параметризированный алгоритм. Это значит, что его работа зависит от некоторых начальных параметров, которые устанавливаются перед началом его работы. Попробуем понять на примере параметра :

Все основные вычисления, которыми оперирует алгоритм, имеют битные машинные слова в качестве входа и выхода. Как мы уже выяснили, RC6 блочный шифр. Причем входной и выходной блок имеют 4 регистра A, B, C, D каждый размером по бит. Обычно . Тогда размер блока будет бит.

Таким образом является одним из параметров алгоритма, который мы можем задавать. Выпишем их все:

Чтобы было ясно, о каком алгоритме идем речь принято писать .

Схема подготовки ключа

Алгоритм подготовки ключа состоит из трех простых этапов и использует две магические константы:

Генерация констант

Для конкретного мы определяем две величины:

где (экспонента), (золотое сечение). операция округления до ближайшего нечетного целого.

Например, если взять , то значения получатся такие:

Теперь рассмотрим основные этапы. Их три:

1 этап. Конвертация секретного ключа

На этом этапе нужно скопировать секретный ключ из массивав массив , который состоит из  слов, где количество байт в слове. Если не кратен , то дополняется нулевыми битами до ближайшего большего кратного:

# здесь x<<

S[0] = P_w

for i = 1 to 2r + 3 do
	S[i] = S[i - 1] + Q_w

# Вход: Пользовательский ключ длинной b байт, скопированный в массив
#			 	L[0,...,c-1]
#				Количество раундов r

# Выход: w-битный массив ключей S[0,...,2r+3]
  
A = B = i = j = 0

v = 3 * max(c, 2r + 4)
for s = 1 to v do
{
	A = S[i] = (S[i] + A + B)<<<3
  B = L[j] = (L[j] + A + B)<<<(A + B)
  i = (i + 1)mod(2r + 4)
  j = (j + 1)mod(c)
}

A = A + S[0]
B = B + S[1]
for i = 1 to r do 
  A = ((A xor B)<<

for i = 1 to r do 
{
  A = ((A xor B)<<

for i = 1 to r do 
{
  A = ((A xor B)<<

for i = 1 to r do 
{
  A = ((A xor B)<<

for i = 1 to r do 
{
  A = ((A xor B)<<

for i = 1 to r do
{
	t = (B * (2B + 1))<<<5
  u = (D * (2D + 1))<<<5
  A = ((A xor t)<<

B = B + S[0]
D = D + S[1]
for i = 1 to r do
{
	t = (B * (2B + 1))<<<5
  u = (D * (2D + 1))<<<5
  A = ((A xor t)<<

# Вход: Открытый текст в 4-х w-битных регистрах A, B, C, D
#				Количество раундов r
#				w-битный массив ключей S[0,...,2r+3]

# Выход: Шифротекст, хранящийся в A, B, C, D

B = B + S[0]
D = D + S[1]
for i = 1 to r do
{
	t = (B * (2B + 1))<<

# Вход: Зашифрованный текст в 4-х w-битных регистрах A, B, C, D
#				Количество раундов r
#				w-битный массив ключей S[0,...,2r+3]

# Выход: Открытый текст, хранящийся в A, B, C, D

C = C - S[2r + 3]
A = A - S[2r +2]

for i = r downto 1 do
{
	(A, B, C, D) = (D, A, B, C)
  u = (D * (2D + 1))<<>>t) xor u
  A = ((A - S[2i])>>>u) xor t
}
D = D - S[1]
B = B - S[0]