Интегральная атака против блочного симметричного шифра Crypton (стр. 1 из 11)

ВВЕДЕНИЕ

Стремительное развитие современных информационных технологий в Украине, начавшееся в конце XX века, не снижает своих темпов и в начале XXI века. Компьютерные технологии оказывают все большее влияние на все сферы человеческой деятельности. Постоянное увеличение скорости и объема передаваемых в информационных системах данных повышает эффективность производственных процессов, способствует расширению деловых операций.

Именно поэтому ужесточаются требования к информационной безопасности. Под ней понимается защищенность информации и поддерживающей инфраструктуры от случайных и преднамеренных воздействий, которые могут нанести ущерб владельцам или пользователям информации. Обеспечение безопасности информационной системы является одной из важнейших задач при эксплуатации данной системы, так как от сохранения конфиденциальности, целостности и доступности информационных ресурсов во многом зависит быстрота принятия решений, эффективность и надежность работы [1] . Разработка и анализ блочных шифров, является очень актуальной и необходимой задачей, которая должна быть реализована на государственном уровне, поскольку от этого зависит государственная безопасность Украины. Украине необходимо иметь свой БСШ.

Одним из основополагающих элементов в общем комплексе средств и методов обеспечения информационной безопасности являются криптографические методы защиты информации[2]. На данном этапе развития применяется как симметричные, так и несимметричные криптографические методы защиты. Это обуславливается тем, что первые способны обеспечить высокую скорость шифрования, а вторые – модель взаимного недоверия и защиты, т.е. ситуацию, когда пользователи информационных систем не хотят никому доверять свои личные ключи и параметры, но при этом хотят иметь гарантию компенсации потерь, если их обманут.

Широкое использование симметричной криптографии определяет необходимость исследования стойкости симметричных шифров к существующим методам криптоанализа.

Одним из наиболее эффективных, на сегодняшний день, является интегральный метод криптоанализа.

Целью данной работы является изучение теоретических основ и реализация интегральной атаки на практике для усеченной модели блочного симметричного шифра Сrypton, а также изучение особенностей и ограничений применения атаки.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

- Изучить методику применения интегральной атаки против блочного симметричного шифра Crypton.

- Адаптировать методику применения интегральной атаки для использования против усеченного варианта блочного симметричного шифра Crypton.

- Выполнить программнуюреализацию интегральной атаки против усеченного вариантаблочного симметричного шифра Crypton.

В данной дипломной работе рассчитывается экономическая эффективность разработки методикиопределения стойкости блочного симметричного шифра Сryptonпротивинтегральной атаки.

В разделе "Безопасность жизнедеятельности" дипломного проекта необходимо разработать вопросы БЖД при выполнении работ по разработке интегральной атаки на шифр Crypton, которые выполняются в научно-исследовательской лаборатории (НИЛ). В разделе следует выполнить анализ условий труда, разработать вопросы техники безопасности, производственной санитарии и гигиены труда, пожарной профилактики.

1. БЛОЧНЫЕ СИММЕТРИЧНЫЕ ШИФРЫ И ИХ МЕСТО В СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1.1 Основные требования к БСШ как к механизму обеспечивающему конфиденциальность

На сегодняшний день разработано достаточно много стойких блочных шифров. Практически все алгоритмы используют для преобразований определенный набор биективных (обратимых) математических преобразований.

Характерной особенностью блочных криптоалгоритмов является тот факт, что в ходе своей работы они производят преобразование блока входной информации фиксированной длины и получают результирующий блок того же объема, но недоступный для прочтения сторонним лицам, не владеющим ключом. Таким образом, схему работы блочного шифра можно описать функциями

Z=EnCrypt(X,Key) и X=DeCrypt(Z,Key)[3]

Ключ Key является параметром блочного криптоалгоритма и представляет собой некоторый блок двоичной информации фиксированного размера. Исходный (X) и зашифрованный (Z) блоки данных также имеют фиксированную разрядность, равную между собой, но необязательно равную длине ключа.

Блочные шифры являются основой, на которой реализованы практически все криптосистемы[4]. Методика создания цепочек из зашифрованных блочными алгоритмами байт позволяет шифровать ими пакеты информации неограниченной длины. Такое свойство блочных шифров, как быстрота работы, используется асимметричными криптоалгоритмами, медлительными по своей природе. Отсутствие статистической корреляции между битами выходного потока блочного шифра используется для вычисления контрольных сумм пакетов данных и в хешировании паролей.

Стойкость криптоалгоритмов описана в [5], [6]. Криптоалгоритм именуется идеально стойким, если прочесть зашифрованный блок данных можно только перебрав все возможные ключи, до тех пор, пока сообщение не окажется осмысленным. Так как по теории вероятности искомый ключ будет найден с вероятностью 1/2 после перебора половины всех ключей, то на взлом идеально стойкого криптоалгоритма с ключом длины N потребуется в среднем 2N-1 проверок. Таким образом, в общем случае стойкость блочного шифра зависит только от длины ключа и возрастает экспоненциально с ее ростом. Даже предположив, что перебор ключей производится на специально созданной многопроцессорной системе, в которой благодаря диагональному параллелизму на проверку 1 ключа уходит только 1 такт, то на взлом 128 битного ключа современной технике потребуется не менее 1021 лет. Естественно, все сказанное относится только к идеально стойким шифрам, которыми, например, с большой долей уверенности являются приведенные в таблице выше алгоритмы.

Кроме этого условия к идеально стойким криптоалгоритмам применяется еще одно очень важное требование, которому они должны обязательно соответствовать. При известных исходном и зашифрованном значениях блока ключ, которым произведено это преобразование, можно узнать также только полным перебором. Ситуации, в которых постороннему наблюдателю известна часть исходного текста встречаются повсеместно. Это могут быть стандартные надписи в электронных бланках, фиксированные заголовки форматов файлов, довольно часто встречающиеся в тексте длинные слова или последовательности байт. В свете этой проблемы описанное выше требование не является ничем чрезмерным и также строго выполняется стойкими криптоалгоритмами, как и первое.

Таким образом, на функцию стойкого блочного шифра Z=EnCrypt(X,Key) накладываются следующие условия:

- функция EnCrypt должна быть обратимой.

- не должно существовать иных методов прочтения сообщения X по известному блоку Z, кроме как полным перебором ключей Key.

- не должно существовать иных методов определения каким ключом Key было произведено преобразование известного сообщения X в сообщение Z, кроме как полным перебором ключей.

Давайте рассмотрим методы, с помощью которых разработчики блочных криптоалгоритмов добиваются одновременного выполнения этих трех условий с очень большой долей достоверности. Все действия, производимые над данными блочным криптоалгоритмом, основаны на том факте, что преобразуемый блок может быть представлен в виде целого неотрицательного числа из диапазона, соответствующего его разрядности. Так, например, 32-битный блок данных можно интерпретировать как число из диапазона 0..4'294'967'295. Кроме того, блок, разрядность которого обычно является "степенью двойки", можно трактовать как несколько независимых неотрицательных чисел из меньшего диапазона (рассмотренный выше 32-битный блок можно также представить в виде 2 независимых чисел из диапазона 0..65535 или в виде 4 независимых чисел из диапазона 0..255). Над этими числами блочным криптоалгоритмом и производятся по определенной схеме показаной на Таб 1.1 (слева даны условные обозначения этих операций на графических схемах алгоритмов):

В качестве параметра V для любого из этих преобразований может использоваться:

- фиксированное число (например, X'=X+125)

- число, получаемое из ключа (например, X'=X+F(Key))

- число, получаемое из независимой части блока (например, X2'=X2+F(X1))

Таблица 1.1 Условные обозначения операций на графических схемах алгоритмов.

Последний вариант используется в схеме, названной по имени ее создателя сетью Фейстеля (нем. Feistel).

Последовательность выполняемых над блоком операций, комбинации перечисленных выше вариантов V и сами функции F и составляют "ноу-хау" каждого конкретного блочного криптоалгоритма. Размер блоков и длина ключа современных (1999 год) алгоритмов были нами рассмотрены ранее. Один-два раза в год исследовательские центры мира публикуют очередной блочный шифр, который под яростной атакой криптоаналитиков либо приобретает за несколько лет статус стойкого криптоалгоритма, либо (что происходит неизмеримо чаще) бесславно уходит в историю криптографии.

Характерным признаком блочных алгоритмов является многократное и косвенное использование материала ключа. Это диктуется в первую очередь требованием невозможности обратного декодирования в отношении ключа при известных исходном и зашифрованном текстах. Для решения этой задачи в приведенных выше преобразованиях чаще всего используется не само значение ключа или его части, а некоторая, иногда необратимая (небиективная) функция от материала ключа. Более того, в подобных преобразованиях один и тот же блок или элемент ключа используется многократно. Это позволяет при выполнении условия обратимости функции относительно величины X сделать функцию необратимой относительно ключа Key.