Американский стандарт шифрования данных DES

Август 20, 2022

Главная
Информатика
Американский стандарт шифрования данных DES

Содержание

2. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES План лекции: 2. Алгоритм шифрования DES 1. Краткая характеристика
3. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES 1. Краткая характеристика шифра DES Стандарт шифрования данных DES
4. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES К достоинствам DES можно отнести простоту ключевой системы, высокую
5. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES 2. Алгоритм шифрования DES Процесс шифрования состоит в начальной
6. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Схема алгоритма DES
7. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES В приводимом описании алгоритма DES использованы следующие обозначения: Li
8. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
9. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
10. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES При зашифровании очередного блока Т его биты подвергаются начальной
11. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES При этом бит 58 блока Т становится битом 1,
12. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Затем выполняется итеративный процесс шифрования, состоящий из 16 циклов
13. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Начальная перестановка IP. Пусть Тi-1= Li-1Ri-1 – результат (i-1)
14. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Функция f называется функцией шифрования. Ее аргументами являются 32-битовый
15. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES При расшифровании данных все действия выполняются в обратном порядке,
16. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Для вычисления среднего значения f используется: функция расширения Е;
17. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Схема вычисления значения функции f(Ri-1, ki)
18. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Функция Е «расширяет» 32-битовый вектор Ri-1 до 48-битового вектора
19. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Первые 3 бита Е(Ri-1) – это соответствующие биты 32,
20. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Далее каждый из блоков Bj трансформируется в 4-битовый блок
21. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Преобразование блока Bj в B′j осуществляется следующим образом. Пусть,
22. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Строки и столбцы таблицы S2 пронумерованы числами а и
23. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
24. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Значение f(Ri-1,ki) теперь получается применением перестановки битов Р, заданной
25. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Значащие 56 бит ключа подвергаются перестановке, приведенной в таблице.
26. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Эта перестановка определяется двумя блоками С0 и D0 по
27. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Теперь определим ключи ki, 1≤i≤16. Ключ ki состоит из
28. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Замечания. Нелинейность преобразований, осуществляемых DES, определяется только s-блоками. Их
29. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Официальная версия: В 1976 г. АНБ заявило, что выбор
30. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES 3) изменение одного бита входа s-блока должно приводить к
31. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES К недостаткам DES относится небольшое (по современным меркам) число
32. Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES Контрольные вопросы: 1. Указать достоинство стандарта шифрования DES. 2.
33. Список используемых источников: Бубнов А.А. Основы информационной безопасности. – М.: Академия, 2017. - 256 с. Ерохин
35. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
План лекции:
2. Алгоритм шифрования DES
1.

Краткая характеристика шифра DES

Слайд 3

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
1. Краткая характеристика шифра DES
Стандарт

шифрования данных DES (Data Encryption Standard) опубликован Национальным бюро стандартов США в 1977г.
В 1980г. этот алгоритм был принят Национальным институтом стандартов и технологий США (НИСТ) в качестве стандарта шифрования данных для защиты от несанкционированного доступа к важной, но не секретной информации в государственных и коммерческих организациях США.

Слайд 4

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
К достоинствам DES можно отнести

простоту ключевой системы, высокую скорость аппаратной и программной реализации, достаточно высокую криптографическую стойкость алгоритма шифрования при заданной длине ключа.
Алгоритм DES, используя комбинацию ряда подстановок и перестановок, осуществляет шифрование 64-битовых блоков данных с помощью 56-битового ключа k.

Слайд 5

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
2. Алгоритм шифрования DES
Процесс шифрования

состоит в начальной перестановке битов входящего блока, 16-ти циклах шифрования k и конечной перестановке битов.
Все таблицы являются стандартными и должны использоваться при реализации алгоритма DES в неизменном виде.
Все перестановки и коды в таблицах подобраны разработчиками таким образом, чтобы максимально затруднить процесс вскрытия шифра путем подбора ключа.

Слайд 6

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Схема алгоритма DES

Слайд 7

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
В приводимом описании алгоритма DES

использованы следующие обозначения:
Li и Ri - левая и правая половины 64-битового блока LiRi;
⊕ - операция побитового сложения векторов-блоков по mod 2;
ki – 48-битовые ключи;
F – функция шифрования;
IP – начальная перестановка степени 64.

Слайд 8

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES

Слайд 9

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES

Слайд 10

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
При зашифровании очередного блока Т

его биты подвергаются начальной перестановке IP согласно таблице:

Слайд 11

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
При этом бит 58 блока

Т становится битом 1, бит 50 – битом 2 и т.д. Полученный после перестановки блок IP(Т) разделится на две половины:
- L0, состоящий из 32 старших бит;
- R0, состоящий из 32 младших бит.

Слайд 12

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Затем выполняется итеративный процесс шифрования,

состоящий из 16 циклов преобразования Фейстеля.

Слайд 13

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Начальная перестановка IP.
Пусть
Тi-1= Li-1Ri-1

– результат (i-1) итерации.
Тогда результат i-й итерации
Тi= LiRi определяется формулами:

Слайд 14

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Функция f называется функцией шифрования.

Ее аргументами являются 32-битовый вектор Ri-1 и 48-битовый ключ ki, который является результатом преобразования 56-битового ключа шифра k.
Результатом последней итерации является блок Т16 = R16 L16.
По окончании шифрования осуществляется восстановление позиций битов применением к Т16 обратной перестановки IP-1.

Слайд 15

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
При расшифровании данных все действия

выполняются в обратном порядке, при этом вместо соотношений (*) следует использовать соотношения, пользуясь которыми можно «спуститься» от L16 и R16 к L0 и R0.

Слайд 16

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Для вычисления среднего значения f

используется:
функция расширения Е;
преобразование S, составленное из 8 преобразований S-блоков S1, S2, …, S8;
перестановка Р.
Аргументами функции f являются вектор Ri-1 (32 бита) и вектор ki (48 бит).

Слайд 17

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Схема вычисления значения функции f(Ri-1,

ki)

Слайд 18

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Функция Е «расширяет» 32-битовый вектор

Ri-1 до 48-битового вектора Е(Ri-1) путем дублирования некоторых битов вектора Ri-1, при этом порядок следования битов в Е(Ri-1) указан в таблице:

Слайд 19

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Первые 3 бита Е(Ri-1) –

это соответствующие биты 32, 1, 2 вектора Ri-1, а последние 3 бита – это соответствующие биты 32, 32, 1 вектора Ri-1. Полученный результат складывается побитно по mod 2 с текущим значением ключа Ri и затем представляется в виде 8 последовательных блоков В1, В2, …, В8.
Е(Ri-1)+ ki = B1…B8

Слайд 20

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Далее каждый из блоков Bj

трансформируется в 4-битовый блок B′j с помощью подходящих таблиц S-блока Sj , список которого приведен в таблице:

Слайд 21

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Преобразование блока Bj в B′j

осуществляется следующим образом.
Пусть, например,
В2=111010
Первый и последний разряды В2 являются двоичной записью числа а, 0≤а≤3.
Аналогично, средние 4 разряда представляют число b, 0≤b≤15.
В примере а=102=210; b=11012=1310.

Слайд 22

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Строки и столбцы таблицы S2

пронумерованы числами а и b, таким образом, пара (а, b) однозначно определяет число, расположенное на пересечении строки с номером а и столбца с номером b.
В данном случае это число равно 3. Записывая его в двоичной форме, получаем B′2=0011.

Слайд 23

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES

Слайд 24

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Значение f(Ri-1,ki) теперь получается применением

перестановки битов Р, заданной таблицей к результативному 32-битовому блоку B′1, B′2 … B′8
На каждой итерации используется текущее значение ключа ki (48 бит), получаемое из исходного ключа k случайным образом.
Сначала пользователь выбирает сам ключ k, содержащий 56 случайных значащих битов. 8 битов, находящиеся в позициях 8,16,…,64 добавляются в ключ таким образом, чтобы каждый байт содержал нечетное число единиц. Это используется для обнаружения ошибок при обмене и хранении ключей.

Слайд 25

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Значащие 56 бит ключа подвергаются

перестановке, приведенной в таблице.

Слайд 26

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Эта перестановка определяется двумя блоками

С0 и D0 по 28 бит в каждом. Так, первые три бита в С0 есть соответствующие 57, 49, 41 биты ключа. Затем индуктивно определяются блоки Сi и Di i=1,…, 16.
Если уже определены Сi-1 и Di-1, то Сi и Di получаются из них одним или двумя левыми циклическими сдвигами согласно таблице:

Слайд 27

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Теперь определим ключи ki, 1≤i≤16.
Ключ

ki состоит из 48 битов, выбираемых из битов блока Сi Di согласно таблице:

Первыми тремя битами в ki являются биты 14, 17, 11 из блока Сi Di. Отметим, что 8 из 56 бит (9, 18, 22, 25, 35, 38, 43, 54) из Сi Di отсутствуют в ki.

Слайд 28

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Замечания.
Нелинейность преобразований, осуществляемых DES,

определяется только s-блоками. Их выбор не имеет достаточно обстоятельного обоснования.
Высказывались мнения о том, что s-блоки имеют некоторую «лазейку», позволяющую осуществить контроль за шифрованной перепиской.

Слайд 29

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Официальная версия:
В 1976 г. АНБ

заявило, что выбор s-блоков определен следующими требованиями:
1) каждая строка табличного задания каждого 8-блока должна являться перестановкой множества {0, 1, …, 15};
2) s-блоки не должны являться линейными или аффинными функциями своих входов;

Слайд 30

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
3) изменение одного бита входа

s-блока должно приводить к изменению по крайней мере двух битов выхода;
4) для каждого s-блока и любого входа x значение S(x) и S(x (0, 0, 1, 1, 0, 0)) должны различаться по крайней мере двумя битами.
Криптоанализ DES приводит ко многим нелинейным системам уравнений.
Известные аналитические методы вскрытия DES не дают существенного выигрыша по сравнению с полным перебором всего множества из 256 ключей.

Слайд 31

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
К недостаткам DES относится небольшое

(по современным меркам) число ключей, что дает возможность их полного перебора на ЭВМ за реальное время.
Официально DES является стандартом шифрования данных до 31.12.1998г.
В 1997г. был объявлен конкурс на новый стандарт, который был назван AES (Advanced Encryption Standard). 2 октября 2000г. Национальный институт стандартов и технологий (НИСТ) США объявил победителя конкурса AES.

Слайд 32

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Контрольные вопросы:
1. Указать достоинство стандарта

шифрования DES.

2. Какой объем блоков данных и ключа в DES-алгоритме?

3. Описать схему алгоритма шифрования DES.

4. Описать итеративный процесс шифрования (сеть Фейстеля).

5. Указать недостаток алгоритма шифрования DES.

Слайд 33

Список используемых источников:
Бубнов А.А. Основы информационной безопасности. – М.: Академия,

2017. - 256 с.
Ерохин В.В. Безопасность информационных систем. - М. : Флинта, 2016. - 184 с.
Гашков С.Б. Криптографические методы защиты информации. - М.: Академия, 2010. - 300с.
Мельников В.П. Информационная безопасность. – М.: Академия, 2013. - 336 с.

Американский стандарт шифрования данных DES

Содержание

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESПлан лекции:2. Алгоритм шифрования DES1.

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES1. Краткая характеристика шифра DESСтандарт

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESК достоинствам DES можно отнести

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES2. Алгоритм шифрования DESПроцесс шифрования

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESСхема алгоритма DES

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESВ приводимом описании алгоритма DES

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESПри зашифровании очередного блока Т

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESПри этом бит 58 блока

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESЗатем выполняется итеративный процесс шифрования,

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESНачальная перестановка IP.Пусть Тi-1= Li-1Ri-1

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESФункция f называется функцией шифрования.

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESПри расшифровании данных все действия

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESДля вычисления среднего значения f

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESСхема вычисления значения функции f(Ri-1,

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESФункция Е «расширяет» 32-битовый вектор

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESПервые 3 бита Е(Ri-1) –

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESДалее каждый из блоков Bj

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESПреобразование блока Bj в B′j

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESСтроки и столбцы таблицы S2

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESЗначение f(Ri-1,ki) теперь получается применением

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESЗначащие 56 бит ключа подвергаются

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESЭта перестановка определяется двумя блоками

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESТеперь определим ключи ki, 1≤i≤16.Ключ

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESЗамечания. Нелинейность преобразований, осуществляемых DES,

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESОфициальная версия:В 1976 г. АНБ

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES3) изменение одного бита входа

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESК недостаткам DES относится небольшое

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DESКонтрольные вопросы:1. Указать достоинство стандарта

Список используемых источников: Бубнов А.А. Основы информационной безопасности. – М.: Академия,

Похожие презентации

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
План лекции:
2. Алгоритм шифрования DES
1.

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
1. Краткая характеристика шифра DES
Стандарт

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
К достоинствам DES можно отнести

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
2. Алгоритм шифрования DES
Процесс шифрования

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Схема алгоритма DES

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
В приводимом описании алгоритма DES

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
При зашифровании очередного блока Т

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
При этом бит 58 блока

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Затем выполняется итеративный процесс шифрования,

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Начальная перестановка IP.
Пусть
Тi-1= Li-1Ri-1

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Функция f называется функцией шифрования.

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
При расшифровании данных все действия

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Для вычисления среднего значения f

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Схема вычисления значения функции f(Ri-1,

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Функция Е «расширяет» 32-битовый вектор

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Первые 3 бита Е(Ri-1) –

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Далее каждый из блоков Bj

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Преобразование блока Bj в B′j

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Строки и столбцы таблицы S2

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Значение f(Ri-1,ki) теперь получается применением

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Значащие 56 бит ключа подвергаются

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Эта перестановка определяется двумя блоками

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Теперь определим ключи ki, 1≤i≤16.
Ключ

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Замечания.
Нелинейность преобразований, осуществляемых DES,

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Официальная версия:
В 1976 г. АНБ

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
3) изменение одного бита входа

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
К недостаткам DES относится небольшое

Лекция 6. Американский стандарт шифрования данных DES
Контрольные вопросы:
1. Указать достоинство стандарта

Список используемых источников:
Бубнов А.А. Основы информационной безопасности. – М.: Академия,