Алгоритм шифрования данных IDEA

Рефераты по государству и праву » Алгоритм шифрования данных IDEA

Алгоритм IDEA (International Data Encryption Algorithm) является блочным шифром. Он оперирует 64-битовыми блоками открытого текста. Несомненным достоинством алгоритма IDEA является то, что его ключ имеет длину 128 бит. Один и тот же алгоритм используется и для шифрования, и для дешифрования.

Первая версия алгоритма IDEA была предложена в 1990 г., ее авторы - Х.Лей и Дж.Мэсси. Первоначальное алгоритм назывался PES (Proposed Encryption Standard). Улучшенный вариант этого алгоритма, разработанный в 1991 г., получил название IPES (Improved Proposed Encryption Standard). В 1992 г. IPES изменил свое имя на IDEA. Алгоритм IDEA использует при шифровании процессы смешивания и рассеивания, которые легко реализуются аппаратными и программными средствами.

В IDEA используются следующие математические операции:

поразрядное сложение по модулю 2 (операция "исключающее ИЛИ"); операция обозначается как (+);

сложение беззнаковых целых по модулю 216; операция обозначается как [+];

умножение беззнаковых целых по модулю (216+1), причем блок из 16 нулей рассматривается как 216; операция обозначается как (·).

Все операции выполняются над 16-битовыми субблоками.

Эти три операции несовместимы в том смысле, что:

никакая пара из этих трех операций не удовлетворяет ассоциативному закону,
например a[+](b(+)c)#(a[+]b)(+)c;

никакая пара из этих трех операций не удовлетворяет дистрибутивному закону,
например a[+](b(·)c)#(a[+]b)(·)(a[+]с).

Комбинирование этих трех операций обеспечивает комплексное преобразование входных данных, существенно затрудняя крипто-анализ IDEA по сравнению с DES, который базируется исключительно на операции "исключающее ИЛИ".

Общая схема алгоритма IDEA приведена на рис.1. 64-битовый блок данных делится на четыре 16-битовых субблока. Эти четыре субблока становятся входом в первый цикл алгоритма. Всего выполняется восемь циклов. Между циклами второй и третий субблоки меняются местами. В каждом цикле выполняется следующая последовательность операций:

(·) - умножение субблока X1 и первого подключа.

[+] - сложение субблока X2 и второго подключа.

[+] - сложение субблока X3 и третьего подключа.

(·) - умножение субблока X4 и четвертого подключа.

(+) - сложение результатов шагов 1 и 3.

(+) - сложение результатов шагов 2 и 4.

(·) - умножение результата шага 5 и пятого подключа.

[+] - сложение результатов шагов 6 и 7.

(·) - умножение результата шага 8 и шестого подключа.

[+] - сложение результатов шагов 7 и 9.

(+) - сложение результатов шагов 1 и 9.

(+) - сложение результатов шагов 3 и 9.

(+) - сложение результатов шагов 2 и 10.

(+) - сложение результатов шагов 4 и 10.

Рис.1. Cхема алгоритма IDEA (режим шифрования)

Выходом цикла являются четыре субблока, которые получаются как результаты выполнения шагов 11, 12, 13 и 14. В завершение цикла второй и третий субблоки меняются местами (за исключением последнего цикла). В результате формируется вход для следующего цикла.

После восьмого цикла осуществляется заключительное преобразование выхода:

(·) - умножение субблока X1 и первого подключа.

[+] - сложение субблока X2 и второго подключа.

[+] - сложение субблока X3 и третьего подключа.

(·) - умножение субблока X4 и четвертого подключа.

Полученные четыре субблока Y1...Y4 объединяют в блок шифртекста.

Создание подключей Z1...Z6 также относительно несложно. Алгоритм использует всего 52 подключа (по шесть для каждого из восьми циклов и еще четыре для преобразования выхода). Сначала 128-битовый ключ делится на восемь 16-битовых подключей. Это - первые восемь подключей для алгоритма (шесть подключей - для первого цикла и первые два подключа - для второго). Затем 128-битовый ключ циклически сдвигается влево на 25 бит и снова делится на восемь подключей (четыре подключа - для второго цикла и четыре подключа - для третьего). Ключ снова циклически сдвигается влево на 25 бит для получения следующих восьми подключей и т.д., пока выполнение алгоритма не завершится.

Дешифрование осуществляется аналогичным образом, за исключением того, что порядок использования подключей становится обратным, причем ряд подключей дешифрования являются или аддитивными (-x), или мультипликативными (1/x) обратными величинами подключей шифрования (табл.1).

Таблица 1

Подключи шифрования и дешифрования алгоритма IDEA

Цикл	Подключи шифрования	Подключи дешифрования
1	Z1(1) Z2(1) Z3(1) Z4(1) Z5(1) Z6(1)	Z1(9)-1 -Z2(9) -Z3(9) Z4(9)-1 Z5(8) Z6(8)
2	Z1(2) Z2(2) Z3(2) Z4(2) Z5(2) Z6(2)	Z1(8)-1 -Z3(8) -Z2(8) Z4(8)-1 Z5(7) Z6(7)
3	Z1(3) Z2(3) Z3(3) Z4(3) Z5(3) Z6(3)	Z1(7)-1 -Z2(7) -Z3(7) Z4(7)-1 Z5(6) Z6(6)
4	Z1(4) Z2(4) Z3(4) Z4(4) Z5(4) Z6(4)	Z1(6)-1 -Z3(6) -Z2(6) Z4(6)-1 Z5(5) Z6(5)
5	Z1(5) Z2(5) Z3(5) Z4(5) Z5(5) Z6(5)	Z1(5)-1 -Z2(5) -Z3(5) Z4(5)-1 Z5(4) Z6(4)
6	Z1(6) Z2(6) Z3(6) Z4(6) Z5(6) Z6(6)	Z1(4)-1 -Z3(4) -Z2(4) Z4(4)-1 Z5(3) Z6(3)
7	Z1(7) Z2(7) Z3(7) Z4(7) Z5(7) Z6(7)	Z1(3)-1 -Z2(3) -Z3(3) Z4(3)-1 Z5(2) Z6(2)
8	Z1(8) Z2(8) Z3(8) Z4(8) Z5(8) Z6(8)	Z1(2)-1 -Z3(2) -Z2(2) Z4(2)-1 Z5(1) Z6(1)
Преобра- зование выхода	Z1(9) Z2(9) Z3(9) Z4(9)	Z1(1)-1 -Z2(1) -Z3(1) Z4(1)-1

Для реализации алгоритма IDEA было принято соглашение, что мультипликативная обратная величина (1/x) от 0 равна 0.

Алгоритм IDEA обладает рядом преимуществ перед алгоритмом DES. Он зачительно безопаснее алгоритма DES, поскольку 128-битовый ключ алгоритма IDEA вдвое больше ключа DES. Внутренняя структура алгоритма IDEA обеспечивает лучшую устойчивость к криптоанализу. Существующие программные реализации примерно вдвое быстрее реализаций алгоритма DES. Алгоритм IDEA запатентован в Европе и США.