Data Encryption Standard — стандарт шифрования данных

Разница между DES (стандарт шифрования данных) и AES (расширенный стандарт шифрования)

Data Encryption Standard  - стандарт шифрования данных

/разница между/Разница между DES (стандарт шифрования данных) и AES (расширенный стандарт шифрования)

DES (стандарт шифрования данных) и AES (усовершенствованный стандарт шифрования) являются симметричным блочным шифром. AES был введен, чтобы преодолеть недостаток DES. Поскольку DES имеет меньший размер ключа, что делает его менее безопасным для преодоления, этот тройной DES был введен, но оказывается медленнее.

Следовательно, позже AES был введен Национальным институтом стандартов и технологий.

Основное различие между DES и AES состоит в том, что в текстовом блоке DES перед началом основного алгоритма блок открытого текста разделяется на две половины, тогда как в AES весь блок обрабатывается для получения зашифрованного текста.

Давайте обсудим некоторые различия между DES и AES с помощью сравнительной таблицы, показанной ниже.

Сравнительная таблица

Основа для сравненияDES (Стандарт Шифрования Данных)AES (улучшенный стандарт шифрования)
основнойВ DES блок данных разделен на две половины.В AES весь блок данных обрабатывается как одна матрица.
ПринципDES работает над структурой Feistel Cipher.AES работает по принципу подстановки и перестановки.
Простой текстОткрытый текст состоит из 64 битОткрытый текст может иметь длину 128 192 или 256 бит
Размер ключаDES по сравнению с AES имеет меньший размер ключа.AES имеет больший размер ключа по сравнению с DES.
Туры16 раундов10 раундов для 128-битного алгоритма 12 раундов для 192-битного алгоритма 14 раундов для 256-битного алгоритма
Имена раундовПерестановка расширений, Xor, S-box, P-box, Xor и Swap.Subbytes, Shiftrows, Mix столбцы, Addroundkeys.
БезопасностьDES имеет меньший ключ, который менее безопасен.AES имеет сравнительно большой секретный ключ, следовательно, более безопасный.
скоростьDES сравнительно медленнее.AES быстрее.

Определение DES (Стандарт Шифрования Данных)

Стандарт шифрования данных (DES) — это блочный шифр с симметричным ключом, который был принят Национальным институтом стандартов и технологий в 1977 году . DES основан на структуре Фейстеля, где открытый текст делится на две половины. DES принимает ввод в виде 64-битного простого текста и 56-битного ключа для создания 64-битного зашифрованного текста.

На рисунке ниже вы можете увидеть шифрование открытого текста с помощью DES. Первоначально 64-битный открытый текст подвергается первоначальной перестановке, которая переупорядочивает биты, чтобы получить 64-битный переставленный вход.

Теперь этот 64-битный переставленный вход разделен на две половины, то есть 32-битную левую часть и 32-битную правую часть. Оба эта часть проходит шестнадцать раундов, где каждый раунд выполняет те же функции.

После завершения шестнадцати раундов выполняется окончательная перестановка и получается 64-битный зашифрованный текст. Каждый раунд содержит следующие функции:

  • Перестановка расширения : здесь 32-разрядная правая часть расширяется, образуя 48-разрядную правую часть.
  • Xor : 48-разрядная правая часть — это Xor с 48-разрядным подключом, полученным из 56-разрядного ключа, что приводит к выводу 48-разрядного.
  • S-блок : 48-битный вывод, полученный с помощью шага Xor, снова уменьшается до 32 бит.
  • P-box : здесь 32-битный результат, полученный из S-box, снова переставляется, что приводит к 32-битному перестановочному выводу.

Определение AES (расширенный стандарт шифрования)

Advanced Encryption Standard (AES) также является блочным шифром с симметричным ключом . AES была опубликована в 2001 году Национальным институтом стандартов и технологий . AES была введена для замены DES, так как DES использует очень маленький ключ шифрования, и алгоритм был довольно медленным.

Алгоритм AES использует 128-битный открытый текст и 128-битный секретный ключ, которые вместе образуют 128-битный блок, который изображается в виде квадратной матрицы 4 X 4. Эта квадратная матрица 4 X 4 подвергается первоначальному преобразованию. За этим шагом следуют 10 раундов. Среди которых 9 тур содержит следующие этапы:

  • Суббайты: он использует S-блок, посредством которого он выполняет побайтовую замену всего блока (матрицы).
  • Сдвиг строк: строки матрицы смещены.
  • Смешанные столбцы: столбцы матрицы перемешиваются справа налево.
  • Добавить круглые ключи: Здесь выполняется Xor текущего блока и расширенный ключ.

И последний 10-й раунд включает только этапы Subbytes, Shift Rows и Add round keys и предоставляет 16-байтовый (128-битный) зашифрованный текст.

Ключевые различия между DES и AES

  1. Основное различие между DES и AES состоит в том, что блок в DES разделяется на две половины перед дальнейшей обработкой, тогда как в AES весь блок обрабатывается для получения зашифрованного текста.
  2. Алгоритм DES работает по принципу шифра Фейстеля, а алгоритм AES работает по принципу подстановки и перестановки.
  3. Размер ключа DES равен 56 битам, что сравнительно меньше, чем у AES, который имеет 128 192 или 256-битный секретный ключ.
  4. Раунды в DES включают Перестановку Расширения, Xor, S-box, P-box, Xor и Swap. С другой стороны, раунды в AES включают Subbytes, Shiftrows, Mix столбцы, Addroundkeys.
  5. DES менее защищен, чем AES, из-за небольшого размера ключа.
  6. AES сравнительно быстрее, чем DES.

Заключение:

DES — более старый алгоритм, а AES — усовершенствованный алгоритм, который работает быстрее и безопаснее, чем DES.

Источник: https://ru.gadget-info.com/difference-between-des

Алгоритм DES: описание и пример

Data Encryption Standard  - стандарт шифрования данных

Data Encryption Standard (DES) — это стандарт шифрования данных, изобретенный в США в 80-х годах ХХ века. Среди шифров он по праву считается «пенсионером», при этом оставаясь рабочей лошадкой криптографии. DES перестал быть пригодным в условиях сверхбыстрой техники и больших объемов данных из-за ограничений в 56 бит на ключ и 64 бит на данные. Однако он все еще используется.

Что такое блочные шифры?

DES — алгоритм блочного шифрования. За последние 20-30 лет было создано множество блочных шифров, но создать хороший шифр, который был бы безопасным, задача достаточно сложная. Важно, чтобы шифр обладал характеристиками, которые позволят ему функционировать во многих сферах и отраслях.

Блочные шифры состоят из нескольких итераций поочередного использования некоторого шифра. Каждая итерация называется раундом. Как показывает практика, даже некоторые из примитивных алгоритмов при последовательном использовании способны создавать надежные шифры. Алгоритм DES — пример, который оставался надежным и несокрушимым 20 лет.

Такой подход в разработке шифров значительно облегчает процесс и упрощает анализ на безопасность. Так, например, тестовая атака на блочный шифр начинается при минимальном количестве раундов и методично продолжается с увеличением числа раундов.

Использование DES

Хотя DES признан устаревшим и не удовлетворяющим современным требованиям, он может быть использован, например, в виде 3DES, когда шифр применяется три раза подряд.

Такой подход снимает ограничение в размере ключа, но блок шифруемых данных остается прежним. В свое время DES был достаточно быстрым и криптоустойчивым шифром. Сейчас это не так, а 3DES и вовсе работает втрое медленнее.

Несмотря на это DES по-прежнему используется в ряде систем, но его применение в новых проектах запрещено.

Официально алгоритм шифра DES был стандартом в США до 1998 года.

В 1997 году началось создание нового стандарта, который был назван AES (Advanced Encryption System), и хотя криптоанализ показывает, что попытка взломать DES приводит к множеству систем нелинейных уравнений, аналитические методы не способны помочь решить задачу — его слабым местом является малое множество возможных ключей. Их количество равно 256 и все варианты можно перебрать при помощи современных технологий за относительно короткий срок.

Один раунд в алгоритме

Для ясности изложения и описания алгоритма DES используем рисунок (линейную диаграмму вычислений) 4.1, показывающий структуру одного раунда.

Каждый прямоугольник в линейной диаграмме представляет собой некие вычисления, а исходящая из него стрелка указывает, куда будут переданы результаты работы блока.

Знаком плюс, обведенным в кружок, обозначается операция «исключающего или», называемая в программирование XOR. Операция еще носит имя «побитовое сложение» или «сложение без переноса».

В сети можно найти алгоритм DES на C и изучить его для лучшего понимания.

DES принимает текстовый блок, размером 64 бита. Он проходит через начальную перестановку по определенному принципу. При анализе алгоритма выяснилось, что смысла в этой перестановке мало, т. к.

она не дает какого-либо криптографического эффекта. Текстовый блок разбивается на 2 равные части: правая (R) и левая (L).

Затем шифрованные части меняются местами и объединяются, а в конце раунда получается 64-битовый блок данных, только зашифрованный.

Алгоритм DES включает в себя 16 раундов, совершаемых по схеме, описанной выше. Все раунды пронумерованы через i, где i = (1; 16). Каждый i-ый раунд из пары (Li-1, Ri-1) получает новую пару (Li, Ri), используя ключ Ki. Основные преобразования происходят внутри функции F.

Алгоритм работы функции F

Как видно из рисунка 4.1, R проходит через операцию «Расширение». Данный блок дублирует ряд битов из R и дополняет его ими, получая 48-битное значение. Полученный результат проходит через побитовое сложение с 48-битным ключом Ki. И результат этой операции передается в блок S. Блок S содержит 8 маленьких матриц-подстановок, которые подобраны особым образом.

Каждая матрица получает на входе 6 битов информации и выдает 4-битовое значение. В итоге на входе блок S получает данные размером 48 бит, а на выходе представляет результат в виде 32-битового значения.

Данное 32-битное значение проходит через еще одну операцию перестановки, после чего суммируется операцией xor с L. Наконец правая и левая часть меняются местами и раунд завершается. Как уже говорилось ранее, таких раундов алгоритм совершает 16 штук.

Здесь мы не будем перегружать статью примерами, которые занимают много места. Работу алгоритма шифрования DES и примеры можно посмотреть в сети.

Шифр Фейстеля

Алгоритм DES основан на шифре Фейстеля. Его идея весьма изящна. На каждом раунде часть L складывается со значением F(R, Ki) и L меняется позицией с R.

Ключевой особенностью алгоритма Фейстеля является то, что дешифрирование и шифрование состоят из одинаковых шагов: части L и R меняются местами, а затем выполняется операция сложения L и F (R, Ki).

Это позволяет сделать процедуры шифрования и расшифровки простыми и понятными.

В шифрах Фейстеля зачастую вводится одно интересное изменение — отмена перестановки L и R в последней итерации. Это делает алгоритмы шифрования и дешифрирования полностью симметричными.

Разница заключается только в порядке использования ключей Ki. Этот принцип оказался крайне удобным для использования на программном уровне, так как шифрование и расшифровка происходит средствами одной функции.

Например, лаконичная реализация алгоритма шифрования DES на C.

Ключи шифрования

Для шифрования данных в DES используется шестнадцать 48-битовых ключей. По одному ключу на раунд. Каждый ключ создается выборкой 48 бит из 56-битового основного ключа. Создание ключей для того или иного раунда определяется механизмом, подробно описанным в документации DES.

Вкратце алгоритм выборки i ключа выглядит следующим образом. В основной ключ на позиции 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64 добавляются биты. Делается это таким образом, чтобы каждый байт содержал нечетное количество единиц.

Соблюдение правила помогает обнаруживать ошибки при обмене ключей. После этого, используя специальные таблицы, дополненный ключ подвергается перестановке и сдвигам, за исключением битов, которые были добавлены.

Таким образом получается требуемый ключ.

Компоненты DES

Каждый компонент алгоритма DES решает определенную задачу:

  1. Алгоритм Фейстеля упрощает шифрование и расшифровку, гарантируя при этом смешивание обеих половин текста.
  2. Побитовое суммирование частей текста с ключами перемешивает открытые данные с ключом и шифрует их.
  3. S-блок и таблицы соответствий делают алгоритм нелинейным, повышая его устойчивость к различным атакам.
  4. Расширение, S-блок и перестановки обеспечивают диффузию алгоритма — лавинный эффект. Другими словами, если во входных данных функции F изменится хоть 1 бит, то это вызовет изменение сразу множества битов. Если лавинный эффект в шифре не наблюдается, то изменения открытых данных будут приводить к равноценным изменениям в шифрованном виде, которые можно отследить и использовать для взлома. В криптографии существует критерий лавинного эффекта. Алгоритм удовлетворяет ему, если при изменении 1 бита открытых данных изменяется не менее половины шифрованных данных. Алгоритм DES удовлетворяет ему, начиная с 4 раунда. Итог — при изменении 1 бита открытых данных в шифре DES изменятся 29 битов.

Проблемы безопасности в DES

Очевидной проблемой DES является выборка ключей шифрования из общего ключа.

Что будет, если в качестве ключа выбрать нулевое значение (все биты ключа равны 0)? Это приведет к тому, что выборка всех ключей для шифрования на каждом раунде будет одинаковой, а все ключи будут равны нулю.

Мало того, что 16 шифрований пройдут с одним ключом, так из-за того, что алгоритмы шифрования и расшифровки DES отличаются только порядком применения ключей, они будут абсолютно одинаковыми. Потеряется весь смысл шифрования.

DES обладает 4 ключами, которые называются слабыми, приводящими к описанному эффекту. В DES есть 12 полуслабых и 48 псевдослабых ключей, которые приводят к ограничению вариаций генерируемых ключей в раундах. Иными словами, есть вероятность, что в ходе шифрования в 16 раундах будет использовано не 16 различных ключей, а 8, 4 или даже 2.

Менее очевидным недостатком DES является свойство комплементарности. Оно означает, что если при шифровании использовать дополнение открытого текста и дополнение ключа, то в итоге получится значение, являющееся дополнением шифрованного текста. Это нелепое свойство может приводить к успешным атакам на проекты, использующие DES для обеспечения безопасности.

Проблема ключа шифрования

Является основополагающей для DES и считается главной причиной, почему стоит отказаться от этого алгоритма. Так как размер ключа в DES составляет 56 бит, то для перебора всех ключей понадобится просмотреть 256 вариантов. Так ли это много?

Если осуществлять по 10 миллионов проверок ключей в секунду, то на проверку уйдет порядка 2000 лет. Кажется, что алгоритм весьма устойчив. Он был таковым в прошлом веке, когда создание компьютера подобной мощности было почти невозможной задачей как с технической, так и с финансовой точки зрения.

Если создать компьютер с миллионом чипов, то перебор всего множества ключей DES займет 20 часов. Первый подобный компьютер для расшифровки по алгоритму DES появился еще в 1998 году, который справился с поставленной задачей за 56 часов. Современные технологии сетей и параллельных процессов позволяют сократить это время еще больше.

Криптоанализ и DES

Можно без преувеличения заявить, что DES стал причиной появления прикладной науки под названием «Криптографический анализ». С самого начала появления DES предпринимались попытки его взломать, проводились научные работы по его изучению. Все это привело к зарождению таких областей математики, как:

  • линейный криптоанализ — изучение и выявление зависимости между открытым текстом и шифрованным;
  • дифференциальный криптоанализ — изучение и анализ зависимостей между несколькими открытыми текстами и их шифрованными версиями;
  • криптоанализ на связанных ключах — изучение зависимостей между шифрованными текстами, полученными на первичном ключе, и ключах, связанных с первичным каким-либо образом.

DES выдержал 20 лет всемирного криптоанализа и атак, но остался стойким шифром. Но кто ищет — тот всегда найдет…

  1. Бихам и Шамир, ученые из Израиля, в 1991 году показали при помощи дифференциального криптоанализа, что на DES можно совершить атаку, при которой ключ вычислялся при условии, что у атакующего имеется 247 специально подобранных пар открытого и шифрованного текстов.
  2. Японский ученый Митсуру Мацуи в 1993 году показал, что вычислить ключ можно при помощи линейного криптоанализа. Для этого всего лишь нужно знать 247 пар открытого текста и соответствующего шифрованного варианта.

В дальнейшем данные методы взлома были немного доработаны, улучшены и упрощены, также появился ряд новых способов взлома. Но они остаются слишком сложными, на их фоне полный перебор всех вариантов ключей выглядит наиболее адекватной атакой на DES.

Источник: https://FB.ru/article/390656/algoritm-des-opisanie-i-primer

Типы шифрования в России и за рубежом

Data Encryption Standard  - стандарт шифрования данных

ЗАЧЕМ НУЖНО ШИФРОВАНИЕ И НАСКОЛЬКО ОНО ВАЖНО?

Функционирование любых цифровых сервисов невозможно без защиты данных. Еще совсем немного времени назад эта проблема не стояла так остро, так в основной массе устройств использовались относительно защищенные каналы связи. Типичный пример — телефонный кабель между персональным компьютером и провайдером.

Даже, если по нему передаются незашифрованные данные, то их похитить затруднительно из-за объективных сложностей физического доступа к телефонной линии, особенно когда она проложена под землей, как это делается в городах.

Теперь же, когда все, включая даже финансовые переводы, делается с мобильных устройств, ни о какой защите канала связи не может быть и речи, причем, так как радиоэфир доступен каждому. Значительное количество Wi-Fi карт довольно просто переводятся в режим мониторинга и могут принимать данные, передаваемые другими устройствами.

Выход из этой ситуации заключается в использовании совершенных алгоритмов шифрования. Причем к этому решения одновременно пришли многие IT-разработчики в мире. Совершенно определенно, что алгоритмы шифрования должны быть стандартными, принятыми во всех странах мира, так как интернет глобален.

При несоблюдении этого правила, то, что передается одним сервером, уже не может быть принято другим, так как алгоритм шифрования не известен. Итак, теперь понятно, что без общепринятых, сертифицированных и надежных алгоритмов шифрования не обойтись.

АЛГОРИТМ 3DES ИЛИ TRIPLE DES

Самый первый, принятый для использования в сети интернет алгоритм шифрования. 3DES разработан Мартином Хеллманом в 1978 году. Учитывая уже почетный возраст для IT-технологий, по оценкам НИСТ (Национальный Институт Стандартов и Технологий) он останется надежным до 2030-х годов.

Несмотря на достаточное количество более современных и значительно более криптостойких алгоритмов, банковские системы продолжают использовать именно старый добрый 3DES, что косвенно говорит о его высокой надежности. Также он активно используется в сети интернет во всем мире. Рассмотрим его работу подробнее.

Ну, а самое интересное — почти все более современные алгоритмы шифрования представляют собой доработанный DES. Даже утвержден неформальный термин, как «DES-подобные криптографические системы».

В 1977 совместными усилиями многих разработчиков из компании IBM создается алгоритм DES (Data Encryption Standard, «Данные Шифрования Стандарт»), который утверждается правительством США.

Всего через год на его основе появится доработанный вариант — 3DES, который предложит Мартин Хеллман и он тоже будет утвержден, как улучшенная версия. DES работает на так называемой сети Фейстеля.

Это ни что не иное, как модульные вычисления — многократно повторяемая простая вычислительная операция на нескольких логических ячейках.

Именно с этого конца смотрят хакеры, когда для подбора ключей используются майнинг-фермы на процессорах с тысячами ядер CUDA (в видеокартах). Так какие же вычисления выполняет «взломщик»? Ответ — разложение на простые множители или факторизацию с некоторыми дополнительными операциями.

Процесс разложения чисел на простые множители

Для числа из трех знаков, разложение на простые множители займет несколько минут ручного пересчета, или миллисекунды работы компьютера. Пример — число 589, для которого ключ будет равен 19*31=589. На самом деле, алгоритмы шифрования работают очень просто.

Попробуем методом факторизации, известным очень давно, скрыть ключ. Пусть ключом у нас будет число длиной 30 знаков (при работе с байтами и битами это могут быть и буквы).

Добавим к нему еще одно число такой же (или отличающейся, это неважно) длины и перемножим их друг на друга:
852093601- 764194923 — 444097653875 х 783675281 — 873982111 — 733391653231 = 667764693545572117833209455404487475025224088909394663420125

Нам сейчас важно то, что на это перемножение мы затратили ничтожную вычислительную мощность. С таким простым умножением можно справиться даже без калькулятора, затратив несколько часов времени. Калькулятор, а там более мощный компьютер сделает это за тысячную долю секунды.

Если же мы поставим обратную задачу — восстановить исходные множители, то на это даже на мощном компьютере уйдут годы, и это время будет увеличиваться квадратично по мере прибавления знаков в исходных числах. Таким образом, мы получили одностороннюю функцию, являющуюся базовой для всех распространенных алгоритмов шифрования.

Именно на односторонних функциях (хеширование) построен DES, 3DES и последующие (AES) способы защиты информации. Перейдем к их более подробному рассмотрению.

АЛГОРИТМ AES

На данный момент времени самый распространенный алгоритм шифрования в мире. Название расшифровывается, как Advanced Encryption Standard (расширенный стандарт шифрования). AES утвержден национальным институтом технологий и стандартов США в 2001 году и в активном применении находится до сих пор.

Максимальная длина шифроключа — 256 бит, что означает, что пароль может иметь до 32 символов из таблицы на 256 значений (кириллица, латиница, знаки препинания и другим символы). Это достаточно надежно даже для современного мира с мощными компьютерными мощностями для перебора (брутфорса).

В 16-ричной системе счисления AES может иметь и более длинные ключи, но криптостойкость их точно такая же, ибо конечное число всех возможных вариантов идентичное, вне зависимости от системы счисления.

Специалисты не раз отмечали, что в отличие от других шифров AES имеет простое математическое описание, но такие высказывания подвергались критике и опровергались математиками с указаниями ошибок в уравнениях.

Тем не менее, Агентство Национальной Безопасности США рекомендует AES для защиты самых важных сведений, составляющих государственную тайну, а это тоже отличный показатель надежности.

Ниже приведена блок-схема шифрования AES.

Блок-схема AES шифрования

Отметим, что разработка алгоритмов шифрования дело не столь сложное, как кажется на первый взгляд.

Например, по заверению многих студентов при прохождении предмета «основы криптографии» они разрабатывали собственные «несложные» алгоритмы, наподобие DES.

Кстати, все тот же DES имеет множество «клонов» с небольшими нововведениями разработчиков в России и других странах.

РОССИЙСКИЕ АЛГОРИТМЫ ШИФРОВАНИЯ

Одним из первых шифров, который утверждался официально, стал принятый в 1990 году ГОСТ 28147-89, разработанный на все той же сети Фейстеля. Конечно, алгоритм был разработан почти на целое поколение раньше, и использовался в КГБ СССР, просто необходимость его обнародования возникла только в эпоху цифровых данных.

Официально открытым шифр стал только в 1994 году. Шифр «Калина» (тот же ГОСТ 28147-89 для России и ДСТУ ГОСТ 28147:2009 для Украины) будет действовать до 2022 года.

За этот период он постепенно будет замещен более современными системами шифрования, такими, как «Магма» и «Кузнечик», поэтому для более подробного обзора в этой статье интересны именно они.

«Магма» и «Кузнечик» стандартизованы ГОСТ 34.12-2018. Один документ описывает сразу оба стандарта. «Кузнечик» шифрует любые данные блоками по 128 бит, «Магма» — 64 бита. При этом в «Кузнечике» кусок данных в 128 бит шифруется ключом по 256 бит (34 байта, или пароль в 32 знака с выбором из 256 символов).

Миллионы блоков данных шифруются одним ключом, поэтому его не нужно передавать с каждым сообщением заново. То, что ключ занимает больший объем, чем данные, никак не сказывается на работе алгоритма, а только дополнительно придает ему надежности.

Конечно, «Кузнечик» разработан не для тех систем, где на счету каждый килобайт, как например, в узкополосной радиосвязи. Он оптимально подходит для применения в IT-сфере.

Описание математического аппарата «Кузнечика» — тема отдельной статьи, которая будет понятна лишь людям хотя бы с начальным знанием математики, поэтому мы этого делать не будем. Отметим лишь некоторые особенности:

  • Фиксированная таблица чисел для нелинейного преобразования (приведена в ГОСТ 34.12-2018).
  • Фиксированная таблица для обратного нелинейного преобразования (также приведена в ГОСТ 34.12-2018).
  • Многорежимность алгоритма для способов разбивания шифруемого потока данных на блоки: режим имитовставки, гаммирования, режим простой замены, замены с зацеплением, гаммирования с обратной связью.

Помимо шифрования данных «Кузнечик» и «Магма» могут быть использованы для генерации ключей. Кстати, именно в этом была обнаружена их уязвимость.

Так, на конференции CRYPTO 2015 группа специалистов заявила, что методом обратного проектирования им удалось раскрыть алгоритм генерации ключей, следовательно, они не являются случайной последовательностью, а вполне предсказуемы.

Тем не менее, «Кузнечик» вполне может использоваться для ручного ввода ключа, а это полностью нивелирует данную уязвимость.

Блок-схема алгоритма «Кузнечик»

Большое преимущество алгоритма «Кузнечик» — он может применяться без операционной системы и компьютера. Необходимы лишь маломощные микроконтроллеры.

Этот способ описан в журнале Радиопромышленность том 28 №3. По той же технологии возможна разработка прошивок контроллеров и под другие алгоритмы шифрования.

Такое решение под силу реализовать на аппаратной основе (микросхемы) даже в любительских условиях.

ЛЮБИТЕЛЬСКИЕ РАЗРАБОТКИ

В конспирологических кругах распространено мнение об уязвимости стандартных алгоритмов шифрования, хотя они давно уже описаны математически и легко проверяются.

Есть даже способ «майним биткоины на бумаге», то есть, используя карандаш и лист бумаги, давно было показано, как предварительно переведя данные в шестнадцатиричную систему, их зашифровать и расшифровать стандартным алгоритмом SHA-256, подробно изъяснив каждый момент на пальцах.

Тем не менее, находятся люди, желающие разработать свой собственный алгоритм шифрования. Многие из них — студенты, изучающие криптографию. Рассмотрим некоторые интересные способы реализации таких шифров и передачи ключей.

  • Использование картинки для составления ключа и передачи данных. Способ часто применяется для передачи небольших блоков, например ключей. Изменения (растр, фиксируемой программой шифрации/дешифрации) не должны быть заметны простому зрителю.
  • Использование видео. Собственно, это вариант первого способа. Просто, в отличие от картинки, в видео можно зашифровать уже более значительный трафик, например, ой обмен в реальном времени. При этом требуется высокое разрешение картинки, что для современных мультимедийных устройств — не проблема.
  • Встраивание данных в аудио. Разработано множество программных продуктов для решения данной задачи, получены соответствующие патенты, например, «Патент США 10,089,994″ на » водяные знаки».
  • Простые шифры замены на основе словарей, например, Библии, или менее известной литературы. Способ шифрования хорошо знаком по шпионским фильмам и наиболее прост для любительского применения.
  • Динамичные ключи, автоматически изменяемые по параметрам устройства. Например, отслеживается 100 параметров ПК (объем диска, температура процессора, дата и время) и на их основе программа автоматически генерирует ключ. Способ очень удобен для автомобильных сигнализаций, считывающих все параметры по шине CAN.

Способов шифровать данные огромное множество и все их можно разделить на шифр замены и шифр перестановки, а также комбинацию этих обоих способов.

Пример шифра

АЛГОРИТМЫ ШИФРОВАНИЯ И КРИПТОВАЛЮТЫ

Совершенствование алгоритмов шифрования стало одним из основных факторов возникновения всемирного бума криптовалют. Сейчас уже очевидно, что технология блокчейн (в основе нее лежат все те же алгоритмы шифрования) будет иметь очень широкое применение в будущем.

Для выработки криптовалют (майнинга) используются разнообразные компьютерные мощности, которые могут быть использованы для взлома различных алгоритмов шифрования. Именно поэтому в криптовалютах второго и последующих поколений эту уязвимость постепенно закрывают.

Так Биткоин (криптовалюта первого поколения) использует для майнинига брутфорс SHA-256 и майнинг-ферма с небольшой перенастройкой может быть использована для взлома данного алгоритма. Эфириум, уже имеет свой собственный алгоритм шифрования, но у него другая особенность.

Если для биткоина используются узкоспециализированные интегральные микросхемы (асики), неспособные выполнять никаких других операций, кроме перебора хешей в SHA-256, то эфириум «майнится» уже на универсальных процессорах с CUDA-ядрами.

Не забываем, что криптовалюты только начали свое шествие по миру и в недалеком будущем эти недостатки будут устранены.

Плата ASIC-майнера содержит одинаковые ячейки со специализированными процессорами для перебора строк по алгоритму шифрования SHA-256

ASIC-и

АЛГОРИТМЫ ШИФРОВАНИЯ И КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР

Сделав обзор по современным алгоритмам шифрования, нельзя не упомянуть такую тему, как квантовый компьютер. Дело в том, что его создатели то и дело упоминают о «конце всей криптографии», как только квантовый компьютер заработает.

Это было бы недостойно обсуждения в технических кругах, но такие заявления поступают от гигантов мировой индустрии, например транснациональной корпорации Google. Квантовый компьютер обещает иметь чрезвычайно высокую производительность, которая сделает бесполезной криптографию, так как любое шифрование будет раскрываться методом брутфорса.

Учитывая, что на шифровании, в некотором смысле, стоит современный мир, например финансовая система, государства, корпорации, то изобретение квантового компьютера изменит мир почти также, как изобретение вечного двигателя, ибо у человечества уже не будет основного способа скрывать информацию.

Пока, что, заявления о работающей модели квантового компьютера оставим для обсуждения учеными. Очевидно, что до работающей модели еще очень далеко, так, что криптографические алгоритмы продолжат нести свою службу по защите информации во всем мире.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/merion_networks/tipy-shifrovaniia-v-rossii-i-za-rubejom-5e01ca42d4f07a00b0c126d5

Шифрование данных

Data Encryption Standard  - стандарт шифрования данных

  • 07/14/2020
  • Чтение занимает 4 мин

Симметричное и асимметричное шифрования выполняются с использованием различных процессов.Symmetric encryption and asymmetric encryption are performed using different processes. Симметричное шифрование выполняется в рамках потоков, поэтому его удобно применять для шифрования больших объемов данных.

Symmetric encryption is performed on streams and is therefore useful to encrypt large amounts of data. Асимметричное шифрование выполняется в рамках небольшого числа байтов, поэтому его удобно применять для шифрования только небольших объемов данных.Asymmetric encryption is performed on a small number of bytes and is therefore useful only for small amounts of data.

Симметричное шифрованиеSymmetric Encryption

Управляемые классы симметричного шифрования используются со специальным классом потока CryptoStream , который шифрует данные, считанные в поток.The managed symmetric cryptography classes are used with a special stream class called a CryptoStream that encrypts data read into the stream.

Класс CryptoStream инициализируется классом управляемого потока, классом, реализующим ICryptoTransform интерфейс (созданным из класса, реализующего криптографический алгоритм), и CryptoStreamMode перечислением, описывающим тип доступа, разрешенный для CryptoStream.

The CryptoStream class is initialized with a managed stream class, a class that implements the ICryptoTransform interface (created from a class that implements a cryptographic algorithm), and a CryptoStreamMode enumeration that describes the type of access permitted to the CryptoStream.

Класс CryptoStream можно инициализировать с помощью любого класса, производного от Stream класса, включая FileStream , MemoryStream и NetworkStream .The CryptoStream class can be initialized using any class that derives from the Stream class, including FileStream, MemoryStream, and NetworkStream.

При помощи этих классов можно осуществлять симметричное шифрование для различных объектов потока.Using these classes, you can perform symmetric encryption on a variety of stream objects.

В следующем примере показано, как создать новый экземпляр класса реализации по умолчанию для Aes алгоритма.The following example illustrates how to create a new instance of the default implementation class for the Aes algorithm. Экземпляр используется для выполнения шифрования класса CryptoStream .

The instance is used to perform encryption on a CryptoStream class. В этом примере CryptoStream инициализируется при помощи объекта потока myStream , который может быть любым типом управляемого потока.

In this example, the CryptoStream is initialized with a stream object called myStream that can be any type of managed stream. Методу креатинкриптор из класса AES передается ключ и вектор инициализации, используемые для шифрования.

The CreateEncryptor method from the Aes class is passed the key and IV that are used for encryption. В этом случае используется ключ и вектор инициализации по умолчанию, созданные из aes .In this case, the default key and IV generated from aes are used.

Dim aes As Aes = Aes.Create() Dim cryptStream As New CryptoStream(myStream, aes.CreateEncryptor(key, iv), CryptoStreamMode.Write) Aes aes = Aes.Create(); CryptoStream cryptStream = new CryptoStream(myStream, aes.CreateEncryptor(key, iv), CryptoStreamMode.Write);

После выполнения этого кода все данные, записанные в объект CryptoStream , шифруются с помощью алгоритма AES.After this code is executed, any data written to the CryptoStream object is encrypted using the AES algorithm.

В следующем примере показан весь процесс создания потока, шифрования потока, чтения из потока и закрытия потока.The following example shows the entire process of creating a stream, encrypting the stream, writing to the stream, and closing the stream.

В этом примере создается файловый поток, зашифрованный с помощью класса CryptoStream и класса AES .This example creates a file stream that is encrypted using the CryptoStream class and the Aes class.

Созданный IV записывается в начало FileStream , поэтому его можно считать и использовать для расшифровки.Generated IV is written to beginning of FileStream, so it can be read and used for decryption. Затем сообщение записывается в зашифрованный поток с помощью StreamWriter класса.

Then a message is written to the encrypted stream with the StreamWriter class. Хотя один и тот же ключ можно использовать несколько раз для шифрования и расшифровки данных, рекомендуется создавать новый случайный вектор инициализации каждый раз.

While the same key can be used multiple times to encrypt and decrypt data, it is recommended to generate a new random IV each time. Таким образом зашифрованные данные всегда отличаются, даже если обычный текст одинаков.This way the encrypted data is always different, even when plain text is the same.

using System;using System.IO;using System.Security.Cryptography; public class EncryptExample{ public static void Main(string[] args) { //Encryption key used to encrypt the stream. //The same value must be used to encrypt and decrypt the stream. byte[] key = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16 }; try { //Create a file stream using FileStream myStream = new FileStream(«TestData.txt», FileMode.OpenOrCreate); //Create a new instance of the default Aes implementation class // and configure encryption key. using Aes aes = Aes.Create(); aes.Key = key; //Stores IV at the beginning of the file. //This information will be used for decryption. byte[] iv = aes.IV; myStream.Write(iv, 0, iv.Length); //Create a CryptoStream, pass it the FileStream, and encrypt //it with the Aes class. using CryptoStream cryptStream = new CryptoStream( myStream, aes.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write); //Create a StreamWriter for easy writing to the //file stream. using StreamWriter sWriter = new StreamWriter(cryptStream); //Write to the stream. sWriter.WriteLine(«Hello World!»); //Inform the user that the message was written //to the stream. Console.WriteLine(«The file was encrypted.»); } catch { //Inform the user that an exception was raised. Console.WriteLine(«The encryption failed.»); throw; } }}Imports SystemImports System.IOImports System.Security.Cryptography Module Module1 Sub Main() 'Encryption key used to encrypt the stream. 'The same value must be used to encrypt and decrypt the stream. Dim key As Byte() = {&H1, &H2, &H3, &H4, &H5, &H6, &H7, &H8, &H9, &H10, &H11, &H12, &H13, &H14, &H15, &H16} Try 'Create a file stream Using myStream As FileStream = New FileStream(«TestData.txt», FileMode.OpenOrCreate) 'Create a new instance of the default Aes implementation class ' and configure encryption key. Using aes As Aes = Aes.Create() aes.Key = key 'Stores IV at the beginning of the file. 'This information will be used for decryption. Dim iv As Byte() = aes.IV myStream.Write(iv, 0, iv.Length) 'Create a CryptoStream, pass it the FileStream, and encrypt 'it with the Aes class. Using cryptStream As New CryptoStream(myStream, aes.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write) 'Create a StreamWriter for easy writing to the 'file stream. Using sWriter As New StreamWriter(cryptStream) 'Write to the stream. sWriter.WriteLine(«Hello World!») End Using End Using End Using End Using 'Inform the user that the message was written 'to the stream. Console.WriteLine(«The text was encrypted.») Catch 'Inform the user that an exception was raised. Console.WriteLine(«The encryption failed.») Throw End Try End SubEnd Module

Код шифрует поток с помощью симметричного алгоритма AES и записывает IV, а затем шифрует «Hello World!»The code encrypts the stream using the AES symmetric algorithm, and writes IV and then encrypted «Hello World!» в этот поток.to the stream.

Если код выполнен успешно, создается зашифрованный файл с именем TestData.txt и на консоль выводится следующий текст:If the code is successful, it creates an encrypted file named TestData.

txt and displays the following text to the console:

The text was encrypted.

Файл можно расшифровать с помощью примера симметричного расшифровки при расшифровке данных.You can decrypt the file by using the symmetric decryption example in Decrypting Data. Этот пример и этот пример указывают тот же ключ.That example and this example specify the same key.

Однако при возникновении исключения код выводит на консоль следующий текст:However, if an exception is raised, the code displays the following text to the console:

The encryption failed.

Асимметричное шифрованиеAsymmetric Encryption

Асимметричные алгоритмы обычно используются для шифрования малых объемов данных, например для шифрования симметричного ключа и вектора инициализации.Asymmetric algorithms are usually used to encrypt small amounts of data such as the encryption of a symmetric key and IV.

Как правило, сторона, осуществляющая асимметричное шифрование, использует открытый ключ, созданный другой стороной.Typically, an individual performing asymmetric encryption uses the public key generated by another party. RSAДля этой цели класс предоставляется .NET.The RSA class is provided by .

NET for this purpose.

В следующем примере сведения об открытом ключе используются для шифрования симметричного ключа и вектора инициализации.The following example uses public key information to encrypt a symmetric key and IV. Инициализируются два массива байтов, представляющих открытый ключ третьей стороны.Two byte arrays are initialized that represent the public key of a third party.

Объект RSAParameters инициализируется с этими значениями.An RSAParameters object is initialized to these values. Затем объект RSAParameters (вместе с открытым ключом, который он представляет) импортируется в экземпляр RSA с помощью RSA.ImportParameters метода.

Next, the RSAParameters object (along with the public key it represents) is imported into an RSA instance using the RSA.ImportParameters method. Наконец, закрытый ключ и вектор инициализации, созданные Aes классом, шифруются.Finally, the private key and IV created by an Aes class are encrypted.

В этом примере требуется, чтобы в системе было установлено 128-битное шифрование.This example requires systems to have 128-bit encryption installed.

Imports SystemImports System.Security.Cryptography Module Module1 Sub Main() 'Initialize the byte arrays to the public key information. Dim modulus As Byte() = {214, 46, 220, 83, 160, 73, 40, 39, 201, 155, 19, 202, 3, 11, 191, 178, 56, 74, 90, 36, 248, 103, 18, 144, 170, 163, 145, 87, 54, 61, 34, 220, 222, 207, 137, 149, 173, 14, 92, 120, 206, 222, 158, 28, 40, 24, 30, 16, 175, 108, 128, 35, 230, 118, 40, 121, 113, 125, 216, 130, 11, 24, 90, 48, 194, 240, 105, 44, 76, 34, 57, 249, 228, 125, 80, 38, 9, 136, 29, 117, 207, 139, 168, 181, 85, 137, 126, 10, 126, 242, 120, 247, 121, 8, 100, 12, 201, 171, 38, 226, 193, 180, 190, 117, 177, 87, 143, 242, 213, 11, 44, 180, 113, 93, 106, 99, 179, 68, 175, 211, 164, 116, 64, 148, 226, 254, 172, 147} Dim exponent As Byte() = {1, 0, 1} 'Create values to store encrypted symmetric keys. Dim encryptedSymmetricKey() As Byte Dim encryptedSymmetricIV() As Byte 'Create a new instance of the default RSA implementation class. Dim rsa As RSA = RSA.Create() 'Create a new instance of the RSAParameters structure. Dim rsaKeyInfo As New RSAParameters() 'Set rsaKeyInfo to the public key values. rsaKeyInfo.Modulus = modulus rsaKeyInfo.Exponent = exponent 'Import key parameters into rsa rsa.ImportParameters(rsaKeyInfo) 'Create a new instance of the default Aes implementation class. Dim aes As Aes = Aes.Create() 'Encrypt the symmetric key and IV. encryptedSymmetricKey = rsa.Encrypt(aes.Key, RSAEncryptionPadding.Pkcs1) encryptedSymmetricIV = rsa.Encrypt(aes.IV, RSAEncryptionPadding.Pkcs1) End Sub End Moduleusing System;using System.Security.Cryptography; class Class1{ static void Main() { //Initialize the byte arrays to the public key information. byte[] modulus = {214,46,220,83,160,73,40,39,201,155,19,202,3,11,191,178,56, 74,90,36,248,103,18,144,170,163,145,87,54,61,34,220,222, 207,137,149,173,14,92,120,206,222,158,28,40,24,30,16,175, 108,128,35,230,118,40,121,113,125,216,130,11,24,90,48,194, 240,105,44,76,34,57,249,228,125,80,38,9,136,29,117,207,139, 168,181,85,137,126,10,126,242,120,247,121,8,100,12,201,171, 38,226,193,180,190,117,177,87,143,242,213,11,44,180,113,93, 106,99,179,68,175,211,164,116,64,148,226,254,172,147}; byte[] exponent = { 1, 0, 1 }; //Create values to store encrypted symmetric keys. byte[] encryptedSymmetricKey; byte[] encryptedSymmetricIV; //Create a new instance of the RSA class. RSA rsa = RSA.Create(); //Create a new instance of the RSAParameters structure. RSAParameters rsaKeyInfo = new RSAParameters(); //Set rsaKeyInfo to the public key values. rsaKeyInfo.Modulus = modulus; rsaKeyInfo.Exponent = exponent; //Import key parameters into rsa. rsa.ImportParameters(rsaKeyInfo); //Create a new instance of the default Aes implementation class. Aes aes = Aes.Create(); //Encrypt the symmetric key and IV. encryptedSymmetricKey = rsa.Encrypt(aes.Key, RSAEncryptionPadding.Pkcs1); encryptedSymmetricIV = rsa.Encrypt(aes.IV, RSAEncryptionPadding.Pkcs1); }}

См. также статьюSee also

Отправить и просмотреть отзыв по

Этот продукт Эта страница Просмотреть все отзывы по странице

Источник: https://docs.microsoft.com/ru-ru/dotnet/standard/security/encrypting-data

Все термины
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: