МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ”ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ”

Отчёт по курсу «МИСЗИ»

студента 5 курса специальности 230105

(заочное отделение)

Задание « Шифрование DES »

Группа 10-19-4з

Выполнил Стерхов Д. В.

Принял Старыгин А. В.

Ижевск 2007

Теоретические сведения о DES

Процесс шифрования

DES представляет собой блочный шифр, он шифрует 64 - битовыми блоками. С одного конца алгоритма вводится 64 - битовый блок открытого текста, а с другого конца выходит 64 - битовый блок шифротекста. DES является симметричным алгоритмом: для шифрования и дешифрования используется одинаковые алгоритмы и ключ(за исключением различий в использовании ключа).

Длина ключа равна 56 битам. Ключ обычно представляется 64 - битовым числом, но каждый восьмой бит используется для проверки чётности и игнорируется. Биты чётности являются наименьшими значащими битами байтов ключа. Ключ, который может быть любым 56 - битовым числом, можно изменить в любой момент времени. Ряд чисел считаются слабыми ключами, но их можно легко избежать. Безопасность полностью определяется ключом.

На простейшем уровне алгоритм не представляет ничего большего, чем комбинация двух основных методов шифрования: смещения и диффузии. Фундаментальным строительным блоком DES является применение к тексту единичной комбинации этих методов(подстановка, а за ней перестановка), зависящей от ключа. Такой блок называется этапом. DES состоит из 16 этапов, одинаковая комбинация методов применяется к открытому тексту 16 раз.

Процесс шифрования данных поясняется рисунком 1. Сначала 64 бита входной последовательности перестанавливаются в соответствии с таблицей 1. Таким образом, бит 58 входной последовательности становится битом 1, бит 50 – 2 и т.д.

Таблица 1. "Начальная перестановка"

58	50	42	34	26	18	10	2	60	52	44	36	28	20	12	4
62	54	46	38	30	22	14	6	64	56	48	40	32	24	16	8
57	49	41	33	25	17	9	1	59	51	43	35	27	19	11	3
61	53	45	37	29	21	13	5	63	55	47	39	31	23	15	7

Полученная последовательность бит разделяется на две последовательности: L(0) (биты 58, 50, 42, ..., 8) и R(0) (биты 57, 49, 41, ..., 7), каждая из которых содержит 32 бита. Затем выполняется итеративный процесс шифрования, который описывается следующими формулами:

L(i)=R(i-1), i=1,2,...,16.

R(i)=L(i-1) + F(R(i-1),K(i)), i=1,2,...,16.

Функция F называется функцией шифрования. Ее аргументами являются последовательность R, полученная на предыдущем шаге, и 48-битовый ключ K(i), который является результатом функции преобразования 64-битового ключа шифра. Подробно функция шифрования и алгоритм получения ключей K(i) описаны ниже.

На последнем шаге итерации будут получены последовательности L(16) и R(16), которые конкатенируются в 64-х битовую последовательность R(16)L(16). Видно, что в полученной последовательности 64 бита, перестанавливаются в соответствии с таблицей 2. Как легко видеть данная перестановка является обратной по отношению к начальной (см. таблицу 1).

Таблица 2. "Конечная перестановка"

40	8	48	16	56	24	64	32	39	7	47	15	55	23	63	31
38	6	46	14	54	22	62	30	37	5	45	13	53	21	61	29
36	4	44	12	52	20	60	28	35	3	43	11	51	19	59	27
34	2	42	10	50	18	58	26	33	1	41	9	49	17	57	25

Полученная последовательность из 64 бит и будет являться зашифрованной последовательностью.

Рисунок 1

…………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………….Начальная перестановкаL(0)R(0)Функции шифрованияК(0)+L(1) = R(0)R(1) = L(0)F(R(0),K(1))Функции шифрованияВходная последовательность битК(16)+L(16) = R(15)R(16) = L(15)F(R(15),K(16))Конечная перестановкаВыходная последовательность бит

Процесс расшифрования

Процесс расшифрования данных является инверсным по отношению к процессу шифрования. Все действия должны быть выполнены в обратном порядке. Это означает, что расшифровываемые данные сначала переставляются в соответствии с таблицей 1, а затем над последовательностью бит R(16)L(16) выполняется те же действия, что и в процессе зашифрования, но в обратном порядке. Итеративный процесс расшифрования описан следующими формулами:

R(i-1)=L(i), i =16, 15, ..., 1

L(i-1)=R(i)+F(L(i),K(i)), i=16, 15, ..., 1.

На последнем шаге итерации будут получены последовательности L(0) и R(0), которые конкатенируются в 64 битовую последовательность L(0)R(0). В полученной последовательности 64 бита перестанавливаются в соответствии с таблицей 2. Результат преобразования - исходная последовательность бит (расшифрованное 64-битовое значение).

Функция шифрования

Функция шифрования F(R,K) схематически показана на рисунке 2. Для вычисления значения функции F используется функция E (расширение 32 бит до 48), функции S(1), S(2),...,S(8) преобразование 6-битового числа в 4-битовое) и функция P (перестановка бит в 32-битовой последовательности). Приведем определения этих функций. Аргументами функции шифрования являются R (32 бита) и K (48 бит). Результат функции E(R) есть 48-битовое число, которое складывается по модулю 2 с числом K. Таким образом, получается 48-битовая последовательность, которая рассматривается, как конкатенация 8 строк длиной по 6 бит (т.е. B(1)B(2)B(3)B(4)B(5)B(6)B(7)B(8)). Результат функции S(i)B(i) - 4 битовая последовательность, которую будем обозначать L(i). В результате конкатенации всех 8 полученных последовательностей L(i) имеем 32-битовую последовательность L=L(1)L(2)L(3)L(4)L(5)L(6)L(7)L(8). Наконец, для получения результат функции шифрования надо переставить биты последовательности L. Для этого применяется функция перестановки P(L).

R(32 бита)E48 битаK(48 бита) +S1S2S3S4S8S7S6S5P32 бита

Рисунок 2.

Функция расширения Е, выполняющая расширение 32 бит до 48, определяется таблицей. В соответствии с этой таблицей первые три бита Е(R) - это биты 32,1 и 2, а последние - 31,32,1.

"Функция расширения Е"(перестановка с расширением)

32	1	2	3	4	5	4	5	6	7	8	9
8	9	10	11	12	13	12	13	14	15	16	17
13	17	18	19	20	21	20	21	22	23	24	25
24	25	26	27	28	29	28	29	30	31	32	1

Функция S(i), которая преобразует 6-битовые числа в 4-битовые. Эта операция расширяет правую половину данных, R_(i) от 32 до 48 битов. Так как при этом не просто повторяются определённые биты, но и изменяется их порядок, эта операция называется перестановкой с расширением. У неё две задачи: привести размер правой половины в соответствии с ключом для операции XOR и получить более длинный результат, который можно будет сжать в ходе операции подстановки. Однако главный криптографический смысл совсем в другом. За счёт влияния одного бита на две подстановки быстрее возрастает зависимость битов результата от битов исходных данных. Это называется лавинным эффектом. DES спроектирован так, чтобы как можно быстрее добиться зависимости каждого бита шифротекста от каждого бита открытого текста и каждого бита ключа.

"Функции преобразования S(i)"

S(1)

14	4	13	1	2	15	11	8	3	10	6	12	5	9	0	7
0	15	7	4	14	2	13	1	10	6	12	11	9	5	3	8
4	1	14	8	13	6	2	11	15	12	9	7	3	10	5	0
15	12	8	2	4	9	1	7	5	11	3	14	10	0	6	13

S(2)

15	1	8	14	6	11	3	4	9	7	2	13	12	0	5	10
3	13	4	7	15	2	8	14	12	0	1	10	6	9	11	5
0	14	7	11	10	4	13	1	5	8	12	6	9	3	2	15
13	8	10	1	3	15	4	2	11	6	7	12	0	5	14	9

S(3)

10	0	9	14	6	3	15	5	1	13	12	7	11	4	2	8
13	7	0	9	3	4	6	10	2	8	5	14	12	11	15	1
13	6	4	9	8	15	3	0	11	1	2	12	5	10	14	7
1	10	13	0	6	9	8	7	4	15	14	3	11	5	2	12

S(4)

7	13	14	3	0	6	9	10	1	2	8	5	11	12	4	15
13	8	11	5	6	15	0	3	4	7	2	12	1	10	14	9
10	6	9	0	12	11	7	13	15	1	3	14	5	2	8	4
3	15	0	6	10	1	13	8	9	4	5	11	12	7	2	14

S(5)

2	12	4	1	7	10	11	6	8	5	3	15	13	0	14	9
14	11	2	12	4	7	13	1	5	0	15	10	3	9	8	6
4	2	1	11	10	13	7	8	15	9	12	5	6	3	0	14
11	8	12	7	1	14	2	13	6	15	0	9	10	4	5	3

S(6)

12	1	10	15	9	2	6	8	0	13	3	4	14	7	5	11
10	15	4	2	7	12	9	5	6	1	13	14	0	11	3	8
9	14	15	5	2	8	12	3	7	0	4	10	1	13	11	6
4	3	2	12	9	5	15	10	11	14	1	7	6	0	8	13

S(7)

4	11	2	14	15	0	8	13	3	12	9	7	5	10	6	1
13	0	11	7	4	9	1	10	14	3	5	12	2	15	8	6
1	4	11	13	12	3	7	14	10	15	6	8	0	5	9	2
6	11	13	8	1	4	10	7	9	5	0	15	14	2	3	12

S(8)

13	2	8	4	6	15	11	1	10	9	3	14	5	0	12	7
1	15	13	8	10	3	7	4	12	5	6	11	0	14	9	2
7	11	4	1	9	12	14	2	0	6	10	13	15	3	5	8
2	1	14	7	4	10	8	13	15	12	9	0	3	5	6	11

К таблице 4 требуются дополнительные пояснения. Каждая из функций S(i)B(i) преобразовывает 6-битовый код в 4-битовый выход по следующему алгоритму:

· первый и последний биты входной последовательности B, определяют номер строки k.