3. Математическая модель блочного шифра.

Блочные шифры кодируют целые блоки информации (от 4 до 32 байт) как единое целое — это значительно увеличивает стойкость преобразований к атаке полным перебором и позволяет использовать различные математические и алгоритмические преобразования. Блочный шифр состоит из двух взаимосвязанных алгоритмов: алгоритм шифрования E и алгоритм расшифрования E−1. Входными данными служат блок размером n бит и k-битный ключ. На выходе получается n-битный зашифрованный блок. Для любого фиксированного ключа функция расшифрования является обратной к функции шифрования для любого блока M и ключа K. Для любого ключа K, EK является биективной функцией (перестановкой) на множестве n-битных блоков. Размер блока n — это фиксированный параметр блочного шифра, обычно равный 64 или 128 битам, хотя некоторые шифры допускают несколько различных значений. Типичными размера ключа являются 40, 56, 64, 80, 128, 192 и 256 бит. 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. Схему работы блочного шифра можно описать следующими функциями: Z=EnCrypt(X,Key) и X=DeCrypt(Z,Key). 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. Методика создания цепочек из зашифрованных блочными алгоритмами байт позволяет шифровать ими пакеты информации неограниченной длины. Отсутствие статистической корреляции между битами выходного потока блочного шифра используется для вычисления контрольных сумм пакетов данных и в хешировании паролей. 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 проверок. Таким образом, в общем случае стойкость блочного шифра зависит только от длины ключа и возрастает экспоненциально с ее ростом.

4. Классификация блочных шифров.

При блочном шифровании информация разбивается на блоки фиксированной длины и шифруется поблочно. Блочные шифры бывают двух основных видов: Шифры перестановки. Простой перестановочный шифр с фиксированным периодом n подразумевает разбиение исходного текста на блоки по n символов и использование для каждого такого блока некоторой перестановки E. Ключом такого шифра является используемая при шифровании перестановочная матрица P или вектор t, указывающий правило перестановки. Таким образом, общее число возможных ключей определяется длиной блока n и равно n!. При дешифрации используется матрица обратной перестановки D, являющаяся обратной к матрице P по умножению, то есть D P I, где I — единичная матрица. Шифр подстано́вки. Каждый символ открытого текста заменяет на некоторый другой. В классической криптографии различают четыре типа шифра подстановки: Одноалфавитный шифр подстановки (шифр простой замены) — шифр, при котором каждый символ открытого текста заменяется на некоторый, фиксированный при данном ключе символ того же алфавита. Однозвучный шифр подстановки похож на одноалфавитный за исключением того, что символ открытого текста может быть заменен одним из нескольких возможных символов. Полиграммный шифр подстановки заменяет не один символ, а целую группу. Многоалфавитный шифр подстановки состоит из нескольких шифров простой замены. Смешанное шифрование. В современных криптографических системах, как правило, используют оба способа шифрования. Это намного надежнее, чем шифратор, использующий только замены или перестановки. Безопасность шифров простой замены. Главный недостаток этого метода шифрования это то, что последние буквы алфавита (которые имеют низкие коэффициенты при частотном анализе) имеют тенденцию оставаться в конце. Более защищенный способ построить алфавит замены состоит в том, чтобы выполнить колоночное перемещение (перемещение столбцов) в алфавите, используя ключевое слово, но это не часто делается. Несмотря на то, что число возможных ключей является очень большим (26! = 2^88.4), этот вид шифра может быть легко взломанным. Криптоанализ. Шифр простой замены легко вскрывается с помощью частотного анализа, так как не меняет частоты использования символов в сообщении. Однозвучные шифры сложнее для вскрытия, хотя они и не скрывают всех статистических свойств текста. Многоалфавитные шифры шифруют каждый символ с помощью некоторого одноалфавитного шифра. Стойкость такого шифра сильно зависит от количества используемых шифров простой замены. Но при использовании компьютера криптоаналитик не испытает трудностей при вскрытии.