Гаммирование

Суть гаммирования состоит в том, чтобы не шифровать сами данные, а шифровать некоторые случайные или псевдослучайные числа, вырабатываемые специальным программным или аппаратным генератором и накладывать получившуюся гамму на массив данных с помощью операции исключающего или. При этом операция зашифрования ничем не отличается от операции расшифрования, т.к. наложение той же гаммы на массив данных два раза подряд дает исходный массив данных без искажений.

Для выработки случайных 64-битных чисел в ГОСТ 28147-89 определен специальный математический генератор, который будет рассмотрен чудь позже. Т.о. шифрование и расшифровка данных в режиме гаммирования производится путем наложения зашифрованных псевдослучайных чисел.

У этого и следующего режимов есть интересная особенность: т.к. генератор псевдослучайных чисел необходимо инициализировать начальным 64-битным значением, в качестве которого очень часто используется текущее время зашифровки, то в разное время при шифровании одного и того же массива данных под один и тот же пароль можно получить разные шифртексты! При этом значение, которым был проинициализирован генератор посылается получателю вместе с массивом зашифрованных данных и называется синхропосылкой или начальным заполнителем по терминологии ГОСТа.

Замечу, что ГОСТ 28147-89 определяет в качестве синхропосылки или начального заполнителя не само число, полученное из какого-либо источника (например, текущее время), а результат зашифровки этого числа по алгоритму зашифрования. Т.о. используя текущее время или что-то иное в качестве начального заполнителя необходимо это число предварительно зашифровать, а затем уже инициализировать им генератор.

Рекуррентный генератор последовательности чисел (ргпч)

Это и есть тот самый генератор чисел, который используется при шифровании гаммированием. На каждом шаге он выдает 64-битное число, которое по сути состоит из двух 32-битных чисел, которые генерируются по-отдельности. Фактически существуют два РГПЧ для старшей и младшей частей.

Гаммирование с обратной связью

Режим гаммирования позволяет злоумышленнику воздействовать на исходный текст путем изменения битов шифрованного текста, т.к. шифрование производится побитово. Изменив один бит в зашифрованном тексте на противоположный получим изменение того же бита в расшифрованном тексте. Гаммирование с обратной связью позволяет зацепить блоки один за другой и любое изменение хотя бы одного бита в каком-либо месте шифртекста повлечет за собой при расшифровке повреждение информации во всех последующих блоках, что легко заметить.

Гаммирование с обратной связью отличается от простого гаммирования тем, что очередной элемент гаммы вырабатывается как результат преобразования по циклу зашифрования предыдущего блока зашифрованных данных, а для зашифрования первого блока массива данных элемент гаммы вырабатывается как результат преобразования по тому же циклу синхропосылки. На стойкость шифра зацепление блоков не оказывает никакого влияния.

17. Режим выработки имитовставки в ГОСТ 28147-89.

Выработка имитовставки

Имитовставка – это контрольная комбинация, зависящая от открытых данных и секретной ключевой информации. Целью использования имитовставки является обнаружение всех случайных или преднамеренных изменений в массиве данных. Для потенциального злоумышленника две следующие задачи практически неразрешимы, если он не владеет ключевой информацией: вычисление имитовставки для заданного открытого массива данных; подбор открытых данных под заданную имитовставку. Алгоритм выработки имитовставки:

• S = 0.

• Для каждого 64-битного блока данных из массива данных: S = F(S xor T_i), где T_i - блок данных, F - базовый цикл выработки имитовставки (16-З), xor - операция исключающего или.

• S - полученная имитовставка.

В качестве имитовставки можно использовать лишь часть полученного числа S, но следует помнить, что вероятность успешного навязывания ложных данных равна величине 2^-L, где L - длина используемой части числа в битах. Обычно используются младшие 32 бита числа S.

18. Алгоритм шифрования Rijndael. Число циклов. Общая схема шифрования.

Advanced Encryption Standard (AES), также известный как Rijndael (произносится [rɛindaːl]) — симметричный алгоритм блочного шифрования (размер блока 128 бит, ключ 128/192/256 бит), принятый в качестве стандарта шифрования правительством США по результатам конкурса AES. Этот алгоритм хорошо проанализирован и сейчас широко используется, как это было с его предшественникомDES. Национальный институт стандартов и технологий США (англ. National Institute of Standards and Technology, NIST) опубликовал спецификацию AES 26 ноября 2001 года после пятилетнего периода, в ходе которого были созданы и оценены 15 кандидатур. 26 мая 2002 года AES был объявлен стандартом шифрования. По состоянию на 2009 год AES является одним из самых распространённых алгоритмов симметричного шифрования.^[1][2] Поддержка AES (и только его) введена фирмой Intel в семейство процессоров x86 начиная с Intel Core i7-980X Extreme Edition, а затем на процессорах Sandy Bridge.

Структура алгоритма

Алгоритм AES представляет блок данных в виде двумерного байтового мас­сива размером 4×4. Все операции производятся над отдельными байтами массива, а также над независимыми столбцами и строками.

В каждом раунде алгоритма выполняются следующие преобразования (рис. 3.7) [132, 153]:

1. Операция SubBytes, представляющая собой табличную замену каждого байта массива данных согласно табл. 3.1 (рис. 3.8).

В процедуре SubBytes, каждый байт в state заменяется соответствующим элементом в фиксированной 8-битной таблице поиска, S; b_ij = S(a_ij).

2. Операция ShiftRows, которая выполняет циклический сдвиг влево всех строк массива данных, за исключением нулевой (рис. 3.9). Сдвиг /-й стро­ки массива (для i = 1,2,3) производится на / байтов.

В процедуре ShiftRows, байты в каждой строке state циклически сдвигаются влево. Размер смещения байтов каждой строки зависит от её номера

3. Операция MixColumns. Выполняет умножение каждого столбца массива данных (рис. 3.10), который рассматривается как полином в конечном поле GF(2⁸), на фиксированный полином а(х):

а(х) = 3х³ + х² + х + 2.

Умножение выполняется по модулю х⁴ + 1.

В процедуре MixColumns, каждая колонка состояния перемножается с фиксированным многочленом c(x).

4. Операция AddRoundKey. Выполняет наложение на массив данных мате­риала ключа. А именно, на /-й столбец массива данных (/ = 0…3) побито­вой логической операцией «исключающее или» (XOR) накладывается оп­ределенное слово расширенного ключа W4r+i, гдег— номер текущего раунда алгоритма, начиная с 1 (процедура расширения ключа будет опи­сана далее). Операция AddRoundKey представлена на рис. 3.11.

В процедуре AddRoundKey, каждый байт состояния объединяется с RoundKey используя операцию XOR (⊕).

19. Стеганографическая защита данных.

Стеганогра́фия (от греч. στεγανός — скрытый + γράφω — пишу; буквально «тайнопись») — это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи. Этот термин ввел в 1499 году Иоганн Тритемий в своем трактате «Стеганография» (Steganographia), зашифрованным под магическую книгу.

В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо или судоку. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.

Преимущество стеганографии над чистой криптографией состоит в том, что сообщения не привлекают к себе внимания. Сообщения, факт шифрования которых не скрыт, вызывают подозрение и могут быть сами по себе уличающими в тех странах, в которых запрещена криптография.^[1] Таким образом, криптография защищает содержание сообщения, а стеганография защищает сам факт наличия каких-либо скрытых посланий.

Компьютерная стеганография — направление классической стеганографии, основанное на особенностях компьютерной платформы. Примеры — стеганографическая файловая система StegFS для Linux, скрытие данных в неиспользуемых областях форматов файлов, подмена символов в названиях файлов, текстовая стеганография и т. д. Приведём некоторые примеры:

• Использование зарезервированных полей компьютерных форматов файлов — суть метода состоит в том, что часть поля расширений, не заполненная информацией о расширении, по умолчанию заполняется нулями. Соответственно мы можем использовать эту «нулевую» часть для записи своих данных. Недостатком этого метода является низкая степень скрытности и малый объем передаваемой информации.

20. Криптография с открытым ключом. Схема выработки совместного ключа Диффи-Хеллмана.

Криптографическая система с открытым ключом (или Асимметричное шифрование, Асимметричный шифр) — система шифрования и/или электронной цифровой подписи (ЭЦП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу, и используется для проверки ЭЦП и для шифрования сообщения. Для генерации ЭЦП и для расшифровки сообщения используется секретный ключ.^[1] Криптографические системы с открытым ключом в настоящее время широко применяются в различных сетевых протоколах, в частности, в протоколах TLS и его предшественнике SSL (лежащих в основе HTTPS), в SSH. Также используется в PGP, S/MIME. Идея криптографии с открытым ключом очень тесно связана с идеей односторонних функций, то есть таких функций  , что по известному   довольно просто найти значение  , тогда как определение   из   невозможно за разумный срок.

Схема выработки совместного ключа Диффи-Хеллмана.

Для заданных параметров N = 29 и g = 10 выработайте совместный секретный ключ.

1. Выберите случайное число kA, 1 < kA < N .

2. Вычислите значение yA по формуле

yA = g ^kA mod N .

3. Выберите случайное число kB, 1 < kB < N .

4. Вычислите значение yB по формуле

yB = g ^kB mod N .

5. «Обменяйтесь» значениями yA и yB .

6. Вычислите значение yBA по формуле

yBA = yB ^kA mod N .

7. Вычислите значение yAB по формуле

yAB = yA ^kB mod N .

8. Убедитесь, что значениями yAB и yBA совпадают.

21. Алгоритм шифрования RSA.

RSA (буквенная аббревиатура от фамилий Rivest, Shamir и Adleman) — криптографический алгоритм с открытым ключом, основывающийся на вычислительной сложности задачи факторизации больших целых чисел.

Криптосистема RSA стала первой системой, пригодной и для шифрования, и для цифровой подписи. Алгоритм используется в большом числе криптографических приложений, включая PGP,S/MIME, TLS/SSL, IPSEC/IKE и других.^[

Криптографические системы с открытым ключом используют так называемые односторонние функции, которые обладают следующим свойством:

• Если известно  , то   вычислить относительно просто

• Если известно  , то для вычисления   нет простого (эффективного) пути.

Под односторонностью понимается не теоретическая однонаправленность, а практическая невозможность вычислить обратное значение, используя современные вычислительные средства, за обозримый интервал времени.

В основу криптографической системы с открытым ключом RSA положена сложность задачи факторизации произведения двух больших простых чисел. Для шифрования используется операция возведения в степень по модулю большого числа. Для дешифрования за разумное время (обратной операции) необходимо уметь вычислять функцию Эйлера от данного большого числа, для чего необходимо знать разложения числа на простые множители.

В криптографической системе с открытым ключом каждый участник располагает как открытым ключом (англ. public key), так и закрытым ключом (англ. private key). В криптографической системе RSA каждый ключ состоит из пары целых чисел. Каждый участник создаёт свой открытый и закрытый ключ самостоятельно. Закрытый ключ каждый из них держит в секрете, а открытые ключи можно сообщать кому угодно или даже публиковать их. Открытый и закрытый ключи каждого участника обмена сообщениями в криптосистеме RSA образуют «согласованную пару» в том смысле, что они являются взаимно обратными