2020-21 уч. год Защита информации ПРО 3курс

Лабораторная работа № 4 семейство алгоритмов rc

1. Цель работы

Целью лабораторной работы является освоение принципа работы и различий в версиях алгоритма RC, приобретение практических навыков шифрования данных при помощи данных алгоритма в программном пакете CrypTool 1.4.30.

2. Краткие теоретические сведения

2.1 Алгоритм RC2

Алгоритм шифрования был разработан в конце 1980-х гг. Рональдом Ривестом, который, в частности, разработал алгоритм RC5.

2.1.1 Структура алгоритма

Алгоритм RC2 шифрует данные блоками по 64 бита с использованием ключей переменного размера: от 8 до 1024 битов исключительно; рекомендуемым размером ключа является 64 бита.

Алгоритм является сетью Фейстеля, в нем выполняется 18 раундов преобразований. Причем раунды алгоритма делятся на 2 типа: смешивающие (mix) раунды и объединяющие (mesh) раунды. Общая структура алгоритма такова:

1. Выполняется 5 смешивающих раундов.

2. Выполняется 1 объединяющий раунд.

3. Выполняются 6 смешивающих раундов.

4. Выполняется 1 объединяющий раунд.

5. Выполняется 5 смешивающих раундов.

Структура смешивающего раунда приведена на рис. 43. Предполагается, что шифруемый блок данных разделен на 4 16- битных слова , над которыми смешивающий раунд в цикле по i от 0 до 3 выполняет следующие операции

j=j+1,

,

где - фрагмент расширенного ключа, определяемый глобальной переменной j; данная переменная изначально равна нулю и увеличивается на 1 (как показано выше) в каждом смешивающем раунде; процедура расширения ключа подробно описана далее,

& - побитовая логическая операция «и»,

~x - побитовый комплемент к x.

« - циклический сдвиг влево на число битов, определяемое значением (табл. 5).

Рис. 43. Смешивающий раунд алгоритма RC2

Таблица 5

i	0	1	2	3
Si	1	2	3	5

Таким образом, в каждой i-й итерации смешивающего раунда выполняется описанное выше преобразование f() (рис. 44), которое модифицирует на основе текущих значений трех остальных слов шифруемого блока и фрагмента расширенного ключа.

Рис. 44. Функция f() алгоритма RC2

Аналогично смешивающему раунду, в объединяющем раунде выполняется цикл по i от 0 до 3; в каждой итерации цикла выполняется следующая операция:

, (13)

где п = R_i-1mod4&63.

Таким образом, итерация объединяющего раунда представляет собой наложение операцией сложения по модулю 2¹⁶ фрагмента расширенного ключа, индекс которого определяется 6 младшими битами текущего значения слова R_i-1mod4.

2.1.2 Процедура расширения ключа

Как было сказано выше, алгоритм RC2 использует ключи шифрования размером от 8 до 1024 битов, т.е. от 1 до 128 байтов.

Расширение ключа подразумевает получение из ключа шифрования 16-битных фрагментов расширенного ключа К₀..К₆₃, используемых в смешивающих раундах - по одному в каждой из 4 итераций каждого из 16 смешивающих раундов. Данная процедура выполняется в несколько шагов:

1. Инициализируется байтовый массив L₀...L₁₂₇, используемый при расширении ключа:

L0 = КI0,	(14)
LT-1= КIT-1,	(15)

где К₀… К_T-1 ключ шифрования, имеющий размер Т байтов. Остальные байты массива L обнуляются.

2. Инициализируются другие переменные, участвующие в расширении ключа:

Т8=(Т1+7)/8, (16)

ТМ = 255 mod 2^(8+T1-8*T8), (17)

где Т1 - размер ключа в битах,

T8 - эффективный размер ключа в байтах,

ТМ - битовая маска, учитывающая остаточные биты ключа, если его размер в битах не кратен 8.

3. В цикле по i от Т до 127 выполняется следующая операция:

= P( mod 256), (18)

где P - табличная замена, приведенная в табл. 6.

Таблица 6

D9	78	F9	C4	19	Dd	B5	Ed	28	E9	Fd	79	4a	A0	D8	9D
C6	7E	37	83	2B	76	53	8E	62	4C	64	88	44	8b	Fb	A2
17	9a	59	F5	87	B3	4f	13	61	45	6d	8d	09	81	7d	32
Bd	8f	40	Eb	86	B7	7b	0b	F0	95	21	22	5c	6b	4e	82
54	D6	65	93	Ce	60	B2	1c	73	56	C0	14	A7	8c	F1	Dc
12	75	Ca	1f	3b	Be	C4	D1	42	3d	D4	30	A3	3c	B6	26
6f	Bf	0e	Da	46	69	07	57	27	F2	1d	9b	Bc	94	43	03
F0	11	C7	F6	90	Ef	3e	E7	06	C3	D5	2f	C8	66	1e	D7
08	E8	Ea	De	80	52	Ee	F7	84	Aa	72	Ac	35	4d	6a	2a
96	1a	D2	71	5a	15	49	74	4b	9f	D0	5e	04	18	A4	ec

C2

E0

41

6e

0f

51

Cb

Cc

24

91

Af

50

A1

F4

70

39

99

7c

3a

85

23

B8

B4

7a

Fc

02

36

5b

25

55

97

31

2d

5d

Fa

98

E3

8a

92

Ae

05

Df

29

10

67

6c

Ba

C9

D3

00

E6

Cf

E1

9e

A8

2c

63

16

01

3f

58

E2

89

A9

0d

38

34

1b

Ab

33

Ff

B0

Bb

48

0c

5f

B9

B1

Cd

2e

C5

F3

Db

47

E5

A5

9c

77

0a

A6

20

68

Fe

7f

C1

ad

Таким образом, значение 0 заменяется на D9,1 - на 78 и т.д.

Псевдослучайная таблица Р сформирована на основе шестнадцатеричной записи дробной части числа π.

3. Вычисляется L_128-T8:

L_128-T8=P(L_128-T8 &TM).

3. В цикле i от 127-T8 до 0 выполняется следующее действие:

L_i = P( ),

3. Для использования в шифрующих преобразованиях 128-байтная последовательность представляется в виде 16-байтных слов :

K_i = ,