RU2186466C2 - Method for iterative encryption of digital data blocks - Google Patents
Method for iterative encryption of digital data blocks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186466C2 RU2186466C2 RU2000124366/09A RU2000124366A RU2186466C2 RU 2186466 C2 RU2186466 C2 RU 2186466C2 RU 2000124366/09 A RU2000124366/09 A RU 2000124366/09A RU 2000124366 A RU2000124366 A RU 2000124366A RU 2186466 C2 RU2186466 C2 RU 2186466C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- operations
- controlled
- encryption
- block
- sub
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 61
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Storage Device Security (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов шифрования и криптографических устройств для защиты информации, передаваемой по каналам связи или хранимой в компьютерных системах. The invention relates to the field of telecommunications and computer technology, and more particularly to the field of encryption methods and cryptographic devices for protecting information transmitted through communication channels or stored in computer systems.
В совокупности признаков заявляемого способа используются следующие термины:
- секретный ключ представляет из себя двоичную информацию, известную только законному пользователю;
- подключ - часть секретного ключа;
- шифрование есть процесс преобразования информации, который зависит от секретного ключа и преобразует исходный текст в шифртекст (криптограмму), представляющий собой псевдослучайную последовательность знаков, из которой получение информации без знания секретного ключа практически неосуществимо;
- дешифрование есть процесс обратный процедуре шифрования; дешифрование обеспечивает восстановление информации по криптограмме при знании секретного ключа;
- шифр представляет собой совокупность элементарных шагов преобразования входных данных с использованием секретного ключа; шифр может быть реализован в виде программы для ЭВМ или в виде отдельного устройства;
- двоичный вектор - это некоторая последовательность нулевых и единичных битов, например (101101011); двоичный вектор интерпретируется как двоичное число, т.е. двоичному вектору может быть сопоставлено численное значение;
- криптоанализ - метод вычисления секретного ключа для получения несанкционированного доступа к зашифрованной информации;
- криптостойкость является мерой надежности защиты зашифрованной информации и представляет собой трудоемкость, измеренную в количестве элементарных операций, которые необходимо выполнить для восстановления информации по криптограмме при знании алгоритма преобразования, но без знания секретного ключа;
- одноместная операция - это операция, выполняемая над двоичным вектором; двоичный вектор, формируемый на выходе одноместной операции, зависит только от входного двоичного вектора; примером одноместных операций являются операции циклического сдвига;
- двуместная операция - это операция, выполняемая над двумя операндами; результат выполнения некоторой данной двуместной операции зависит от значения каждого операнда; примером двуместных операций являются операции сложения, вычитания, умножения и др.In the aggregate of the features of the proposed method, the following terms are used:
- the secret key is binary information known only to a legitimate user;
- subkey - part of the secret key;
- encryption is the process of converting information that depends on the secret key and converts the source text into ciphertext (cryptogram), which is a pseudo-random sequence of characters from which obtaining information without knowing the secret key is practically impossible;
- decryption is the reverse process of encryption; decryption provides recovery of information from the cryptogram with the knowledge of the secret key;
- the cipher is a set of elementary steps for converting input data using a secret key; the cipher can be implemented as a computer program or as a separate device;
- a binary vector is a sequence of zero and one bits, for example (101101011); a binary vector is interpreted as a binary number, i.e. a binary vector can be matched with a numerical value;
- cryptanalysis - a method of calculating a secret key to obtain unauthorized access to encrypted information;
- cryptographic strength is a measure of the reliability of encrypted information protection and represents the complexity, measured in the number of elementary operations that must be performed to recover information from a cryptogram with knowledge of the conversion algorithm, but without knowledge of the secret key;
- a single operation is an operation performed on a binary vector; the binary vector generated at the output of a unary operation depends only on the input binary vector; examples of single operations are cyclic shift operations;
- two-place operation is an operation performed on two operands; the result of some given two-place operation depends on the value of each operand; examples of double operations are the operations of addition, subtraction, multiplication, etc.
- операнд - это двоичный вектор, над которым выполняется двуместная или одноместная операция;
- управляемая двуместная операция - это операция, выполняемая над двумя операндами под управлением некоторого двоичного вектора, называемого управляющим вектором; результат выполнения некоторой управляемой двуместной операции при фиксированном управляющем векторе зависит от значения каждого операнда, а при фиксированных значениях операндов - от значения управляющего вектора; примеры реализации управляемых двуместных операций описаны в патенте 2140716 [Молдовян А.А., Молдовян Н.А., Молдовян П.А. Способ криптографического преобразования блоков цифровых данных // Патент РФ 2140716, МПК6 H 04 L 9/28, БИ 30 от 27.10.1999]; в формулах управляемую двуместную операцию будем обозначать записью Z:=QV(A,B), где А, В - операнды, V - управляющий вектор, Z - двоичный вектор, являющийся результатом выполнения управляемой двуместной операции QV;
- модификация управляемой двуместной операции - двуместная операция, соответствующая преобразованию двух операндов при фиксированном значении управляющего вектора;
- управляемая перестановка - это операция, выполняемая над одним операндом под управлением некоторого двоичного вектора, называемого управляющим вектором и заключающаяся в перестановке битов операнда в зависимости от значения управляющего вектора; примеры реализации управляемых перестановок описаны в патенте 2140714 [Алексеев Л.Е., Белкин Т.Г., Молдовян А.А., Молдовян Н.А. Способ итеративного шифрования блоков данных // Патент РФ 2140714, МПК6 Н 04 L 9/20, БИ 30 от 27.10.1999]; в формулах управляемую перестановку будем обозначать записью РV, а преобразование операнда В путем выполнения над ним управляемой перестановки - записью В:=РV(В), где V - управляющий вектор; управляемая перестановка является частным случаем управляемой одноместной операции;
- модификация управляемой перестановки - фиксированная перестановка битов операнда, соответствующая заданному значению управляющего вектора;
- обратная управляемая перестановка (по отношению к некоторой данной управляемой перестановке) - это перестановка, все модификации РV -1 которой являются обратными по отношению к модификациям перестановки РV, т.е. для любого заданного значения управляющего вектора последовательное выполнение операций РV и РV -1 над двоичным вектором В не изменяют значение последнего, что аналитически можно записать в виде В=PV -1(PV(B)) или В=PV(PV -1(B)); варианты реализации двух взаимно обратных управляемых перестановок описаны в патенте РФ 2140714.- the operand is a binary vector over which a two-place or one-place operation is performed;
- a controlled two-place operation is an operation performed on two operands under the control of a binary vector called a control vector; the result of some controlled two-place operation with a fixed control vector depends on the value of each operand, and for fixed values of the operands, on the value of the control vector; examples of the implementation of controlled double operations are described in patent 2140716 [Moldovyan A.A., Moldovyan N.A., Moldovyan P.A. The method of cryptographic conversion of digital data blocks // RF Patent 2140716, IPC 6 H 04 L 9/28, BI 30 from 10.27.1999]; in the formulas, the controlled two-place operation will be denoted by the record Z: = Q V (A, B), where A, B are operands, V is the control vector, Z is the binary vector resulting from the execution of the controlled two-place operation Q V ;
- modification of the controlled two-seater operation - a two-seater operation corresponding to the conversion of two operands with a fixed value of the control vector;
- controlled permutation - this is an operation performed on one operand under the control of a binary vector called a control vector and consisting in the permutation of the bits of the operand depending on the value of the control vector; examples of the implementation of controlled permutations are described in patent 2140714 [Alekseev L.E., Belkin T.G., Moldovyan A.A., Moldovyan N.A. The method of iterative encryption of data blocks // RF Patent 2140714, IPC 6 N 04 L 9/20, BI 30 from 10.27.1999]; in the formulas, the controlled permutation will be denoted by the record P V , and the transformation of the operand B by performing a controlled permutation on it by the record B: = P V (B), where V is the control vector; controlled permutation is a special case of controlled single operation;
- modification of controlled permutation - a fixed permutation of the bits of the operand corresponding to a given value of the control vector;
- inverse controlled permutation (with respect to some given controlled permutation) is a permutation, all modifications of P V -1 of which are inverse with respect to modifications of the permutation P V , i.e. for any given value of the control vector, the sequential execution of the operations P V and P V -1 on the binary vector B does not change the value of the latter, which can be analytically written as B = P V -1 (P V (B)) or B = P V ( P V -1 (B)); embodiments of two mutually inverse controlled permutations are described in RF patent 2140714.
- обратная управляемая двуместная операция (по отношению к некоторой данной управляемой двуместной операции Q - это такая управляемая двуместная операция (обозначаемая как Q-1), которая для любого заданного значения управляющего вектора V и любого заданного значения операнда В удовлетворяет условию А=QV -1(Z, B), если Z=QV(A, B); варианты реализации двух взаимно обратных управляемых двуместных операций описаны в работе [Гуц Н.Д., Молдовян А. А. , Молдовян Н.А. Гибкие аппаратно-ориентированные шифры на базе управляемых сумматоров // Вопросы защиты информации, 2000, 1, с. 8-15];
- обращаемая управляемая двуместная операция Q* - это такая управляемая двуместная операция, которая контролируется специальным битом инвертирования е; разные значения е задают два разных варианта управляемой двуместной операции, причем эти варианты являются взаимно обратными; например, если при е=0 выполняется операция Q(0), а при е=1 - операция Q(1), то для этих управляемых двуместных операций имеет место соотношение Q(1)=Q(0) -1; вариант реализации обращаемой управляемой двуместной операции описан в работе [Гуц Н.Д., Молдовян А.А., Молдовян Н.А. Гибкие аппаратно-ориентированные шифры на базе управляемых сумматоров // Вопросы защиты информации, 2000, 1, с. 8-15];
- управляемая перестановочная инволюция - это операция управляемой перестановки Р, для которой обратная по отношению к ней управляемая перестановка совпадает с ней самой, т.е. РV -1=РV для всех возможных значений управляющего вектора; это означает, что для управляемой перестановочной инволюции справедливо равенство В=РV(РV(В)) при произвольном значении V.is an inverse controlled two-place operation (with respect to some given controlled two-place operation, Q is such a controlled two-place operation (denoted as Q -1 ), which for any given value of the control vector V and any given value of the operand B satisfies the condition A = Q V - 1 (Z, B) if Z = Q V (A, B); options for the implementation of two mutually inverse controlled two-place operations are described in [Guts N.D., Moldovyan A.A., Moldovyan N.A. oriented ciphers based on managed adders // Security issues inf rations, 2000, 1, pp. 8-15];
- the reversed controlled two-place operation Q * is such a controlled two-place operation that is controlled by a special invert bit e; different values of e specify two different variants of the controlled two-seater operation, and these variants are mutually inverse; for example, if, for e = 0, the operation Q (0) is performed, and for e = 1, the operation Q (1) , then for these controlled two-place operations we have the relation Q (1) = Q (0) -1 ; an implementation option of a reversed controlled two-seater operation is described in [Guts N.D., Moldovyan A.A., Moldovyan N.A. Flexible hardware-oriented ciphers based on managed adders // Issues of information security, 2000, 1, p. 8-15];
- controlled permutation involution is an operation of controlled permutation P, for which the controlled permutation inverse to it coincides with itself, i.e. P V -1 = P V for all possible values of the control vector; this means that for a controlled permutation involution the equality B = P V (P V (B)) holds for an arbitrary value V.
Известны способы итеративного шифрования блоков цифровых данных, см. например, шифр DES [B. Schneier, "Applied Cryptography", Second Eddition, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1996, p. 270-277]. В данном способе данные разбиваются на блоки, шифрование которых выполняют путем формирования секретного ключа, разбиения преобразуемого блока данных на два подблока L и R и поочередного изменения последних путем выполнения операции поразрядного суммирования по модулю два над подблоком L и двоичным вектором, который формируется как выходное значение некоторой функции Е от значения подблока R. После этого подблоки переставляются местами. Функция Е в указанном способе реализуется путем выполнения операций перестановки и подстановки, выполняемых над подблоком R. Данный способ обладает высокой скоростью преобразований при реализации в виде специализированных электронных схем. Однако известный способ-аналог использует секретный ключ малого размера (56 бит), что делает его уязвимым к криптоанализу на основе подбора ключа. Последнее связано с высокой вычислительной мощностью современных ЭВМ. Known methods for iterative encryption of digital data blocks, see, for example, the DES cipher [B. Schneier, "Applied Cryptography", Second Eddition, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1996, p. 270-277]. In this method, the data is divided into blocks, the encryption of which is performed by generating a secret key, dividing the converted data block into two subunits L and R and alternating the latter by performing bitwise summing operations modulo two over the subunit L and the binary vector, which is formed as the output value some function E on the value of the sub-block R. After this, the sub-blocks are rearranged. Function E in the specified method is implemented by performing permutation and substitution operations performed on the sub-block R. This method has a high conversion speed when implemented in the form of specialized electronic circuits. However, the known analogue method uses a small secret key (56 bits), which makes it vulnerable to cryptanalysis based on key selection. The latter is associated with the high computing power of modern computers.
Другим известным способом итеративного шифрования блоков дискретных данных является способ, описанный в Российском стандарте криптографической защиты данных [Стандарт СССР ГОСТ 28147-89. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования]. Этот способ включает в себя формирование ключа шифрования в виде последовательности из 8 подключей длиной 32 бита, разбиение входной информации, представленной в виде двоичного кода, на участки длиной по 64 бит, формирование на их основе 64-битовых блоков данных и преобразование блоков под управлением ключа шифрования. Перед преобразованием каждый блок данных разбивается на два 32-битовых подблока A и В, которые поочередно преобразуются путем выполнения 32 раундов преобразования (итераций). Один раунд преобразования заключается в следующем. По подблоку А и одному из подключей вычисляется 32-битовое значение раундовой функции Е и полученное значение Е(А) накладывают на подблок В с помощью операции поразрядного суммирования по модулю два (⊕) в соответствии с формулой B := B⊕E(A). Вычисление раундовой функции осуществляется в соответствии со следующими шагами преобразования. По подблоку А формируется двоичный вектор F. Преобразуют двоичный вектор F путем наложения на него текущего подключа Ki, являющегося фиксированным для данного раунда и называемого раундовым подключом, с помощью операции сложения по модулю 232 (+) в соответствии с формулой F:=(R+Ki) mod 232, где 1≤i≤8, после чего над двоичным вектором F выполняют операцию подстановки (F:=S(F)), затем операцию циклического сдвига влево на одиннадцать бит, т.е. на одиннадцать двоичных разрядов в сторону старших разрядов (F:=F<<<11). После каждого раунда шифрования, за исключением последнего раунда, подблоки переставляются. Операция подстановки выполняется следующим образом. Двоичный вектор F разбивается на 8 двоичных векторов длиной по 4 бит. Каждый двоичный вектор заменяется двоичным вектором из таблицы подстановок. Выбранные из таблицы подстановок восемь 4-битовых векторов объединяются в преобразованный 32-битовый двоичный вектор F.Another well-known method of iterative encryption of discrete data blocks is the method described in the Russian standard for cryptographic data protection [USSR Standard GOST 28147-89. Information processing systems. Cryptographic protection. Cryptographic Transformation Algorithm]. This method includes generating an encryption key in the form of a sequence of 8 subkeys 32 bits long, splitting the input information presented as binary code into sections of 64 bit length, forming 64-bit data blocks on their basis, and converting the blocks under the control of the key encryption. Before conversion, each data block is divided into two 32-bit subunits A and B, which are converted one by one by performing 32 rounds of conversion (iterations). One round of conversion is as follows. Using subunit A and one of the subkeys, the 32-bit value of the round function E is calculated and the obtained value E (A) is superimposed on subunit B using the bitwise summing operation modulo two (⊕) in accordance with the formula B: = B⊕E (A) . The calculation of the round function is carried out in accordance with the following transformation steps. A binary vector F is formed from subunit A. The binary vector F is transformed by superimposing on it the current subkey K i , which is fixed for a given round and called a round subkey, using the addition operation modulo 2 32 (+) in accordance with the formula F: = ( R + K i ) mod 2 32 , where 1≤i≤8, after which the substitution operation (F: = S (F)) is performed on the binary vector F, then the operation of cyclic left shift by eleven bits, i.e. by eleven binary digits in the direction of the higher digits (F: = F <<< 11). After each round of encryption, with the exception of the last round, the subblocks are rearranged. The substitution operation is performed as follows. Binary vector F is divided into 8 binary vectors with a length of 4 bits. Each binary vector is replaced by a binary vector from the lookup table. Eight 4-bit vectors selected from the lookup table are combined into a converted 32-bit binary vector F.
Однако способ-аналог имеет недостатки, а именно, операции подстановок выполняются над двоичными векторами малой длины (4 бита), что создает предпосылки для атаки этого шифра методом дифференциального криптоанализа [B. Schneier, "Applied Cryptography", Second Eddition, John Wiley & Sons, Inc. , New York,1996, p. 285-290]. Поэтому для обеспечения высокой стойкости к дифференциальному криптоанализу требуется выполнить большое число раундов шифрования, что снижает скоростные показатели шифра. However, the analogue method has drawbacks, namely, the substitution operations are performed on binary vectors of small length (4 bits), which creates the prerequisites for attacking this cipher by differential cryptanalysis [B. Schneier, "Applied Cryptography", Second Eddition, John Wiley & Sons, Inc. , New York, 1996, p. 285-290]. Therefore, to ensure high resistance to differential cryptanalysis, a large number of encryption rounds are required, which reduces the encryption performance.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу итеративного шифрования блоков дискретных данных является способ, описанный в патенте РФ 2141729 [Молдовян А.А., Молдовян Н.А. Способ криптографического преобразования блоков двоичных данных // Патент РФ 2141729, МПК6 Н 04 L 9/00, БИ 32 от 20.11.1999]. Способ прототип включает в себя формирование секретного ключа, разбиение блока данных на два подблока А и В и преобразование подблоков под управлением ключа шифрования путем выполнения над ними 16 раундов преобразования (итераций). Каждый раунд включает поочередное преобразование подблоков, причем над каждым из них выполняются не менее двух операций. В частном случае реализации способа прототипа (см. пример 1 при r= 1 в описании патента 2141729) один раунд включает следующие шаги преобразования:
1. С помощью операции поразрядного суммирования по модулю два (⊕) на подблок А накладывается подключ К1 в соответствии с формулой A := A⊕K1.
2. С помощью операции сложения по модулю 232 (+) на подблок В накладывается подключ К2 в соответствии с формулой В:=В+К2, где знак ":=" обозначает операцию присваивания.The closest in technical essence to the claimed method of iterative encryption of discrete data blocks is the method described in the patent of the Russian Federation 2141729 [Moldovyan A.A., Moldovyan N.A. The method of cryptographic conversion of binary data blocks // RF Patent 2141729, IPC 6 Н 04 L 9/00, BI 32 from 11/20/1999]. The prototype method includes generating a secret key, splitting a data block into two sub-blocks A and B, and converting the sub-blocks under the control of the encryption key by performing 16 rounds of conversion (iterations) on them. Each round includes the conversion of sub-blocks in turn, with at least two operations performed on each of them. In the particular case of the implementation of the prototype method (see example 1 with r = 1 in the description of patent 2141729), one round includes the following conversion steps:
1. Using the bitwise summing operation modulo two (⊕), a sub-block K 1 is superimposed on sub block A in accordance with the formula A: = A ⊕ K 1 .
2. Using the addition operation modulo 2 32 (+), a sub-block K 2 is superimposed on the sub-block B in accordance with the formula B: = B + K 2 , where the “: =” sign denotes the assignment operation.
3. Подблок В преобразуется в соответствии с выражением В:=РV(В), где РV - модификация управляемой перестановки, V - значение управляющего вектора, формируемого в зависимости от значений подблока А и подключа К3.3. Subblock B is transformed in accordance with the expression B: = P V (B), where P V is the modification of the controlled permutation, V is the value of the control vector formed depending on the values of the subblock A and subkey K 3 .
4. На подблок А накладывается подблок В в соответствии с формулой: А:= А+В. 4. On subunit A, subunit B is superimposed in accordance with the formula: A: = A + B.
5. Над подблокoм А выполняется операция управляемой перестановки А:= РV(А), где V - значение управляющего вектора формируемого в зависимости от значений подблока В и подключа К4.5. The operation of controlled permutation A is performed over sub block A: = Р V (A), where V is the value of the control vector generated depending on the values of sub block B and subkey K 4 .
6. Преобразуется подблок В в соответствии с формулой B := B⊕A.
Однако способ прототип имеет недостатки, а именно при его реализации в виде электронных криптографических устройств для выполнения шифрования и дешифрования необходимо использовать две различные электронные схемы, что усложняет его реализацию.6. Subblock B is converted in accordance with the formula B: = B⊕A.
However, the prototype method has drawbacks, namely, when it is implemented in the form of electronic cryptographic devices, it is necessary to use two different electronic circuits to perform encryption and decryption, which complicates its implementation.
В основу изобретения положена задача разработать способ итеративного шифрования блоков цифровых данных, в котором преобразование входных данных осуществлялось бы таким образом, чтобы процедуры шифрования и дешифрования могли осуществляться с помощью одной и той же электронной схемы, используя подключи в обратной очередности при выполнении дешифрования по отношению очередности использования под ключей при шифровании, что упрощает схемотехническую реализацию. The basis of the invention is the task of developing an iterative encryption of digital data blocks, in which the input data is converted in such a way that the encryption and decryption procedures can be carried out using the same electronic circuit, using plug-ins in reverse order when decrypting in relation to the order use of keys under encryption, which simplifies the circuitry implementation.
Поставленная задача достигается тем, что в способе итеративного шифрования блоков дискретных данных, включающем формирование секретного ключа, разбиение блока данных на два подблока и выполнение R≥2 раундов шифрования, включающих преобразование первого подблока путем выполнения над ним последовательности операций L1, L2, ..., Ln, где n>1, и преобразование второго подблока путем выполнения над ним последовательности операций H1, H2,..., Нm, где m>1, новым, согласно изобретению, является то, что m является четным числом, n является нечетным числом и дополнительно в первых (R-1) раундах шифрования после выполнения операций Ln и Нm осуществляют перестановку подблоков, а операции Hi являются обратными по отношению к операциям Hm-i+1, где 1≤i≤m/2, и операции Lj являются обратными по отношению к операциям Ln-j+1, где 1≤j≤(n-1)/2, причем перед выполнением операции L(n-1)/2+1 формируют управляющий вектор, а в качестве операции L(n-1)/2+1 используется обращаемая управляемая двуместная операция.The problem is achieved in that in the method of iterative encryption of discrete data blocks, including generating a secret key, splitting the data block into two subblocks and performing R≥2 rounds of encryption, including converting the first subblock by performing a sequence of operations L 1 , L 2 , on it. .., L n , where n> 1, and the transformation of the second subblock by performing a sequence of operations H 1 , H 2 , ..., H m on it , where m> 1, new, according to the invention, is that m is an even number, n is an odd number and additionally, in the first (R-1) encryption rounds, after the operations L n and H m are performed, the sub-blocks are rearranged, and the operations H i are inverse to the operations H m-i + 1 , where 1≤i≤m / 2, and operations L j are inverse with respect to operations L n-j + 1 , where 1≤j≤ (n-1) / 2, and before the operation L (n-1) / 2 + 1 , a control vector is formed, and as operations L (n-1) / 2 + 1 uses a reversible controlled two-place operation.
Благодаря такому решению выполнение последовательности операций L1, L2,. . ., Ln и операций Н1, H2,..., Нm, задает процедуру преобразования блока данных являющуюся инволюцией, что обеспечивает возможность осуществления дешифрования зашифрованного блока данных с помощью той же электронной схемы, которая использовалась при его шифровании. Это упрощает схемотехническую реализацию способа итеративного шифрования блоков дискретных данных.Thanks to this solution, the execution of the sequence of operations L 1 , L 2 ,. . ., L n and operations H 1 , H 2 , ..., H m , defines the procedure for converting the data block as an involution, which makes it possible to decrypt the encrypted data block using the same electronic circuit that was used to encrypt it. This simplifies the circuitry implementation of the method of iterative encryption of discrete data blocks.
Новым является также то, что дополнительно перед выполнением каждой операции L1, L2, ..., Ln, Н1, H2,..., Hm формируют управляющий вектор, а в качестве операций L1, L2,..., Ln, H1, H2,..., Нm используются управляемые перестановки и управляемые двуместные операции, причем в качестве операции L(n-1)/2+1 используется обращаемая управляемая двуместная операция.It is also new that, in addition to performing each operation L 1 , L 2 , ..., L n , H 1 , H 2 , ..., H m , a control vector is formed, and as operations L 1 , L 2 , ..., L n , H 1 , H 2 , ..., H m , controlled permutations and controlled two-place operations are used, and the inverse controlled two-place operation is used as the operation L (n-1) / 2 + 1 .
Благодаря такому решению, обеспечивается повышение стойкости к дифференциальному криптоанализу. Thanks to this solution, it provides increased resistance to differential cryptanalysis.
Кроме того, новым является то, что перед выполнением операции Lj, 1≤j≤n над первым подблоком управляющий вектор формируют в зависимости от секретного ключа и от текущего значения второго подблока, а перед выполнением операции Hi, 1≤i≤m над вторым подблоком управляющий вектор формируют в зависимости от секретного ключа и от текущего значения первого подблока.In addition, it is new that before performing the operation L j , 1≤j≤n on the first subunit, the control vector is formed depending on the secret key and the current value of the second subunit, and before performing the operation H i , 1≤i≤m on the second subblock, the control vector is formed depending on the secret key and the current value of the first subblock.
Благодаря такому решению, обеспечивается дополнительное повышение криптостойкости и возможность сокращения числа раундов шифрования, что обеспечивает повышение скорости шифрования. Thanks to this solution, an additional increase in cryptographic strength and the possibility of reducing the number of encryption rounds is provided, which ensures an increase in the encryption speed.
Ниже сущность заявляемого изобретения более подробно разъясняется примерами его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи. Below the essence of the claimed invention is explained in more detail by examples of its implementation with reference to the accompanying drawings.
Обобщенная схема итеративного шифрования блоков данных на основе заявляемого способа представлена структурой раунда шифрования, показанной на фиг. 1а, где А и В - подблоки преобразуемого блока данных. The generalized scheme of iterative encryption of data blocks based on the proposed method is represented by the encryption round structure shown in FIG. 1a, where A and B are sub-blocks of the data block to be converted.
Пример 1
Данный пример показан на фиг.1б и поясняет реализацию способа для случая n= 5 и m=4. Блок данных Т имеет длину 64 бит и разбивается на два 32-битовых подблока А и В. На фиг.1б использованы следующие обозначения:
Р и Р-1 - взаимно обратные управляемые перестановки, выполняемые над 32-битовыми двоичными векторами и имеющие 64-битовый управляющий вход;
π и π-1- взаимно обратные фиксированные перестановки, т.е. такие фиксированные перестановки, последовательное выполнение которых над любым операндом не изменяют значения последнего, т.е. имеют место соотношения: π(π-1(A)) = A, и π-1(π(A)) = A. Фиксированные перестановки легко реализуются в электронных схемах и не вводят задержки в процесс преобразования данных;
Q* - обращаемая двуместная операция с 32-битовым управляющим входом;
"-" - операция вычитание по модулю 232.Example 1
This example is shown in figb and explains the implementation of the method for the case of n = 5 and m = 4. The data block T has a length of 64 bits and is divided into two 32-bit subunits A and B. In FIG. 1b, the following notation is used:
P and P -1 are mutually inverse controlled permutations performed on 32-bit binary vectors and having a 64-bit control input;
π and π -1 are mutually inverse fixed permutations, i.e. such fixed permutations, the sequential execution of which on any operand does not change the value of the latter, i.e. the relations are: π (π -1 (A)) = A, and π -1 (π (A)) = A. Fixed permutations are easily implemented in electronic circuits and do not introduce delays in the data conversion process;
Q * is a reversible two-place operation with a 32-bit control input;
"-" - operation subtraction modulo 2 32 .
Шифрование в соответствии с примером 1 осуществляется следующим образом. Формируется секретный ключ в виде следующей совокупности 32-битовых раундовых подключей: К1, К2,..., К16 и W1, W2,...., W16. Блок данных разбивается на два подблока А=Т div 232 и В=Т mod 232. Шифрование блока данных выполняется в соответствии со следующим алгоритмом.Encryption in accordance with example 1 is as follows. The secret key is generated in the form of the following set of 32-bit round subkeys: K 1 , K 2 , ..., K 16 and W 1 , W 2 , ...., W 16 . The data block is divided into two subunits A = T div 2 32 and B = T mod 2 32 . Data block encryption is performed in accordance with the following algorithm.
1. Установить счетчик числа раундов шифрования r:=1 и значение е=1. 1. Set the counter for the number of encryption rounds r: = 1 and the value e = 1.
2. Наложить подключ Wr на подблок A с помощью операции суммирования по модулю 232:
A:=(A+Wr) mod 232.2. Place subwrite W r on sub block A using the summation operation modulo 2 32 :
A: = (A + W r ) mod 2 32 .
3. Наложить подключ Кr на подблок В с помощью операции поразрядного суммирования по модулю 2:
B := B⊕Kr.
4. Сформировать 64-битовый управляющий вектор V:V = A|A, где знак "|" обозначает операцию конкатенации.3. Place subkey K r on subblock B using the bitwise summing operation modulo 2:
B: = B⊕K r .
4. Generate a 64-bit control vector V: V = A | A, where the sign "|" denotes a concatenation operation.
5. Выполнить над подблоком В операцию управляемой перестановки:
В:=РV(В).5. Perform on a sub-block B operation controlled permutation:
B: = P V (B).
6. Выполнить над подблоком А операцию фиксированной перестановки:
A := π(A).
7. Сформировать управляющий вектор V в зависимости от подблока A и подключей Кr и Wr:
V = A⊕Kr⊕Wr.
8. Наложить подблок A на подблок В с помощью обращаемой управляемой двуместной операции
B := Q
9. Выполнить над подблоком А операцию обратной фиксированной перестановки:
A := π-1(A).
10. Сформировать по подблоку А 64-битовый управляющий вектор V:V = A|A.
11. Выполнить над подблоком В операцию обратной управляемой перестановки:
В:=РV -1(В).6. Perform a fixed permutation operation on block A:
A: = π (A).
7. Form a control vector V depending on the subunit A and subkey K r and W r :
V = A⊕K r ⊕W r .
8. Place subunit A on subunit B using a reversible controlled two-seat operation
B: = Q
9. Perform reverse fixed permutation operation on block A:
A: = π -1 (A).
10. Generate a 64-bit control vector V: V = A | A from subunit A.
11. Perform on a sub-block B operation reverse controlled permutation:
B: = P V -1 (B).
12. Наложить подключ Кr на подблок А с помощью операции вычитания по модулю 232:
А:=(A-Кr) mod 232.12. Place subkey K r on sub block A using the subtraction operation modulo 2 32 :
A: = (A-K r ) mod 2 32 .
13. Наложить подключ Wr на подблок В с помощью операции поразрядного суммирования по модулю 2:
B := B⊕Wr.
14. Если r<16, то прирастить r:=r+1, переставить подблоки А и В (т.е. взять двоичный вектор A в качестве двоичного вектора В, а двоичный вектор В - в качестве двоичного вектора A) и перейти к шагу 2.13. Place subwrite W r on subblock B using the bitwise summing operation modulo 2:
B: = B⊕W r .
14. If r <16, then increment r: = r + 1, rearrange subblocks A and B (that is, take binary vector A as binary vector B, and binary vector B as binary vector A) and go to step 2.
15. СТОП. 15. STOP.
Блок криптограммы С формируется путем объединения преобразованных двоичных векторов А и В: C = A|B. Дешифрование блока криптограммы осуществляется с помощью этого же алгоритма, за исключением того, что на первом шаге устанавливается значение е=0 и при выполнении шагов 2, 7 и 13 используется подключ К17-r вместо подключа Wr, а при выполнении шагов 3, 7 и 12 - подключ W17-r вместо Кr. Бит е служит для обращения управляемой двуместной операции Q* и для задания очередности использования раундовых подключей, т.е. значение этого бита задает режим шифрования (е=1) или дешифрования (е=0). Поскольку шифрование и дешифрование осуществляются с помощью одного и того же алгоритма, то обе эти процедуры могут быть выполнены с помощью одной и той же электронной схемы.The cryptogram block C is formed by combining the transformed binary vectors A and B: C = A | B. Decryption of the cryptogram block is carried out using the same algorithm, except that in the first step the value e = 0 is set and when performing steps 2, 7 and 13, the subkey K 17-r is used instead of the subkey W r , and when performing steps 3, 7 and 12 - plug W 17-r instead of K r . Bit e serves to reverse the controlled two-place operation Q * and to specify the sequence of use of round subkeys, i.e. the value of this bit sets the encryption mode (e = 1) or decryption (e = 0). Since encryption and decryption are performed using the same algorithm, both of these procedures can be performed using the same electronic circuit.
Пример 2. Шифрование 64-битового блока данных Т
Данный пример поясняется на фиг.2а и соответствует случаю n=5 и m=4 и использованию обращаемой управляемой двуместной операции Q* в качестве операции L(n-1)/2+1. В данном примере используется обращаемая управляемая двуместная операция Q* с 32-битовым управляющим входом. Шифрование в соответствии с примером 2 осуществляется следующим образом. Формируется секретный ключ в виде следующей совокупности 32-битовых раундовых подключей: K1, K2, . . ., К8 и W1, W2,..., W8. Разбить блок данных T на два 32-битовых подблока А и В. Затем выполняется шифрование блока данных в соответствии со следующим алгоритмом.Example 2. Encryption of a 64-bit data block T
This example is illustrated in FIG. 2a and corresponds to the case n = 5 and m = 4 and the use of the reversed controlled two-place operation Q * as the operation L (n-1) / 2 + 1 . This example uses a reversible controlled two-place operation Q * with a 32-bit control input. Encryption in accordance with example 2 is as follows. The secret key is generated in the form of the following combination of 32-bit round subkeys: K 1 , K 2 ,. . ., K 8 and W 1 , W 2 , ..., W 8 . Split the data block T into two 32-bit subunits A and B. Then the data block is encrypted in accordance with the following algorithm.
1. Установить счетчик числа раундов шифрования r:=1 и значение бита инвертирования е=1. 1. Set the counter for the number of encryption rounds r: = 1 and the value of the invert bit e = 1.
2. Наложить подключ Кr на подблок A в соответствии с формулой:
A := A⊕Kr.
3. Выполнить над подблоком В операцию фиксированной перестановки:
B := π(B).
4. По подключу Wr и по подблоку В сформировать 64-битовый управляющий вектор V:V = Wr|B.
5. Выполнить над подблоком А операцию управляемой перестановки:
А:=РV(А).2. Place subkey K r on sub block A in accordance with the formula:
A: = A⊕K r .
3. Perform on a sub-block B operation of a fixed permutation:
B: = π (B).
4. By connecting W r and using sub-block B to form a 64-bit control vector V: V = W r | B.
5. Perform a controlled permutation operation on subunit A:
A: = P V (A).
6. Наложить подключ Wr на подблок В в соответствии с выражением:
В:=(В+Wr) mod 232.6. Place subwrite W r on subblock B in accordance with the expression:
B: = (B + W r ) mod 2 32 .
7. Сформировать 32-битовый управляющий вектор V в зависимости от подблока А и подключей Кr и Wr в соответствии с выражением:
V = (Wr+Kr)⊕A.
8. Наложить подблок А на подблок В с помощью обращаемой управляемой двуместной операции:
B := Q
9. Наложить подключ Кr на подблок В в соответствии с выражением:
В:=(В-Кr) mod 232.7. Generate a 32-bit control vector V, depending on sub-block A and subkeys K r and W r in accordance with the expression:
V = (W r + K r ) ⊕ A.
8. Place subunit A on subunit B using a reversible controlled two-seat operation:
B: = Q
9. Place subkey K r on subblock B in accordance with the expression:
B: = (BK r ) mod 2 32 .
10. По подключу Кr и по подблоку В сформировать 64-битовый управляющий вектор V:V = Kr|B.
11. Выполнить над подблоком A операцию обратной управляемой перестановки:
А:=РV -1(А).10. By connecting K r and using sub-block B to form a 64-bit control vector V: V = K r | B.
11. Perform reverse controlled permutation operation on block A:
A: = P V -1 (A).
12. Наложить подключ Wr на подблок А в соответствии с формулой:
A := A⊕Wr.
13. Выполнить над подблоком В операцию обратной фиксированной перестановки:
B := π-1(B).
14. Если r<8, то прирастить r:=r+1, переставить подблоки A и В и перейти к шагу 2.12. Place subwrite W r on sub-block A in accordance with the formula:
A: = A⊕W r .
13. Perform the reverse fixed permutation operation on subblock B:
B: = π -1 (B).
14. If r <8, then increment r: = r + 1, rearrange subblocks A and B, and go to step 2.
15. СТОП. 15. STOP.
В результате выполнения алгоритма формируется блок криптограммы C = A|B. Дешифрование блока криптограммы осуществляется с помощью этого же алгоритма, за исключением того, что на первом шаге устанавливается значение е=0, а при выполнении шагов 4, 6, 7 и 12 используется подключ K9-r вместо подключа Wr и при выполнении шагов 2, 7, 9 и 10 - подключ W9-r вместо подключа Кr.As a result of the algorithm execution, the cryptogram block C = A | B is formed. Decryption of the cryptogram block is carried out using the same algorithm, except that in the first step the value e = 0 is set, and in
Пример 3
Данный пример поясняется на фиг. 2б, где Q - управляемая двуместная операция с 32-битовым управляющим входом и Q-1 - соответствующая обратная управляемая двуместная операция с 32-битовым управляющим входом. Пример 3 соответствует случаю n=3 и m=2 и использованию операций управляемых перестановок и управляемых двуместных операций в качестве операций L1, L2,..., Ln, H1, H2,..., Нm и операции Q* в качестве операции L(n-1)/2+1.Example 3
This example is illustrated in FIG. 2b, where Q is a controlled two-place operation with a 32-bit control input and Q -1 is the corresponding reverse controlled two-place operation with a 32-bit control input. Example 3 corresponds to the case n = 3 and m = 2 and the use of controlled permutation operations and controlled two-place operations as the operations L 1 , L 2 , ..., L n , H 1 , H 2 , ..., H m and the operations Q * as the operation L (n-1) / 2 + 1 .
Шифрование в соответствии с примером 3 осуществляется следующим образом. Формируется секретный ключ в виде следующей совокупности 32-битовых раундовых подключей: K1, К2,..., К16 и W1, W2,...., W16. Разбить блок данных Т на два 32-битовых подблока А и В. Шифрование блока данных выполняется в соответствии со следующим алгоритмом.Encryption in accordance with example 3 is as follows. The secret key is generated in the form of the following set of 32-bit round subkeys: K 1 , K 2 , ..., K 16 and W 1 , W 2 , ...., W 16 . Split the data block T into two 32-bit subunits A and B. The encryption of the data block is carried out in accordance with the following algorithm.
1. Установить r:=1 и е=1. 1. Set r: = 1 and e = 1.
2. По подключу Wr и по подблоку А сформировать 32-битовый управляющий вектор V:V = Wr⊕A.
3. Наложить подключ Кr на подблок В в соответствии с формулой:
B:=QV(B, Kr).2. By connecting W r and using sub-block A, form a 32-bit control vector V: V = W r ⊕ A.
3. Place subkey K r on sub-block B in accordance with the formula:
B: = Q V (B, K r ).
4. По подключу Wr и по подблоку В сформировать 64-битовый управляющий вектор V:V = Wr|B.
5. Выполнить над подблоком А операцию управляемой перестановки:
А:=РV(А).4. By connecting W r and using sub-block B to form a 64-bit control vector V: V = W r | B.
5. Perform a controlled permutation operation on subunit A:
A: = P V (A).
6. Сформировать управляющий вектор V в зависимости от подблока А и подключей Кr и Wr:
V = (Wr+Kr)⊕A.
7. Наложить подблок А на подблок В с помощью обращаемой управляемой двуместной операции Q*:
B := Q
8. По подключу Кr и по подблоку В сформировать 64-битовый управляющий вектор V:V = Kr|B.
9. Выполнить над подблоком А операцию обратной управляемой перестановки:
А:=РV -1(А).6. Generate a control vector V depending on subunit A and subkey K r and W r :
V = (W r + K r ) ⊕ A.
7. Place subunit A on subunit B using the reversed controlled two-place operation Q *:
B: = Q
8. By connecting To r and using sub-block B, generate a 64-bit control vector V: V = K r | B.
9. Perform a reverse controlled permutation operation on subunit A:
A: = P V -1 (A).
10. По подключу Кr и по подблоку А сформировать 32-битовый управляющий вектор V в соответствии с формулой: V = Kr⊕A.
11. Наложить подключ Wr на подблок В в соответствии с формулой:
В:=QV -1(B, Wr).10. By connecting K r and using sub-block A, form a 32-bit control vector V in accordance with the formula: V = K r ⊕A.
11. Place subwire W r on subblock B in accordance with the formula:
B: = Q V -1 (B, W r ).
12. Если r<16, то прирастить r:=r+1, переставить подблоки А и В и перейти к шагу 2. 12. If r <16, then increment r: = r + 1, rearrange subblocks A and B, and go to step 2.
13. СТОП. 13. STOP.
В результате выполнения алгоритма формируется блок криптограммы C = A|B. Дешифрование блока криптограммы осуществляется с помощью этого же алгоритма, за исключением того, что на первом шаге устанавливается значение бита инвертирования е= 0, а при выполнении шагов 2, 4, 6 и 11 используется подключ K17-r вместо подключа Wr, а при выполнении шагов 3, 6, 8 и 10 - подключ W17-r вместо подключа Кr. Такое изменение очередности использования подключей в электронных схемах может быть легко задано в зависимости от установки значения бита инвертирования е.As a result of the algorithm execution, the cryptogram block C = A | B is formed. The cryptogram block is decrypted using the same algorithm, except that in the first step the inversion bit value is set to e = 0, and when performing
Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ итеративного шифрования блоков дискретных данных технически реализуем и позволяет решить поставленную задачу. The above examples show that the proposed method of iterative encryption of discrete data blocks is technically feasible and allows us to solve the problem.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000124366/09A RU2186466C2 (en) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | Method for iterative encryption of digital data blocks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000124366/09A RU2186466C2 (en) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | Method for iterative encryption of digital data blocks |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2186466C2 true RU2186466C2 (en) | 2002-07-27 |
| RU2000124366A RU2000124366A (en) | 2003-01-27 |
Family
ID=20240344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000124366/09A RU2186466C2 (en) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | Method for iterative encryption of digital data blocks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2186466C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2266621C1 (en) * | 2004-03-29 | 2005-12-20 | Осмоловский Станислав Антонович | Method for data protection in radio and local computer network |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4016203A1 (en) * | 1990-05-19 | 1991-11-21 | Rolf Prof Dr Trautner | METHOD FOR BLOCK-ENCRYPTING DIGITAL DATA |
| US5168521A (en) * | 1989-07-25 | 1992-12-01 | U.S. Philips Corp. | Method of executing an irregular permutation of data protected by encryption |
| US5442705A (en) * | 1993-03-11 | 1995-08-15 | Nec Corporation | Hardware arrangement for enciphering bit blocks while renewing a key at each iteration |
| RU2140714C1 (en) * | 1999-01-18 | 1999-10-27 | Государственное унитарное предприятие Специализированный центр программных систем "Спектр" | Data block iterative ciphering technique |
-
2000
- 2000-09-25 RU RU2000124366/09A patent/RU2186466C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5168521A (en) * | 1989-07-25 | 1992-12-01 | U.S. Philips Corp. | Method of executing an irregular permutation of data protected by encryption |
| DE4016203A1 (en) * | 1990-05-19 | 1991-11-21 | Rolf Prof Dr Trautner | METHOD FOR BLOCK-ENCRYPTING DIGITAL DATA |
| US5442705A (en) * | 1993-03-11 | 1995-08-15 | Nec Corporation | Hardware arrangement for enciphering bit blocks while renewing a key at each iteration |
| RU2140714C1 (en) * | 1999-01-18 | 1999-10-27 | Государственное унитарное предприятие Специализированный центр программных систем "Спектр" | Data block iterative ciphering technique |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2266621C1 (en) * | 2004-03-29 | 2005-12-20 | Осмоловский Станислав Антонович | Method for data protection in radio and local computer network |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7079651B2 (en) | Cryptographic method and apparatus for non-linearly merging a data block and a key | |
| US8503670B2 (en) | Parallelizable integrity-aware encryption technique | |
| US6014446A (en) | Apparatus for providing improved encryption protection in a communication system | |
| US5623549A (en) | Cipher mechanisms with fencing and balanced block mixing | |
| CA2218148C (en) | Generating unique and unpredictable values | |
| JP2002366029A (en) | Secure encryption for DPA | |
| KR100800468B1 (en) | Hardware encryption / decryption device and method for low power high speed operation | |
| US7672455B2 (en) | Method and apparatus for data encryption | |
| RU2141729C1 (en) | Method for encrypting of binary data units | |
| RU2140714C1 (en) | Data block iterative ciphering technique | |
| RU2188513C2 (en) | Method for cryptographic conversion of l-bit digital-data input blocks into l-bit output blocks | |
| RU2186467C2 (en) | Method for iterative block encryption | |
| RU2206961C2 (en) | Method for iterative block encryption of binary data | |
| Ledda et al. | Enhancing IDEA algorithm using circular shift and middle square method | |
| RU2140713C1 (en) | Method for cryptographic conversion of binary data blocks | |
| RU2186466C2 (en) | Method for iterative encryption of digital data blocks | |
| RU2199826C2 (en) | Method for iterative encoding of digital data blocks | |
| RU2140709C1 (en) | Process of cryptographic conversion of blocks of digital data | |
| Harris et al. | Key-dependent S-box manipulations | |
| RU2184423C2 (en) | Method for iterative block encryption of digital data | |
| KR100494560B1 (en) | Real time block data encryption/decryption processor using Rijndael block cipher and method therefor | |
| RU2204212C2 (en) | Iterative method for block encryption | |
| RU2172075C1 (en) | Iterative method of block coding | |
| RU2140715C1 (en) | Ciphering unit | |
| Hassan | New approach for modifying des algorithm using 4-states multi-keys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050926 |