65IDEA БЛОКЛИ ШИФРЛАШ АЛГОРИТМИНИ ТАКОМИЛЛАШТИРИШ
МЕТОДЛАРИ
Равшонбек Отоназарович Султанов
Тошкент вилояти Чирчиц давлат педагогика институти E-mail: ravshanbek-1992@mail.ru
АННОТAЦИЯ
Маколада AES шифрлаш алгоритмидан фойдаланган холда IDEA8-1 тармоFига асосланган блокли шифрлаш алгоритми келтирилган. Шифрлаш алгоритмида ишлатиладиган блоклар узунлиги - 256 бит, раундлар сони - 10, 12 ва 14.
Калит сузлар: шифрлаш, блок узунлиги, раундлар, калит, Фейстель тармоFи, Лай-Месси схемаси, AES, IDEA, дешифрлаш, SubBytes(), ShiftRows(), MixColumns(), AddRoundKey().
METHODS OF IMPROVING IDEA BLOCK ENCRYPTION ALGORITHM
ABSTRACT
The article presents the block encryption algorithm based on the IDEA8-1 network using the AES encryption algorithm. The length of the blocks used in the encryption algorithm is 256 bits, the number of rounds is 10, 12 and 14.
Keywords: encryption, block length, rounds, key, Feystel network, Lay-Messi scheme, AES, IDEA, decryption, SubBytes (), ShiftRows (), MixColumns (), AddRoundKey ().
КИРИШ
Симметрик блокли шифрлаш алгоритмлари бир нечта раундлардан иборат булиб, хар бир раунд аралаштирувчи ва таркатувчи акслантиришлардан тузилган. Бундай асосда тузилиш тамойили, хар бир раунд шифрлаш жараёнини хар хил калитлар билан бир хил турдаги акслантиришларни амалга оширишга, хамда, дешифрлаш жараёнини раунд акслантиришлари ва калитларини тескари тартибда куллашнинг самарали имконини беради.
Шифрланиши керак булган маълумот блокини силжитиш регистрларига киритиб, регистрдаги маълумотни шартли равишда чап ва унг кисмблок векторларига булиб, улар устида хар хил калитлар билан бир хил турдаги акслантиришларни боскичма-боскич амалга оширишга асосланган - Фейстел
тармоги деб аталувчи шифрлаш жараёни функционал курилмасига асосланган алгоритмлар кенг таркалган.
АДАБИЁТЛАР ТА^ЛИЛИ ВА МЕТОДОЛОГИЯ
Фейстел тармоFининг кулланиши купгина симметрик блокли шифрлаш алгоритмларида учрайди(1-расм). Бу алгоритмларга мисол килиб LOCI, Khufu, Khafre, Blowfish, Lucifer, CAST, шунингдек, DES, ГОСТ 28147-89 каби стандарт алгоритмларни келтириш мумкин Фейстел тармоFи куйидагича ифодаланади.
1-расм. Бир тармокли Фейстел тармоFи структураси.
Блокли шифрлаш алгоритмлари яратишда Фейстел тармоFидан ташкари -Лай-Мэсси схемасидан хам фойдаланилади. PES, IDEA, MESH64, MESH96, MESH128, FOX, Akelarry каби шифрлаш алгоритмлари Лай-Мэсси схемаси асосида яратилган.[1]
Лай-Месси схемасида шифрлаш куйидагича амалга оширилади:
1. «0 ^ XL , ß0 ^ XL
2. ам ^a(at + F(at -b)), ßM ^ßi + F(a, -ß),
3. yL ^ an, yR ^ßn
«-раундли Лай-Месси схемасини куриб утсак(2-расм). F -раунд функция, H -акслантириш ва K0, K1, ..., Kn раунд калитлари булсин. Очик матн блоки L0 ва R0 кисмларга булинади. Х,ар бир раундда куйидагича акслантиришлар амалга оширилади:
(L ' /+1, R 1+i) = H (L' , R),
бу ерда T = F(L't-R't,K i) ва (L't,R'¿) = H(L0,R0). Шифрматн сифатида (Ln+i> Rn+1) =(L' n+i>R' n+i) кийматлар олинади.
2-расм. Лай-Месси схемаси структураси.
IDEA блокли шифрлаш алгоритми Лай-Месси схемасига асосланган. Алгоритм калит узунлиги 128 бит ва блок узунлиги 64 битга тенг, 8 раунд ва чикувчи акслантиришдан иборат.
IDEA блокли шифрлаш алгоритми хозиргача бардошлилиги юкори булган алгоритмлар каторига киради. Бардошлилигига хар хил арифметик амалларни аралаштириш хисобига эришилган. Раундларда 4 та кирувчи ва 4 та чикувчи кисм блоклар ишлатилади.
НАТИЖАЛАР
Бу алгоритмдан фойдаланиб раунд функцияси туртта кириш ва чикиш кисм блокига эга, битта раунд функциядан ташкил топган IDEA8-1 тармоFи хам яратиш мумкин. Агарда T = [T0, TT2, T3] раунд функцияга кирувчи кисм блок,
Y = [Y0, Y \ Y2, Y3] раунд функциядан чикувчи кисм блок сифатида кабул килинса,
тармок раунд функцияси Y = F(T, K9(i_1)+8) куринишда ифодаланади. Бу ерда
T0 = (Xh(Z0)K9(i_1)) © (Xf_i(Z3)K9(i_1)+4),
T1 = (X;_i(zi)K9(i_i)+1) © (X^(z2)K9(i_D+ 5), T2 = (X21(z2)K9(;_i)+2) © (X^(zi)K9(i_ц+6) ,
T3 = (X?_i(Z3)K9(i+ 3) © (X/_i(zo)K9(i+ 7).
Тармокда K 9(i _1), K 9(i _1)+1,..., K 9(i _1)+7, i = i...n +1 раунд калитлари узунлиги 32 (16, 8) битга тенг булиб, f тармок раунд функциясига туртта 32 (16, 8) битли блок кириб, туртта 32 (16, 8) битли блок чикади. K9(i _1)+8, i = 1...n раунд калити узунлиги 32 (16, 8) битга тенг булиши шарт эмас. Тармокда барча раунд калитлар сони 9n+8 га тенг булиб, раунд функциясида K9(i_1)+8, i = 1...n раунд калити,
чикувчи акслантиришда эса k9n, K9„+15 ..., K9n+1 раунд калитлари кулланилган булиб, тармок раунд функцияси схемаси 3-расмда келтирилган.
3-pacM.IDEA8-1 тармоFи раунд функцияси схемаси
Тармок шифрлаш фурмуласига аниклик киритиш максадида
Y = F(T,K9(I_1)+g) раунд функцияси Y0 = F\T\ T1, T2, T3,K9(l_l)+8),
Y1 = F\T0, T1, T2, T3, K9, _i)+g), Y2 = F 2(T0, T1, T2, T3, K9, g), Y3 = F 3(T0, T1, T2, T3, K9, g) куринишда ифодаланади.[3],[9]
Бундан ташкари блокли шифрлаш алгоритмлари SPN таpмоFига ва аралаш тармокка асосланган булиши мумкин. Бу куринишдаги алгоритмлари ичида AES FIPS 197 алгоритми энг машхуридир.
AES FIPS 197 блокли шифрлаш алгоритмида 8 ва 32-битли (1-байтли ва 4-байтли) векторлар устида амаллар бажарилади. AES FIPS 197 шифрлаш алгоритми XXI асрнинг энг баркарор шифрлаш алгоритми деб хисобланади. Бу алгоритм бошка мавжуд стандарт симметрик шифрлаш алгоритмларидан фаркли уларок, Фейстел таpмоFига асосланмаган блокли шифрлаш алгоритмлари каторига киради. Блокли шифрлаш алгоритмлари бардошлилиги жихатидан юкори курсаткичли алгоритмлар хисобланади. [8],[2]
AES блокли шифрлаш алгоритми АКШ давлат стандарт шифрлаш алгоритми хисобланиб, квадрат архитектурасига асосланган. Бу блокли шифрлаш алгоритми раундлар сони n=10, 12 ва 14 га, блок узунлиги 128 битга ва калит узунлиги 128, 192, 256 битга тенг булиб, SubBytes(), ShiftRows(), MixColumns(), AddRoundKey() акслантиришлари кулланилган. Блокли шифрлаш алгоритмида 128 битли очик матн блоки 4х4 улчамли квадрат матрица элементлари, яъни State массиви элементлари сифатида кабул килинади. [11]
AES блокли шифрлаш алгоритмининг ягона чизиксиз акслантириши S блоклари хисобланиб, чизиксизлиги юкорилиги билан ажралиб туради. Бу S блокнинг алгебраик чизиксизлик даражаси deg = 7, чизиксизлиги nl = 112, чизикли криптотахлил усулига нисбатан бардошлилиги л = 32/256, дифференциал криптотахлил усулига нисбатан бардошлилиги s = 4/256, катьий лавин эффекти критерийси (SAC) ва чикувчи битлар боFликсизлиги критерийси (BIC) 8 га тенг.[6],[5]
МУХОКАМА
AES блокли шифрлаш алгоритми SubBytes(), ShiftRows(), MixColumns(), AddRoundKey() акслантиришларидан фойдаланилган х,олда IDEA8-1 тармоFига асосланган AES-IDEA8-1 блокли шифрлаш алгоритми ишлаб чикиш мумкин. AES-IDEA8-1 блокли шифрлаш алгоритмининг блок узунлиги 256 битга, раундлар сони n = 10, 12, 14 га тенг ва калит узунлиги 256 битдан 1024 битгача 128 бит кадам билан узгаради, яъни калит узунлиги 256, 384, 512, 640, 768, 896 ва 1024 битга тенг. Алгоритм куйидагича структурага эга:
4-расм. n -раундли AES-IDEA8-1 блокли шифрлаш алгоритми структураси
AES-IDEA8-1 блокли шифрлаш алгоритми шифрлаш жараёнини куриб утсак. Дастлаб 256 битли X очик матн блоки 32 битли Х0, X\, ..., X07 кисм блокларга булинади ва куйидаги кетма-кетликда амалга оширилади:[10]
1) X00, X1, ..., X07 кисм блокларга K9n+8, K9n+9, ..., K9n+15 раунд калитлари мос
равишда XOR амали буйича кушилади, яъни X0 = X0 Ф K9n+8+г i = 0...7.
2) X°i, Xj-i, x7i кисм блокларга K^, K9Ci-i)+i, раунд калитлари купайтирилади ва кушилади, сунгра 32 битли T , T , T , T кисм блоклар хдсобланади. Бу жараённи
T0 = (Xi0_i + K9(i_i)) Ф (X4i • K9(г-_i)+4), Ti = (Xii • K9(i_i)+i) Ф(X;_i + K9(i_i)+5),
T2 = (X2i + K 9(i_,)+2) ф (X6i • k 9(i_i)+6), T3 = (X3i • K9(i_i)+3) Ф (X7i + K9(i_i)+7), i =i.
куринишда ифодалаш мумкин.
3) T0, Ti, T2, T3 кисм блоклар 8 битли t0, ti, ..., ti5 кисм блокларларга булиб чикилади ва SubBytes(), ShiftRows(), MixColumns(), AddRoundKey() акслантиришлари бажарилади. Акслантиришлар натижасида 32 битли Y0, Yi, Y2
, Y3 кисм блоклар х,осил булади.
4) Y0, Yi, Y2, Y3 кисм блокларга Х°ч, Х]_х, ..., Х^, кисм блоклар XOR буйича кушилади, яъни Xj_, = Xj_i Ф Y3__, X_+4 = Х_+4 Ф Y3__, j = 03, i = i.
5) раунд сунггида Х°ч ва X1i_i блокдан ташкари барча кисм блоклар урин алмашади, яъни X/ = X/j^, j = 0...7, i = i.
6) 2-5 кадамлар n марта, яъни i = 2...n марта такрорланади ва X0, X'n, ..., Xl кисм блоклар х,осил булади.
7) чикувчи акслантиришда раунд калитлари кисм блокларга кушилади ва купайтирилади, яъни Х0ц = X0 + K9n, X^ = Х6Я • K9n+i, X^+i = Хя5 + K9n+1, Xh = X4 • K9n+3 , X4+i = Хя3 • K9n+4, Xn+i = X2 + K9n+5, Xn6+i = Xi • K9n+,, Xn7+i = Xl + K9n+7 кийматлар хдсобланади.
8) Xn0+i, Xi+i, XI+i кисм блокларга K9n+i6, K 9 п+ц, ..., K9n+23 раунд калитлари мос равишда XOR амали буйича кушилади, яъни Xj+i = Xj+i Ф K9n+i6+_, j = 0...7. X очик матн блокининг шифрматни сифатида Xn0+i || X'n+i ||... || Xn7+i блок олинади.[7]
ХУЛОСА
Фейстел TapMOF^a асосланган блокли шифрлаш алгоритмлари каби IDEA8-1 тapмоFигa асосланган блокли шифрлаш алгоритми бардошлилиги тармок раунд функцияси бардошлилигига узвий боFлик. Шунинг учун, IDEA8-1 тapмоFи раунд функцияси сифатида бардошлилиги юкори булган AES блокли шифрлаш алгоритми AddRoundKey(), SubBytes(), ShiftRows(), MixColumns() акслантиришларини куллаш оркали бардошлилиги нисбатан юкори булган AES-IDEA8-1 блокли шифрлаш алгоритмига эга булинади.
REFERENCES
1. Панасенко С.П. Алгоритмы шифрования. Специальный справочник. -СПб.: БХВ-Петербург, 2009. - 576 с.
2. Акбаров Д.Е. Ахборот хавфсизлигини таъминлашнинг криптографик усуллари ва уларнинг кулланиши. - Т.: «Узбекистон маркаси», 2009. -424 б.
3. Lai X., Massey J.L. A proposal for a new block encryption standard //Advances in Cryptology - Proc. Eurocrypt'90, LNCS 473, Springer-Verlag, 1991, pp. 389-404.
4. Туйчиев F.H. IDEA-128 //ТАТУ хабарлари. -Тошкент, 2009. №3. 25-27 б.
5. Жданов О.Н., Золотарев В.В. Методы и средства криптографической защиты инфоpмatsiи. СибГАУ. -Красноярск, 2007. - 217 с.
6. Туйчиев Г.Н. О сетях IDEA8-2, IDEA8-1 и RFWKIDEA8-4, RFWKIDEA8-2, RFWKIDEA8-1, разработанные на основе сети IDEA8-4 Узбекский математический журнал, -Ташкент, 2014, №3, 104-118 с.
7. Tuychiev G. New encryption algorithm based on network IDEA8-1 using of the transformation of the encryption algorithm AES IPASJ International Journal of Computer Science, 2015, Volume 3, Issue 1, pp. 1-6
8. Жураева Н.В., Султанов Р.О., Абдуллаева С.А., Рахимжонова В.А. Systematization of uzbek language word combinations. Наука и Мир. Волгоград, 2020, 144-149б.
9. Султанов Р.О. Юсупов М.Р., IDEA шифрлаш алгоритмининг дастурий аппарат воситаларида кулланилиши. Умумтаълим мактабларида аник фанларни укитиш методикаси" мавзусидаги илмий амалий анжуман материаллари. 2019 й.
10. Хуррамов А.Ж., Камолов Э.Р., Decision development of management problems of biotechnological systems at an uncertainty of environmental states using the mathematical statistics methods. European Journal of Research and Reflection in Educational Sciences. 2020 й, Page 212.
11. Ахмеджонов Д.Г. Устройство для создания подпочвенного экрана. //Журнал: "Сельскохозяйственные машины и технологии", Москва, 2017, №1, с. 34-37
12. Akhmedov, B. A., & Khasanova, S. K. (2020). Public education system methods of distance in education in development of employees. Journal of Innovations in Engineering Research and Technology, 7(1), 252-256.
13. Ахмедов, Б. А. (2020). Математические модели оценки характиристик качества и надежности программного обеспечения. EURASIAN EDUCATION SCIENCE AND INNOVATION JOURNAL, 3(10), 97-100.
14. Гулбоев, Н. А., Дуйсенов, Н. Э., Ахмедов, Б. А., & Рахманова, Г. С. (2020). Модели систем управления электрическими сетями. Молодой ученый, 22(312), 105-107.
