CC BY
69УДК 004.056.55 Технические науки
Мешкова Е.В., студентка 4 курса электротехнического факультета, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
СИММЕТРИЧНОЕ ШИФРОВАНИЕ. СТАНДАРТ ШИФРОВАНИЯ ДАННЫХ DES
Аннотация. В статье рассматривается процесс симметричного шифрования и один из его методов преобразования информации - стандарт шифрования данных DES. Определяются достоинства и недостатки симметричного шифра.
Ключевые слова: шифрование, дешифрование, метод шифрования, симметричное шифрование, блочный шифр, поточный шифр, стандарт шифрования данных.
Abstract. This article describes the process of symmetric encryption and one of its data conversion methods - Data Encryption Standard. Main advantages and disadvantages of symmetric cipher are identified.
Keywords: encryption, decryption, symmetric encryption, block cipher, stream cipher, Data Encryption Standard.
С давних времен, человека волновала проблема защиты информации, с помощью ее преобразования с целью сокрытия от посторонних лиц. Криптография - наука о шифрах - в прошлом применялась только в государственных и военных целях. Однако, в настоящем мире методы преобразования информации используются для обеспечения безопасности информации не только государства, но и различных организаций и предприятий, а также частных лиц.
Именно криптография занимается разработкой методов шифрования информации с целью ее защиты от пользователей, не имеющих доступа к такой информации и стремящихся овладеть ею с личными, корыстными целями. Такие методы и способы преобразования информации называются шифрами.
Шифрование - это процесс преобразования защищаемой информации путем применения определенного алгоритма, содержащегося в шрифте, с целью сокрытия
данной информации. Далее, защищаемую информацию будем называть открытым текстом, а полученное преобразованное сообщение - шифротекстом.
Также, существует процесс обратный шифрованию, т.е. процесс преобразования шифротекста в открытый текст, с помощью определенных правил и процедур, содержащихся в шрифте. Такой процесс в криптографии носит название дешифрование.
За все существование такой науки как криптография, было придумано множество методов шифрования. Однако, к классическим методам шифрования принято относить симметричное шифрование, в котором для шифрования и дешифрования информации используется один и тот же криптографический ключ.
Главным условием в симметричном шифровании является то, что передатчику и приемнику информации заранее известен алгоритм шифрования и секретный ключ, без которых информация представляет собой лишь набор символов, не отражающих самой сути сообщения. Сам алгоритм шифрования должен выбираться сторонами до начала обмена информацией, а ключ алгоритма должен находится в секрете обеих сторон.
В настоящее время симметричные шифры подразделяются на:
- Блочные шифры, которые преобразовывают информацию блоками определенной длины (обычно 8, 16 байт), с помощью применения к блоку ключа в установленном порядке, как правило, несколькими циклами перемешивания и подстановки.
- Поточные шифры, в которых шифрование проводится над каждым битом либо байтом исходного (открытого) текста с использованием гаммирования. Поточный шифр может быть легко создан на основе блочного, запущенного в специальном режиме. Как правило, поточные шифры более производительны, чем блочные и используются для шифрования речи, сетевого трафика и иных данных с заранее неизвестной длиной.
Из всех алгоритмов симметричного шифрования широкое распространение получил стандарт шифрования данных DES (Data Encryption Standard), который шифрует данные 64-битовыми блоками. С одного конца алгоритма вводится 64-
битовый блок открытого текста, а с другого выходит 64-битовый блок шифротекста [2]. Длина секретного ключа равна 56 битам.
Как уже было сказано ранее, DES работает с 64-битовым блоком открытого текста, поэтому все сообщение делится на блоки равные 8 байтам. Каждый такой блок подлежит шифрованию. Процесс шифрования состоит из начальной перестановки, 16 циклов шифрования и конечной перестановки.
После начальной перестановки блок разделяется на две части, правую и левую, длиной по 32 бита. Далее правая часть подлежит расширению до 48 бит, путем дублирования некоторых битов. Одновременно с этим происходит деление ключа на две части, перестановка битов в каждой части ключа и сжатие уже перестановленного ключа также до 48 бит. Далее используется сложение по модулю 2 расширенной правой части с сжатым ключом, после чего, полученный ответ сжимается до 32 бит и складывается по модулю 2 с левой частью блока. Окончательный ответ записывается в левую часть, а старая левая половина становится новой правой частью. Все эти действия являются одним циклом преобразования, а каждый такой цикл далее повторяется 16 раз, образуя 16 этапов DES.
После всех действий, совершенных с блоком, может показаться, что алгоритм дешифрования сообщения отличается от алгоритма шифрования и также запутан. Однако, оказывается, что различные действия DES были подобраны так, что для шифрования и его обратного процесса используется один и тот же алгоритм. Единственным отличаем этих двух процессов является то, что ключи при дешифровании должны использоваться в обратном порядке, при этом алгоритм, который создает ключ на каждом этапе является цикличным.
В ряде реализаций DES используется трехкратный DES [2], с помощью которого, полученный щифротекст гораздо сложнее вскрыть.
Подводя итоги, можно сказать, что симметричное шифрование остается самым распространенным методом защиты информации. Криптография с симметричным шифрованием является стойкой, так как основывается на использовании двух частей секретного ключа, хранящихся отдельно. Зная лишь одну половину ключа невозможно выполнить дешифрование.
Также, симметричное шифрование быстро и легко реализуется с помощью программных и аппаратных средств.
Симметричному шифру присущи следующие недостатки:
- Ключ должен передаваться по безопасному каналу передачи информации между сторонами обмена информацией, подлежащей защите.
- К службе генерации ключей предъявляются повышенные требования.
- Секретный ключ должен быть известен как отправителю, так и получателю.
Библиографический список
1. Гончаров Н.О. Симметричное шифрование (гаммирование) - 2011. -[электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://technomag.edu.ru/doc/187185.html (дата обращения 9.02.2016)
2. Шнайер Б. Прикладная криптография. - 2-е изд. - М: Триумф, 2002. - 610с.
3. Ященко В.В. Введение в криптографию. - 3-е изд., доп. - М.:МЦНМО: «ЧеРо», 2000. - 288 с.
