Blowfish

• секретный ключ ${\displaystyle K}$ (от 32 до 448 бит)
• 32-битные ключи шифрования ${\displaystyle P_{1}-P_{18}}$
• 32-битные таблицы замен ${\displaystyle S_{1}-S_{4}}$:

  ${\displaystyle S_{1}[0],\ S_{1}[1],\ ...,\ S_{1}[255]}$

  ${\displaystyle S_{2}[0],\ S_{2}[1],\ ...,\ S_{2}[255]}$

  ${\displaystyle S_{3}[0],\ S_{3}[1],\ ...,\ S_{3}[255]}$

  ${\displaystyle S_{4}[0],\ S_{4}[1],\ ...,\ S_{4}[255]}$

Функция F(x) в Blowfish

Функция F(x) принимает на вход блок размером в 32 бита и проделывает с ним следующие операции[2]:

1. 32-битный блок делится на четыре 8-битных блока ${\displaystyle (X_{1},X_{2},X_{3},X_{4})}$, каждый из которых является индексом массива таблицы замен ${\displaystyle S_{1}-S_{4}}$
2. значения ${\displaystyle S_{1}[X_{1}]}$ и ${\displaystyle S_{2}[X_{2}]}$ складываются по модулю ${\displaystyle 2^{32}}$, после складываются по модулю ${\displaystyle 2}$ с ${\displaystyle S_{3}[X_{3}]}$ и, наконец, складываются с ${\displaystyle S_{4}[X_{4}]}$ по модулю ${\displaystyle 2^{32}}$.
3. Результат этих операций — значение ${\displaystyle F(x)}$.

${\displaystyle F(X_{1},X_{2},X_{3},X_{4})=((((S_{1}[X_{1}]\ +\ S_{2}[X_{2}])\mod 2^{32})\oplus \ S_{3}[X_{3}])\ +\ S_{4}[X_{4}])\mod 2^{32}}$

Сеть Фейстеля при зашифровании

Blowfish представляет собой Сеть Фейстеля, состоящую из 16 раундов. Алгоритм шифрования блока ${\displaystyle X}$ размером 64 бит выглядит следующим образом[1][2]:

1. Разделение входного блока ${\displaystyle X}$ на 2 32-битных блока ${\displaystyle L_{0},R_{0}}$
2. Для ${\displaystyle i=1\ ...\ 16:}$

   ${\displaystyle L_{i}\ =\ L_{i-1}\oplus P_{i}}$

   ${\displaystyle R_{i}\ =\ R_{i-1}\oplus F(L_{i})}$

3. После 16 раунда ${\displaystyle L_{16}\ ,\ R_{16}}$ меняются местами:

   ${\displaystyle R_{16}\ \leftleftarrows \ L_{16}\ }$

   ${\displaystyle \ L_{16}\ \leftleftarrows \ R_{16}}$

4. К получившимся блокам прибавляются ${\displaystyle P_{17}}$ и ${\displaystyle P_{18}}$

   ${\displaystyle L_{17}=L_{16}\oplus P_{18}}$

   ${\displaystyle R_{17}=R_{16}\oplus P_{17}}$

5. Выходной блок ${\displaystyle Y}$ равен конкатенации (объединению) ${\displaystyle L_{17}}$ и ${\displaystyle R_{17}}$.

Разделён на 2 этапа[1][2]:

1. Подготовительный — формирование ключей шифрования по секретному ключу.
   • Инициализация массивов P и S при помощи секретного ключа K
     1. Инициализация ${\displaystyle P_{1}-P_{18}}$ фиксированной строкой, состоящей из шестнадцатеричных цифр мантиссы числа пи.
     2. Производится операция XOR над ${\displaystyle P_{1}}$ с первыми 32 битами ключа ${\displaystyle K}$, над ${\displaystyle P_{2}}$ со вторыми 32-битами и так далее.
        Если ключ ${\displaystyle K}$ короче, то он накладывается циклически.
   • Шифрование ключей и таблиц замен
     1. Алгоритм шифрования 64-битного блока, используя инициализированные ключи ${\displaystyle P_{1}-P_{18}}$ и таблицу замен ${\displaystyle S_{1}-S_{4}}$, шифрует 64 битную нулевую (0x0000000000000000) строку. Результат записывается в ${\displaystyle P_{1}}$, ${\displaystyle P_{2}}$.
     2. ${\displaystyle P_{1}}$ и ${\displaystyle P_{2}}$ шифруются изменёнными значениями ключей и таблиц замен. Результат записывается в ${\displaystyle P_{3}}$ и ${\displaystyle P_{4}}$.
     3. Шифрование продолжается до изменения всех ключей ${\displaystyle P_{1}-P_{18}}$ и таблиц замен ${\displaystyle S_{1}-S_{4}}$.
2. Шифрование текста полученными ключами и F(x), с предварительным разбиением на блоки по 64 бита. Если невозможно разбить начальный текст точно на блоки по 64 бита, используются различные режимы шифрования для построения сообщения, состоящего из целого числа блоков. Суммарная требуемая память 4168 байт.

Дешифрование происходит аналогично[1][2], только ${\displaystyle P_{1}-P_{18}}$ применяются в обратном порядке.

Нет ничего особенного в цифрах числа пи[2][3]. Данный выбор заключается в инициализации последовательности, не связанной с алгоритмом, которая могла бы быть сохранена как часть алгоритма или получена при необходимости (Пи (число)). Как указывает[3] Шнайер: «Подойдёт любая строка из случайных битов — цифры числа e, RAND-таблицы или биты с выхода генератора случайных чисел.»