Khafre

Алгоритм Khafre — блочный алгоритм, построен на основе сети Фейстеля и удовлетворяет следующим постулатам:

• Программные реализации алгоритмов имеют практически неограниченный (по сравнению с аппаратными шифраторами) объём оперативной и энергонезависимой памяти. Это позволяет алгоритму шифрования использовать большие объёмы памяти для хранения таблиц замен, ключей раундов и т. д.
• Только оптимизированные элементарные операции для использования в программных реализациях используются в данном алгоритме шифрования.

На основе опыта, полученного при проектировании алгоритма DES, были сформулированы следующие принципы:

1. 56-битовый размер ключа DES стало возможно увеличить, так как цена памяти стала пренебрежимо мала.
2. Интенсивное использование перестановок в DES удобно только для аппаратных реализаций, но затрудняет программные реализации. Наиболее быстрые реализации DES выполняют перестановки табличным образом. Просмотр таблицы может обеспечить те же характеристики «рассеяния», что и собственно перестановки и может сделать реализацию более гибкой.
3. S-блоки DES, всего с 64 4-битовыми элементами, слишком малы. Так как память стала дешевле, появилась возможность увеличить и S-блоки. Более того, все восемь S-блоков используются одновременно. Хотя это и удобно для аппаратуры, для программной реализации это не нужно. Должно быть реализовано последовательное (а не параллельное) использование S-блоков.
4. Необходимо устранить начальные и конечные перестановки, так как они криптографически бессмысленны
5. Все быстрые реализации DES заранее рассчитывают ключи для каждого этапа. При данном условии нет смысла усложнять эти вычисления.
6. Критерии проектирования S-блоков должны быть общедоступны, в отличие от DES

Алгоритм шифрует данные блоками с размером 64 бита. Далее в процессе шифрования каждый блок разбивается на 2 субблока с размерами 32 бита каждый.

Алгоритм имеет следующие параметры:

1. Размер блока шифрования 64 бита.
2. Размер ключа шифрования должен быть кратен 64 битам
3. S-блок имеет 8 входных битов и 32 выходных бита. Является постоянным и не зависит от ключа шифрования. В каждом раунде используется свой S-блок.

• В первую очередь создается таблица размером 256 строк на 5 столбцов. В 1-ом столбце записаны все возможные значения байтов (от 00 до FF соответственно). Остальные столбцы заполняются такими же значениями. Ниже приведён фрагмент такой таблицы.

• В каждом столбце переставляются байты, качестве псевдослучайной последовательности здесь используется набор из миллиона случайных чисел фирмы RAND Corporation, опубликованный в 1995 году.

1. На первом этапе происходит инициализация ключа 64 байта, а неиспользуемые биты обнуляются.
2. На втором этапе данный блок шифруется алгоритмом Khafre в режиме сцепления блоков шифра. В качестве подключей для каждого октета берётся нулевая последовательность. Получается псевдослучайная 64-байтная последовательность, которая зависит только от ключа шифрования. Вероятно, что для инициализации подключей может понадобиться большее количество байт, так что данный шаг может быть воспроизведён неоднократно.
3. На третьем этапе из полученного набора бит выбираются подключи (K₀..K_n+3).

Исходный текст делится на блоки по 64 бита. В самом начале процедуры данный блок подвергается следующим операциям:

• 64-битный блок данных разделяется на два подблока по 32 бита, L (левый) и R (правый) соответственно.
• Над подблоками осуществляется побитовое XOR с подключами K₀ и K₁ соответственно (для L — K₀, для R — K₁).

После этого начинается шифрование. Количество повторений шагов равно количеству раундов.

1. На первом шаге последние 8 бит левого подблока проходит через S-блок, на выходе которого получается 32 бита. Также в каждом октете операций используются различный S-блоки, предназначенные для текущего октета.
2. На следующем шаге над значением, которое получили на предыдущем этап, выполняется операция XOR с R.
3. На третьем шаге выполняется циклический сдвиг L влево на разное число бит, зависящее от номера раунда в октете:
   • 8 — для 3 и 4 раундов
   • 24 — для 7 и 8 раундов
   • 16 — для других раундов
4. На четвёртом шаге подблоки меняются местам(левый подблок теперь R, правый — L).
5. Шаги с 1 по 4 повторяются 8 раз, при этом для каждого повторения меняются S-Блок
6. На последнем шаге над подблоками снова осуществляется побитовое XOR с подключами K_n+2 и K_n+3(для L — K_n+3, для R — K_n+2, n — номер октета)

После этого все шаги повторяются заново R раз.

L: int;
R: int;
standardSBoxes: ARRAY [ 1 .. enough/8] OF ARRAY [0 .. 255] OF int;
key: ARRAY [0 .. keysize-1] OF ARRAY [O .. 1] of int;
keyIndex: [0 .. keysize- 1];
rotateschedule: ARRAY [l .. 8] = [16,16,8,8,16,16,24,24];
L = L XOR key[O][O];
R = R XOR key[O][1];
keyIndex = 1 MOD keysize;
octet = 1;
FOR round = 1 TO enough DO
BEGIN
    L = L XOR standardSBoxes[octet] [R AND #FF];
    R = RotateRight[R, rotateSchedule[round mod 8 + 1] 1;
    SWAP[L,R];
    IF round MOD 8 = 0 THEN
    BEGIN
        L = L XOR rotateRight[ key[keyIndex][O], octet];
        R = R XOR rotateRight[ key[keylndex][1], octet];
        keyIndex = keyIndex + 1;
        IF keyIndex = keysize THEN keyIndex = 0;
        octet = octet+1;
    END;
END;