Skipjack

Skipjack — блочный шифр, разработанный Агентством национальной безопасности США в рамках проекта Capstone. После разработки сведения о шифре были засекречены. Изначально он предназначался для использования в чипе Clipper для защиты аудиоинформации, передаваемой по сетям правительственной телефонной связи, а также по сетям мобильной и беспроводной связи. Позже алгоритм был рассекречен[1].

Skipjack
Создатель Агентство национальной безопасности (США)
Создан 1980-е
Опубликован 1998 г. (рассекречен)
Размер ключа 80 бит
Размер блока 64 бит
Число раундов 32
Тип Сеть Фейстеля

История

Skipjack являлся одной из инициатив, предложенных в рамках проекта Capstone. Руководили проектом Агентство национальной безопасности (АНБ) и Национальный институт стандартов и технологий (НИСТ), финансируемые правительством США. Официальная дата начала инициативы — 1993 год. Алгоритм шифрования был разработан в 1980 году, а первая его реализация была получена в 1987 году. Шифр был предназначен для использования в чипе Clipper, встраиваемом в защищаемое оборудование. При этом Skipjack использовался только для шифрования сообщений, а депонирование ключа[2] для возможности последующего использования уполномоченными органами — наиболее обсуждаемый аспект использования шифра — достигалось за счёт отдельного механизма, называемого Law Enforcement Access Field[1].

Изначально проект был засекречен и по этой причине подвергся огромной критике. Для повышения общественного доверия и оценки алгоритма были призваны несколько академических исследователей. По причине отсутствия времени для самостоятельного тщательного исследования эксперты сконцентрировались на изучении представленного АНБ описания процесса разработки и оценки алгоритма. В дополнение к этому они, в течение месяца, провели ряд небольших тестов. В предварительном отчете об их работе (окончательного отчета так и не последовало) указаны три заключения[3]:

  1. Принимая во внимание, что стоимость вычислительных мощностей уменьшается вдвое каждые 18 месяцев, лишь через 36 лет стоимость взлома Skipjack полным перебором сравняется со стоимостью взлома DES сегодня.
  2. Риск взлома шифра с помощью более быстрых способов, включая дифференциальный криптоанализ, незначителен. Алгоритм не имеет слабых ключей и свойства комплементарности[К 1].
  3. Устойчивость Skipjack к криптоанализу не зависит от секретности самого алгоритма.

Шифр был опубликован в открытый доступ 24 июня 1998 года. В августе 2016 года НИСТ принял новые принципы использования криптографических стандартов, в которых отозвал сертификацию алгоритма Skipjack для правительственных целей[5].

Описание

Skipjack использует 80-битный ключ для шифрования/дешифрования 64-битных блоков данных. Это несбалансированная сеть Фейстеля с 32 раундами[6].

Шифрование

Раунды алгоритма Skipjack

Текст разбивается на 4 слова по 2 байта каждое. Начальные данные есть слова, для которых , где  — порядковый номер раунда. Сначала совершается 8 раундов по правилу А, затем — по правилу Б. Это повторяется дважды, что, в итоге, дает 32 раунда.

Здесь и далее операция есть бинарная операция побитового (поразрядного к числам и ) сложения по модулю 2.

Правило А

Правило Б

После завершения алгоритма шифротекстом будут являться слова .

Дешифрование

Начальные данные есть слова, для которых . Сначала совершается 8 раундов по правилу Б, затем — по правилу А. Повторяется дважды.

Правило А
Правило Б

После завершения алгоритма открытым текстом будут являться слова .

Блок перестановок G

Схематическое представление блока перестановок G в шифре Skipjack

Блок перестановок действует на 16-битное число и представляет собой четырёхуровневую сеть Фейстеля. Функция , действующая на число размером в 8 бит, есть блок подстановок, который в спецификации алгоритма называется -таблицей. Математически действие блока можно описать так:

  • где:
    — это байт ключа
     — порядковый номер раунда
     — операция конкатенации (объединения) байтов
  • где:
-таблица
x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 xA xB xC xD xE xF
0x a3d70983f848f6f4b321157899b1aff9
1x e72d4d8ace4cca2e5295d91e4e384428
2x 0adf02a017f1606812b77ac3e9fa3d53
3x 96846bbaf2639a197caee5f5f7166aa2
4x 39b67b0fc193811beeb41aead0912fb8
5x 55b9da853f41bfe05a58805f660bd890
6x 35d5c0a733066569450094566d989b76
7x 97fcb2c2b0fedb20e1ebd6e4dd474a1d
8x 42ed9e6e493ccd4327d207d4dec76718
9x 89cb301f8dc68faac874dcc95d5c31a4
Ax 7088612c9f0d2b8750825464267d0340
Bx 344b1c73d1c4fd3bccfb7fabe63e5ba5
Cx ad04239c145122f02979717eff8c0ee2
Dx 0cefbc72756f37a1ecd38e628b8610e8
Ex 087711be924f24c532369dcff3a6bbac
Fx 5e6ca9135725b5e3bda83a0105592a46

Криптоанализ

Эли Бихам и Ади Шамир произвели криптографическую атаку против 16 из 32 раундов в течение одного дня после рассекречивания алгоритма. Вместе с Алексом Бирюковым они, используя невозможный дифференциальный криптоанализ, всего в течение нескольких месяцев раскрыли 31 из 32 его раундов[7]. Позже были опубликованы статьи атакующие 28 раундов шифра с использованием усеченных дифференциалов[8].

В 2002 году Рафаэлем Фаном была опубликована статья, анализирующая возможные атаки на полные 32 раунда[9]. Позднее, в 2009 году, в статье, соавтором которой тоже являлся Фан, указано, что на тот момент не существовало атаки на полный алгоритм шифра Skipjack[10].

Комментарии

  1. Существует свойство комплементарности ключей: если , то , где:  — зашифровывание алгоритмом DES блока открытого текста ,  — полученный шифротекст, побитовое дополнение к .[4]

Примечания

  1. Стенограмма пресс-релиза в Белом Доме по проекту Capstone (англ.) (недоступная ссылка). Пресс-служба Белого Дома (1993). Дата обращения: 29 ноября 2016. Архивировано 7 августа 2011 года.
  2. Депонирование ключей (key escrow). Словарь терминов по информационной безопасности. www.glossary.ib-bank.ru. Дата обращения: 16 ноября 2016.
  3. E.F. Brickell; D.E. Denning, S.T. Kent, D.P. Maher, W. Tuchman. Skipjack review. Interim report. (англ.) (недоступная ссылка) (1993). Архивировано 8 июня 2011 года.
  4. Панасенко С. П. Алгоритмы шифрования. Специальный справочникСПб.: BHV-СПб, 2009. — С. 170. — 576 с. — ISBN 978-5-9775-0319-8
  5. Guideline for using cryptographic standards in the Federal Government: Cryptographic mechanisms (англ.). НИСТ (2016). Дата обращения: 29 ноября 2016.
  6. Skipjack and KEA algorithm specifications (англ.) (недоступная ссылка). НИСТ (1998). Дата обращения: 29 ноября 2016. Архивировано 21 октября 2011 года.
  7. Biham E., Biryukov A., Shamir A. Cryptanalysis of Skipjack Reduced to 31 Rounds Using Impossible Differentials (англ.) // Advances in Cryptology — EUROCRYPT ’99: International Conference on the Theory and Application of Cryptographic Techniques Prague, Czech Republic, May 2–6, 1999 Proceedings / J. SternBerlin, Heidelberg: Springer Science+Business Media, 1999. — P. 12—23. — ISBN 978-3-540-65889-4 — doi:10.1007/3-540-48910-X_2
  8. Knudsen L. R., Robshaw M., Wagner D. A. Truncated Differentials and Skipjack (англ.) // Advances in Cryptology — CRYPTO’ 99: 19th Annual International Cryptology Conference Santa Barbara, California, USA, August 15–19, 1999 Proceedings / M. WienerSpringer Berlin Heidelberg, 1999. — P. 165—180. — ISBN 978-3-540-66347-8 — doi:10.1007/3-540-48405-1_11
  9. Chung-Wei Phan R. Cryptanalysis of full Skipjack block cipher (англ.) // Electron. Lett.IEEE, 2002. — Vol. 38, Iss. 2. — P. 69—71. — ISSN 0013-5194; 1350-911Xdoi:10.1049/EL:20020051
  10. «an attack on the full 32-round Skipjack remains elusive until now» — Kim J., Raphael C.-W. Phan Advanced Differential-Style Cryptanalysis of the NSA's Skipjack Block Cipher (англ.) // CryptologiaUSA: Taylor & Francis, 2009. — Vol. 33. — P. 246—270. — ISSN 0161-1194; 1558-1586doi:10.1080/01611190802653228

Ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.