Презентация на тему Американский стандарт блочного шифрования Rijndael

США подвел итоги конкурса по выработке нового стандарта шифрования

США. Победителем стал алгоритм «Rijndael», разработанный бельгийскими криптографами.

большинство шифров «первого поколения», разрабатывавшихся в 70-е годы и

в первой половине 80-х, базируется на архитектуре «сбалансированная сеть Фейстеля»

Шифр Rijndael имеет архитектуру «квадрат» (Square). Эта архитектура базируется на прямых преобразованиях шифруемого блока, который представляется в форме матрицы байтов. Зашифрование также состоит из серии однотипных шагов, раундов, однако на каждом раунде блок преобразуется как единое целое и не остается неизменных частей блока. Таким образом, за раунд шифруется полный блок, следовательно, для обеспечения сопоставимой сложности и нелинейности преобразования таких шагов требуется вдвое меньше по сравнению с сетью Файстеля.

сложении по модулю 2 текущего состояния шифруемого блока и

ключевого элемента раунда, за которым следует сложное нелинейное преобразование блока, сконструированное из трех более простых преобразований.

В Rijndael шифруемый блок и его промежуточные состояния в ходе преобразования представляются в виде матрицы байтов 4×n, где n =4, 6, 8 в зависимости от размера блока.

преобразуемого блока заменяется новым значением, извлекаемым из общего для всех

байтов матрицы вектора замены;

побайтовый циклический сдвиг в строках матрицы: первая строка остается неизменной, вторая строка циклически сдвигается влево на один байт, третья и четвертая строка циклически сдвигаются влево соответственно на 2 и 3 байта;

матричное умножение - полученная на предыдущем шаге матрица умножается слева на матрицу-циркулянт размера 4x4:

на базе прямых преобразований. Как и для всех подобных

алгоритмов, обратное преобразование строится из обращений шагов прямого преобразования, применяемых в обратном порядке.

с процедурой побайтового сдвига строк матрицы:
Кроме того, согласно правилам

матричной алгебры по закону ассоциативности можно также поменять порядок побитового прибавления ключа по модулю два и умножения на матрицу:

идентична

используется вектор замен, обратный в операционном смысле вектору замен

прямого преобразования;

в обратном преобразовании число байтов, на которые сдвигается каждая строка матрицы данных в операции построчного байтового сдвига другое;

в обратном преобразовании в шаге матричного умножения блок данных умножается слева на матрицу, обратную той, что используется при прямом преобразовании;

в обратном преобразовании ключевые элементы используются в обратном порядке, и, кроме того, все элементы за исключением первого и последнего, должны быть умножены слева на матрицу М-1.

ключевых элементов - для ключа размером 128/192 бита и

для ключа размером 256 бит.
Ключ и ключевая последовательность представляются в виде векторов 4-х байтовых слов, и начальный участок последовательности заполняется словами из ключа, точно так же, как в ГОСТе. Последующие слова ключевой последовательности вырабатываются по рекуррентному соотношению группами, кратными размеру ключа.

преобразования, остальные - по простому линейному соотношению:

где Nk -

число 32-битовых слов в ключе (4 или 6)
G(w) - нелинейное преобразование 32-битовых слов - включает байтовый сдвиг, побайтовую подстановку по вектору замен и побитовое сложение по модулю 2 с вектором, зависящим от номера вырабатываемой группы элементов:

P(i/Nk) - 4-байтовое слово, конструируемое особым образом и не зависящее от ключа.

Полученные из описанного выше потока 4-байтовые слова группируются в ключевые элементы необходимого размера, равного размеру шифруемого блока, и используются на раундах шифрования.

замен помимо тривиальных требований обратимости и простоты описания были

приняты во внимание следующие соображения:

• минимизация самой большой по величине характеристики корреляции между линейными комбинациями входных и выходных битов (определяет устойчивость к линейному криптоанализу);

минимизация наибольшего нетривиального значения в таблице EXOR (определяет устойчивость к дифференциальному криптоанализу);
сложность алгебраического выражения, описывающего узел, в GF(28).

Rijndael описывается следующим уравнением:
Это преобразование начинается с мультипликативной инверсии

заменяемого байта в описанном выше конечном поле GF(28), - значение 00 при этом меняется на самого себя, затем результат подвергается аффинному преобразованию.
Полиномы этого преобразования выбраны таким образом, чтобы у итогового отображения отсутствовали точки неподвижности (S(X)=X) и «антинеподвижности» (S(X) = ~X). Здесь знаком «~» обозначена операция побитового инвертирования.