ГОСТ Р 34.13-2015 Информационная технология. Криптографическая защита информации. Режимы работы блочных шифров

Обложка ГОСТ Р 34.13-2015 Информационная технология. Криптографическая защита информации. Режимы работы блочных шифров
Обозначение
ГОСТ Р 34.13-2015
Наименование
Информационная технология. Криптографическая защита информации. Режимы работы блочных шифров
Статус
Действует
Дата введения
2016.01.01
Дата отмены
-
Заменен на
-
Код ОКС
35.040


ГОСТ Р 34.13-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информационная технология

КРИПТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

Режимы работы блочных шифров

Information technology. Cryptographic data security. Block ciphers operation modes

Дата введения 2016-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Центром защиты информации и специальной связи ФСБ России с участием Открытого акционерного общества "Информационные технологии и коммуникационные системы" (ОАО "ИнфоТеКС")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 26 "Криптографическая защита информации"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 июня 2015 г. N 750-ст

4 ВЗАМЕН ГОСТ Р ИСО/МЭК 10116-93

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 6, 2018 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

Введение

Настоящий стандарт содержит описание режимов работы блочных шифров. Данные режимы работы блочных шифров определяют правила криптографического преобразования данных и выработки имитовставки для сообщений произвольного размера.

Стандарт разработан взамен ГОСТ Р ИСО/МЭК 10116-93 "Информационная технология. Режимы работы для алгоритма n-разрядного блочного шифрования". Необходимость разработки настоящего стандарта вызвана потребностью в определении режимов работы блочных шифров, соответствующих современным требованиям к криптографической стойкости.

Настоящий стандарт терминологически и концептуально увязан с международными стандартами ИСО/МЭК 9797-1* [1], ИСО/МЭК 10116* [2], ИСО/МЭК 10118-1* [3], ИСО/МЭК 18033* [4], ИСО/МЭК 14888-1* [5].

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

Примечание - Основная часть стандарта дополнена приложением А.

1 Область применения

Режимы работы блочных шифров, определенные в настоящем стандарте, рекомендуется использовать при разработке, производстве, эксплуатации и модернизации средств криптографической защиты информации в системах обработки информации различного назначения.

Настоящим стандартом следует руководствоваться, если информация конфиденциального характера подлежит защите в соответствии с законодательством Российской Федерации.

2 Термины, определения и обозначения

2.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

2.1.1

алгоритм зашифрования (encryption algorithm): Алгоритм, реализующий зашифрование, т.е. преобразующий открытый текст в шифртекст.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.19]

2.1.2

алгоритм расшифрования (decryption algorithm): Алгоритм, реализующий расшифрование, т.е. преобразующий шифртекст в открытый текст.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.14]

2.1.3

базовый блочный шифр (basic block cipher): Блочный шифр, реализующий при каждом фиксированном значении ключа одно обратимое отображение множества блоков открытого текста фиксированной длины в блоки шифртекста такой же длины.

2.1.4

блок (block): Строка бит определенной длины.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.6]

2.1.5

блочный шифр (block cipher): Шифр из класса симметричных криптографических методов, в котором алгоритм зашифрования применяется к блокам открытого текста для получения блоков шифртекста.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.7]

Примечание - В настоящем стандарте установлено, что термины "блочный шифр" и "алгоритм блочного шифрования" являются синонимами.

2.1.6

дополнение (padding): Приписывание дополнительных бит к строке бит.

[ИСО/МЭК 10118-1, статья 3.9]

2.1.7

зацепление блоков (block chaining): Шифрование информации таким образом, что каждый блок шифртекста криптографически зависит от предыдущего блока шифртекста.

[ИСО/МЭК 10116, статья 3.1]

2.1.8

зашифрование (encryption): Обратимое преобразование данных с помощью шифра, который формирует шифртекст из открытого текста.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.18]

2.1.9

имитовставка (message authentication code): Строка бит фиксированной длины, полученная применением симметричного криптографического метода к сообщению, добавляемая к сообщению для обеспечения его целостности и аутентификации источника данных.

[ИСО/МЭК 9797-1, статьи 3.9, 3.10]

2.1.10

ключ (key): Изменяемый параметр в виде последовательности символов, определяющий криптографическое преобразование.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.21]

Примечание - В настоящем стандарте рассматриваются ключи только в виде последовательности двоичных символов (битов).

2.1.11

начальное значение (starting variable): Значение, возможно, полученное из синхропосылки и используемое для задания начальной точки режима работы блочного шифра.

[ИСО/МЭК 10116, статья 3.12]

2.1.12

открытый текст (plaintext): Незашифрованная информация.

[ИСО/МЭК 10116, статья 3.11]

2.1.13

расшифрование (decryption): Операция, обратная к зашифрованию.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.13]

Примечание - В настоящем стандарте в целях сохранения терминологической преемственности по отношению к опубликованным научно-техническим изданиям применяется термин "шифрование", объединяющий операции, определенные терминами "зашифрование" и "расшифрование". Конкретное значение термина "шифрование" определяется в зависимости от контекста упоминания.

2.1.14

симметричный криптографический метод (symmetric cryptographic technique): Криптографический метод, использующий один и тот же ключ для преобразования, осуществляемого отправителем, и преобразования, осуществляемого получателем.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.32]

2.1.15

синхропосылка (initializing value): Комбинация знаков, передаваемая по каналу связи и предназначенная для инициализации алгоритма шифрования.

2.1.16

сообщение (message): Строка бит произвольной конечной длины.

[ИСО/МЭК 14888-1 статья 3.10]

2.1.17

счетчик (counter): Строка бит длины, равной длине блока блочного шифра, используемая при шифровании в режиме гаммирования.

[ИСО/МЭК 10116, статья 3.4]

2.1.18

шифр (cipher): Криптографический метод, используемый для обеспечения конфиденциальности данных, включающий алгоритм зашифрования и алгоритм расшифрования.

[ИСО/МЭК 18033-1, статья 2.20]

2.1.19

шифртекст (ciphertext): Данные, полученные в результате зашифрования открытого текста с целью скрытия его содержания.

[ИСО/МЭК 10116, статья 3.3]

2.2 Обозначения

В настоящем стандарте используются следующие обозначения:

-

множество всех двоичных строк конечной длины, включая пустую строку;

-

множество всех двоичных строк длины s, где s - целое неотрицательное число; нумерация подстрок и компонент строки осуществляется справа налево начиная с нуля;

-

число компонент (длина) строки * (если - пустая строка, то =0);

-

конкатенация строк , , т.е. строка из , в которой подстрока с большими номерами компонент из совпадает со строкой , а подстрока с меньшими номерами компонент из совпадает со строкой ;

0

-

строка, состоящая из r нулей;

-

операция покомпонентного сложения по модулю 2 двух двоичных строк одинаковой длины;

-

кольцо вычетов по модулю 2;

-

операция сложения в кольце ;

-

операция вычисления остатка от деления целого числа на целое положительное число ;

:

-

- отображение, ставящее в соответствие строке

, , строку ,

, =0, 1, ..., -1;

:

-

отображение, ставящее в соответствие строке , , строку ,

, =0, 1, ..., -1;

"

-

операция логического сдвига строки на компонент в сторону компонент, имеющих большие номера.

Если , то , причем

: GF(2)[]

-

отображение, ставящее в соответствие строке

многочлен ;

:

-

биективное отображение, сопоставляющее элементу кольца его двоичное представление, т.е. для любого элемента , представленного в виде ,

где {0,1}, =0, 1, ..., s-1, выполнено равенство

;

:

-

- отображение, обратное к отображению , т.е. ;

k

-

параметр алгоритма блочного шифрования, называемый длиной ключа;

n

-

параметр алгоритма блочного шифрования, называемый длиной блока;

E:

-

отображение, реализующее базовый алгоритм блочного шифрования и осуществляющее преобразование блока открытого текста с использованием ключа (шифрования)

блок шифртекста : E(P, K)=C;

:

-

- отображение, реализующее зашифрование с использованием ключа , т.е. (P)=E(P,K) для всех ;

:

-

отображение, реализующее расшифрование с использованием ключа , т.е. .

3 Общие положения

Настоящий стандарт определяет следующие режимы работы алгоритмов блочного шифрования:

- режим простой замены (Electronic Codebook, ЕСВ);

- режим гаммирования (Counter, CTR);

- режим гаммирования с обратной связью по выходу (Output Feedback, OFB);

- режим простой замены с зацеплением (Cipher Block Chaining, CBC);

- режим гаммирования с обратной связью по шифртексту (Cipher Feedback, CFB);

- режим выработки имитовставки (Message Authentication Code algorithm).

Данные режимы могут использоваться в качестве режимов для блочных шифров с произвольной длиной блока n.

4 Вспомогательные операции

4.1 Дополнение сообщения

Отдельные из описанных ниже режимов работы (режим гаммирования, режим гаммирования с обратной связью по выходу, режим гаммирования с обратной связью по шифртексту) могут осуществлять криптографическое преобразование сообщений произвольной длины. Для других режимов (режим простой замены, режим простой замены с зацеплением) требуется, чтобы длина сообщения была кратна некоторой величине . В последнем случае при работе с сообщениями произвольной длины необходимо применение процедуры дополнения сообщения до требуемой длины. Ниже приведены три процедуры дополнения.

Пусть * исходное сообщение, подлежащее зашифрованию.

4.1.1 Процедура 1

Пусть . Положим

Примечание - Описанная процедура в некоторых случаях не обеспечивает однозначного восстановления исходного сообщения. Например, результаты дополнения сообщений , такого что для некоторого , и будут одинаковы. В этом случае для однозначного восстановления необходимо дополнительно знать длину исходного сообщения.

4.1.2 Процедура 2

Пусть . Положим

.

Примечание - Данная процедура обеспечивает однозначное восстановление исходного сообщения. При этом если длина исходного сообщения кратна , то длина дополненного сообщения будет увеличена.

4.1.3 Процедура 3

Пусть .

В зависимости от значения r возможны случаи:

- если r=n, то последний блок не изменяется P*=P;

- если r<n, то применяется процедура 2.

Примечания

1 Данная процедура обязательна для режима выработки имитовставки (5.6) и не рекомендуется для использования в других режимах (5.1-5.5).

2 Выбор конкретной процедуры дополнения предоставляется разработчику информационной системы и/или регламентируется другими нормативными документами.

4.2 Выработка начального значения

В некоторых режимах работы используются величины, начальное значение которых вычисляется на основании синхропосылки IV; обозначим через m суммарную длину указанных величин. Будем обозначать процедуру выработки начального значения через I: и называть процедурой инициализации. Будем называть процедуру инициализации тривиальной, если I=IV. Если не оговорено иное, будем считать, что используется тривиальная процедура инициализации на основе синхропосылки необходимой длины.

Во всех описываемых в настоящем стандарте режимах работы не требуется обеспечение конфиденциальности синхропосылки. Вместе с тем процедура выработки синхропосылки должна удовлетворять одному из следующих требований.

- Значения синхропосылки для режимов простой замены с зацеплением и гаммирования с обратной связью по шифртексту необходимо выбирать случайно, равновероятно и независимо друг от друга из множества всех допустимых значений. В этом случае значение каждой используемой синхропосылки IV должно быть непредсказуемым (случайным или псевдослучайным): зная значения всех других используемых синхропосылок, значение IV нельзя определить с вероятностью большей, чем 2.

- Все значения синхропосылок, выработанных для зашифрования на одном и том же ключе в режиме гаммирования, должны быть уникальными, т.е. попарно различными. Для выработки значений синхропосылок может быть использован детерминированный счетчик.

- Значение синхропосылки для режима гаммирования с обратной связью по выходу должно быть либо непредсказуемым (случайным или псевдослучайным), либо уникальным.

Примечание - Режим простой замены не предусматривает использования синхропосылки.

4.3 Процедура усечения

В некоторых режимах используется усечение строк длины n до строк длины s, sn, с использованием функции T=MSB, т.е. в качестве операции усечения используется операция взятия бит с большими номерами.

5 Режимы работы алгоритмов блочного шифрования

5.1 Режим простой замены

Длина сообщений, зашифровываемых в режиме простой замены, должна быть кратна длине блока базового алгоритма блочного шифрования n, поэтому, при необходимости, к исходному сообщению должна быть предварительно применена процедура дополнения.

Зашифрование (расшифрование) в режиме простой замены заключается в зашифровании (расшифровании) каждого блока текста с помощью базового алгоритма блочного шифрования.

5.1.1 Зашифрование

Открытый и, при необходимости, дополненный текст *, , представляется в виде: , =1, 2, ..., q. Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу:

i=1, 2, …, q. (1)

Результирующий шифртекст имеет вид:

.

Зашифрование в режиме простой замены проиллюстрировано на рисунке 1.


Рисунок 1 - Зашифрование в режиме простой замены

5.1.2 Расшифрование

Шифртекст представляется в виде: , , =1, 2, ..., q. Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу:

, =1, 2, …, q. (2)

Исходный (дополненный) открытый текст имеет вид:

.

Примечание - Если к исходному открытому тексту была применена процедура дополнения, то после расшифрования следует произвести обратную процедуру. Для однозначного восстановления сообщения может потребоваться знание длины исходного сообщения.

Расшифрование в режиме простой замены проиллюстрировано на рисунке 2.


Рисунок 2 - Расшифрование в режиме простой замены

5.2 Режим гаммирования

Параметром режима гаммирования является целочисленная величина s 0<sn. При использовании режима гаммирования не требуется применение процедуры дополнения сообщения.

Для зашифрования (расшифрования) каждого отдельного открытого текста на одном ключе используется значение уникальной синхропосылки .

Зашифрование в режиме гаммирования заключается в покомпонентном сложении открытого текста с гаммой шифра, которая вырабатывается блоками длины s путем зашифрования последовательности значений счетчика , =1, 2, ..., базовым алгоритмом блочного шифрования с последующим усечением. Начальным значением счетчика является I(IV)=IV||0. Последующие значения счетчика вырабатываются с помощью функции Add: следующим образом:

(3)

5.2.1 Зашифрование

Открытый текст * представляется в виде

, , =1, 2, ..., q-1, , .

Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу:

(4)

Результирующий шифртекст имеет вид:

.

Зашифрование в режиме гаммирования проиллюстрировано на рисунке 3.


Рисунок 3 - Зашифрование в режиме гаммирования

5.2.2 Расшифрование

Шифртекст представляется в виде: , , =1, 2, ..., q-1, , . Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу:

(5)

Исходный открытый текст имеет вид

.

Расшифрование в режиме гаммирования проиллюстрировано на рисунке 4.


Рисунок 4 - Расшифрование в режиме гаммирования

5.3 Режим гаммирования с обратной связью по выходу

Параметрами режима гаммирования с обратной связью по выходу являются целочисленные величины s и m, 0<sn, m=n·z, z1 - целое число.

При использовании режима гаммирования с обратной связью по выходу не требуется применение процедуры дополнения сообщения.

При шифровании на одном ключе для каждого отдельного открытого текста используется значение уникальной или непредсказуемой (случайной или псевдослучайной) синхропосылки .

При шифровании в режиме гаммирования с обратной связью по выходу используется двоичный регистр сдвига R длины m. Начальным заполнением регистра является значение синхропосылки IV.

Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу заключается в покомпонентном сложении открытого текста с гаммой шифра, которая вырабатывается блоками длины s. При вычислении очередного блока гаммы выполняется зашифрование n разрядов регистра сдвига с большими номерами базовым алгоритмом блочного шифрования. Затем заполнение регистра сдвигается на n бит в сторону разрядов с большими номерами, при этом в разряды с меньшими номерами записывается полученный выход базового алгоритма блочного шифрования. Блок гаммы вычисляется путем усечения выхода базового алгоритма блочного шифрования.

5.3.1 Зашифрование

Открытый текст * представляется в виде , , =1, 2, ..., q-1, , . Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу:

(6)

Результирующий шифртекст имеет вид:

.

Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу проиллюстрировано на рисунке 5.


Рисунок 5 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу

5.3.2 Расшифрование

Шифртекст представляется в виде: , , =1, 2, ..., q-1, , .

Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу:

,

(7)



Исходный открытый текст имеет вид

.

Расшифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу проиллюстрировано на рисунке 6.

(Поправка. ИУС N 6-2018).


Рисунок 6 - Расшифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу

5.4 Режим простой замены с зацеплением

Параметром режима простой замены с зацеплением является целочисленная величина m, m=n·z, z1 - целое число.

Длина сообщений, зашифровываемых в режиме простой замены с зацеплением, должна быть кратна длине блока базового алгоритма блочного шифрования n, поэтому, при необходимости, к исходному сообщению должна быть предварительно применена процедура дополнения.

При шифровании на одном ключе для каждого отдельного открытого текста используется значение непредсказуемой (случайной или псевдослучайной) синхропосылки .

При шифровании в режиме простой замены с зацеплением используется двоичный регистр сдвига R длины m. Начальным заполнением регистра является значение синхропосылки IV.

В режиме простой замены с зацеплением очередной блок шифртекста получается путем зашифрования результата покомпонентного сложения значения очередного блока открытого текста со значением n разрядов регистра сдвига с большими номерами. Затем регистр сдвигается на один блок в сторону разрядов с большими номерами. В разряды с меньшими номерами записывается значение блока шифртекста.

5.4.1 Зашифрование

Открытый и, при необходимости, дополненный текст *, представляется в виде: , =1, 2, ..., q. Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу:

(8)

Результирующий шифртекст имеет вид:

.

Зашифрование в режиме простой замены с зацеплением проиллюстрировано на рисунке 7.


Рисунок 7 - Зашифрование в режиме простой замены с зацеплением

5.4.2 Расшифрование

Шифртекст представляется в виде: , , =1, 2, …, q. Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу:

(9)

Исходный (дополненный) открытый текст имеет вид:

.

Примечание - Если к исходному открытому тексту была применена процедура дополнения, то после расшифрования следует произвести обратную процедуру. Для однозначного восстановления сообщения может потребоваться знание длины исходного сообщения.

Расшифрование в режиме простой замены с зацеплением проиллюстрировано на рисунке 8.


Рисунок 8 - Расшифрование в режиме простой замены с зацеплением

5.5 Режим гаммирования с обратной связью по шифртексту

Параметрами режима гаммирования с обратной связью по шифртексту являются целочисленные величины s и m, 0<sn, nm.

В конкретной системе обработки информации на длину сообщения P может как накладываться ограничение |P|=s·q, так и не накладываться никаких ограничений. В случае если такое ограничение накладывается, к исходному сообщению, при необходимости, должна быть предварительно применена процедура дополнения.

При шифровании на одном ключе для каждого отдельного открытого текста используется значение непредсказуемой (случайной или псевдослучайной) синхропосылки .

При шифровании в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту используется двоичный регистр сдвига R длины m. Начальным заполнением регистра является значение синхропосылки IV.

Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту заключается в покомпонентном сложении открытого текста с гаммой шифра, которая вырабатывается блоками длины s. При вычислении очередного блока гаммы выполняется зашифрование n разрядов регистра сдвига с большими номерами базовым алгоритмом блочного шифрования с последующим усечением. Затем заполнение регистра сдвигается на s разрядов в сторону разрядов с большими номерами, при этом в разряды с меньшими номерами записывается полученный блок шифртекста, являющийся результатом покомпонентного сложения гаммы шифра и блока открытого текста.

5.5.1 Зашифрование

Открытый текст * представляется в виде , , =1, 2, ..., q-1, , . Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу:

(10)

Результирующий шифртекст имеет вид:

.

Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту проиллюстрировано на рисунке 9.


Рисунок 9 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту

5.5.2 Расшифрование

Шифртекст представляется в виде: , , =1, 2, ..., q-1. Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу:

(11)

Исходный открытый текст имеет вид:

.

Примечание - Если к исходному открытому тексту была применена процедура дополнения, то после расшифрования следует произвести обратную процедуру. Для однозначного восстановления сообщения может потребоваться знание длины исходного сообщения.

Расшифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту проиллюстрировано на рисунке 10.


Рисунок 10 - Расшифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту

5.6 Режим выработки имитовставки

Режим выработки имитовставки, описание которого представлено ниже, реализует конструкцию ОМАС1 (стандартизован в ISO под названием СМАС [1]).

Параметром режима является длина имитовставки (в битах) 0<sn.

5.6.1 Выработка вспомогательных ключей

При вычислении значения имитовставки используются вспомогательные ключи, которые вычисляются с использованием ключа K. Длины вспомогательных ключей равны длине блока n базового алгоритма блочного шифрования.

Процедура выработки вспомогательных ключей может быть представлена в следующей форме

где , .

Если значение n отлично от 64 и 128, следует использовать следующую процедуру определения значения константы . Рассмотрим множество примитивных многочленов степени n над полем GF(2) с наименьшим количеством ненулевых коэффициентов. Упорядочим это множество лексикографически по возрастанию векторов коэффициентов и обозначим через первый многочлен в этом упорядоченном множестве.

Рассмотрим поле GF(2)[]/(()), зафиксируем в нем степенной базис и будем обозначать операцию умножения в этом поле символом . Вспомогательные ключи и вычисляются следующим образом:

(12)

Примечание - Вспомогательные ключи , промежуточное значение R наряду с ключом являются секретными параметрами. Компрометация какого-либо из этих значений приводит к возможности построения эффективных методов анализа всего алгоритма.

5.6.2 Вычисление значения имитовставки

Процедура вычисления значения имитовставки похожа на процедуру зашифрования в режиме простой замены с зацеплением при m=n и инициализации начального заполнения регистра сдвига значением 0: на вход алгоритму шифрования подается результат покомпонентного сложения очередного блока текста и результата зашифрования на предыдущем шаге. Основное отличие заключается в процедуре обработки последнего блока: на вход базовому алгоритму блочного шифрования подается результат покомпонентного сложения последнего блока, результата зашифрования на предыдущем шаге и одного из вспомогательных ключей. Конкретный вспомогательный ключ выбирается в зависимости от того, является ли последний блок исходного сообщения полным или нет. Значением имитовставки МАС является результат применения процедуры усечения к выходу алгоритма шифрования при обработке последнего блока.

Исходное сообщение *, для которого требуется вычислить имитовставку, представляется в виде:

.

где , =1, 2, ..., q-1, , .

Процедура вычисления имитовставки описывается следующим образом:

,

, =1, 2, …, q-1, (13)


,

где

- последний блок сообщения, полученного в результате дополнения исходного сообщения с помощью процедуры 3.

Процедура вычисления имитовставки проиллюстрирована на рисунках 11-13.


Рисунок 11 - Вычисление значения имитовставки - общий вид

Примечание - Настоятельно рекомендуется не использовать ключ режима выработки имитовставки в других криптографических алгоритмах, в том числе в режимах, обеспечивающих конфиденциальность, описанных в 5.1-5.5.


Рисунок 12 - Вычисление значения имитовставки - случай полного последнего блока


Рисунок 13 - Вычисление значения имитовставки - случай с дополнением последнего блока

Приложение А
(справочное)

Контрольные примеры

Данное приложение носит справочный характер и не является частью настоящего стандарта.

В данном приложении содержатся примеры для зашифрования и расшифрования сообщений, а также выработки имитовставки, с использованием режимов работы шифра, определенных в данном стандарте. Параметр s выбран равным n с целью упрощения проводимых вычислений, а параметр m выбирался из соображений демонстрации особенностей каждого режима шифрования. Двоичные строки из V*, длина которых кратна 4, записываются в шестнадцатеричном виде, а символ конкатенации ("||") опускается. То есть, строка будет представлена в виде , где {0, 1, ..., 9, a, b, c, d, e, f}, i=0, 1, ..., r-1.

В А.1 приведены примеры для блочного шифра с длиной блока n=128 бит ("Кузнечик"). В А.2 приведены примеры для блочного шифра с длиной блока n=64 бит ("Магма").

А.1 Блочный шифр с длиной блока n=128 бит

Примеры используют следующие параметры:

Ключ

K=8899aabbccddeeff0011223344556677fedcba98765432100123456789abcdef.

Открытый текст - четыре 128-битных блока:

=1122334455667700ffeeddccbbaa9988,

=00112233445566778899aabbcceeff0a,

=112233445566778899aabbcceeff0a00,

=2233445566778899aabbcceeff0a0011.

А.1.1 Режим простой замены

Таблица А.1 - Зашифрование в режиме простой замены

Открытый текст

Шифртекст

1122334455667700ffeeddccbbaa9988

7f679d90bebc24305a468d42b9d4edcd

00112233445566778899aabbcceeff0a

b429912c6e0032f9285452d76718d08b

112233445566778899aabbcceeff0a00

f0ca33549d247ceef3f5a5313bd4b157

2233445566778899aabbcceeff0a0011

d0b09ccde830b9eb3a02c4c5aa8ada98

А.1.2 Режим гаммирования

А.1.2.1 Зашифрование

s=n=128,

IV=1234567890abcef0.

Таблица А.2 - Зашифрование в режиме гаммирования

1

2

1122334455667700ffeeddccbbaa9988

00112233445566778899aabbcceeff0a

Входной блок

1234567890abcef00000000000000000

1234567890abcef00000000000000001

Выходной блок

e0b7ebfa9468a6db2a95826efb173830

85ffc500b2f4582a7ba54e08f0ab21ее

f195d8bec10ed1dbd57b5fa240bda1b8

85eee733f6a13e5df33ce4b33c45dee4

Oкончание таблицы А.2

3

4

112233445566778899aabbcceeff0a00

2233445566778899aabbcceeff0a0011

Входной блок

1234567890abcef00000000000000002

1234567890abcef00000000000000003

Выходной блок

b4c8dbcfb353195b4c42cc3ddb9ba9a5

e9a2bee4947b322f7b7d1db6dfb7ba62

a5eae88be6356ed3d5e877f13564a3a5

cb91fab1f20cbab6d1c6d15820bdba73

А.1.2.2 Расшифрование

С использованием приведенных значений K, IV, и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , .

А.1.3 Режим гаммирования с обратной связью по выходу

А.1.3.1 Зашифрование

s=n=128, m=2n=256,

IV=1234567890abcef0a1b2c3d4e5f0011223344556677889901213141516171819.

Таблица А.3 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу

i

1

2

1122334455667700ffeeddccbbaa9988

00112233445566778899aabbcceeff0a

Входной блок

1234567890abcef0a1b2c3d4e5f00112

23344556677889901213141516171819

Выходной блок

90а2391de4e25c2400f1a49232d0241d

ed4a659440d99cc3072c8b8d517dd9b5

81800а59b1842b24ff1f795e897abd95

ed5b47a7048cfab48fb521369d9326bf

Окончание таблицы А.3

3

4

112233445566778899aabbcceeff0a00

2233445566778899aabbcceeff0a0011

Входной блок

90а2391de4e25c2400f1a49232d0241d

ed4a659440d99cc3072c8b8d517dd9b5

Выходной блок

778064e869c6cf3951a55c30fed78013

020dff9500640ef90a92eead099a3141

66a257ac3ca0b8b1c80fe7fc10288a13

203ebbc066138660a0292243f6903150

А.1.3.2 Расшифрование

С использованием приведенных значений K, IV, и C и с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , .

А.1.4 Режим простой замены с зацеплением

А.1.4.1 Зашифрование

m=2n=256,

IV=1234567890abcef0a1b2c3d4e5f0011223344556677889901213141516171819.

Таблица А.4 - Зашифрование в режиме простой замены с зацеплением

1

2

1122334455667700ffeeddccbbaa9988

00112233445566778899aabbcceeff0a

Входной блок

0316653cc5cdb9f05e5c1e185e5a989a

23256765232defe79a8abeaedaf9e713

Выходной блок

689972d4a085fa4d90e52e3d6d7dcc27

2826e661b478eca6af1e8e448d5ea5ac

689972d4a085fa4d90e52e3d6d7dcc27

2826e661b478eca6af1e8e448d5ea5ac

Окончание таблицы А.4

3

4

112233445566778899aabbcceeff0a00

2233445566778899aabbcceeff0a0011

Входной блок

79bb4190f5e38dc5094f95f18382c627

0a15a234d20f643f05a542aa7254a5bd

Выходной блок

fe7babf1e91999e85640e8b0f49d90d0

167688065a895c631a2d9a1560b63970

fe7babf1e91999e85640e8b0f49d90d0

167688065a895c631a2d9a1560b63970

А.1.4.2 Расшифрование

С использованием приведенных значений K, IV и C и с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , .

А.1.5 Режим гаммирования с обратной связью по шифртексту

А.1.5.1 Зашифрование

s=n=128, m=2n=256,

IV=1234567890abcef0a1b2c3d4e5f0011223344556677889901213141516171819.

Таблица А.5 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту

1

2

1122334455667700ffeeddccbbaa9988

00112233445566778899aabbcceeff0a

Входной блок

1234567890abcef0a1b2c3d4e5f00112

23344556677889901213141516171819

Выходной блок

90а2391de4e25c2400f1a49232d0241d

ed4a659440d99cc3072c8b8d517dd9b5

81800а59b1842b24ff1f795e897abd95

ed5b47a7048cfab48fb521369d9326bf

Окончание таблицы А.5

3

4

112233445566778899aabbcceeff0а00

2233445566778899aabbcceeff0a0011

Входной блок

81800а59b1842b24ff1f795e897abd95

ed5b47a7048cfab48fb521369d9326bf

Выходной блок

68d09baf09a0fab01d879d82795d32b5

6dcdfa9828e5a57f6de01533bbf1f4c0

79f2a8eb5cc68d38842d264e97a238b5

4ffebecd4e922de6c75bd9dd44fbf4d1

А.1.5.2 Расшифрование

С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , .

А.1.6 Режим выработки имитовставки

А.1.6.1 Выработка вспомогательных ключей

R=94bec15e269cf1e506f02b994с0а8еа0,

MSB(R)=1,

297d82bc4d39e3ca0de0573298151d4087=297d82bc4d39e3ca0de0573298151dc7,

MSB()=0,

1=297d82bc4d39e3ca0de0573298151dc7<<1=52fb05789a73c7941bc0ae65302a3b8e,

, .

А.1.6.2 Вычисление имитовставки

s=64.

Таблица А.6 - Вычисление имитовставки

1

2

1122334455667700ffeeddccbbaa9988

00112233445566778899aabbcceeff0a

Входной блок

1122334455667700ffeeddccbbaa9988

7f76bfa3fae94247d2df27f9753a12c7

Выходной блок

7f679d90bebc24305a468d42b9d4edcd

1ac9d976f83636f55ae9ef305e7c90d2

Окончание таблицы А.6

3

4

112233445566778899aabbcceeff0а00

2233445566778899aabbcceeff0a0011

Входной блок

0bebea32ad50417dc34354fcb0839ad2

1e2a9c1d8cc03bfa0cb340971252fe24

Выходной блок

15645af4a78e50a9abe8db4b754de3f2

336f4d296059fbe34ddeb35b37749c67

А.2 Блочный шифр с длиной блока n=64 бит

Примеры используют следующие параметры.

Ключ

K=ffeeddccbbaa99887766554433221100f0f1f2f3f4f5f6f7f8f9fafbfcfdfeff.

Открытый текст - четыре 64-битных блока:

=92def06b3c130a59,

=db54c704f8189d20,

=4a98fb2e67a8024c,

=8912409b17b57e41.

А.2.1 Режим простой замены

Таблица А.7 - Зашифрование в режиме простой замены

Открытый текст

Шифртекст

92def06b3c130a59

2b073f0494f372a0

db54c704f8189d20

de70e715d3556e48

4a98fb2e67a8024c

11d8d9e9eacfbc1e

8912409b17b57e41

7c68260996c67efb

А.2.2 Режим гаммирования

А.2.2.1 Зашифрование

s=n=64,

IV=12345678.

Таблица А.8 - Зашифрование в режиме гаммирования

1

2

92def06b3c130a59

db54c704f8189d20

Входной блок

1234567800000000

1234567800000001

Выходной блок

dc46e167aba4b365

e571ca972ef0c049

4е98110с97b7b93с

3e250d93d6e85d69

Окончание таблицы А.8

3

4

4a98fb2e67a8024c

8912409b17b57e41

Входной блок

1234567800000002

1234567800000003

Выходной блок

59f57da6601ad9a3

df9cf61bbce7df6c

136d868807b2dbef

568eb680ab52a12d

А.2.2.2 Расшифрование

С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , .

А.2.3 Режим гаммирования с обратной связью по выходу

А.2.3.1 Зашифрование

s=n=64, m=2n=128,

IV=1234567890abcdef234567890abcdef1.

Таблица А.9 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью

1

2

92def06b3c130a59

db54c704f8189d20

Входной блок

1234567890abcdef

234567890abcdef1

Выходной блок

49e910895a8336da

d612a348e78295bc

db37e0e266903c83

0d46644c1f9a089c

Окончание таблицы А.9

3

4

4a98fb2e67a8024c

8912409b17b57e41

Входной блок

49e910895a8336da

d612a348e78295bc

Выходной блок

еа60сb4с24а63032

4136af23aafaa544

a0f83062430e327e

C824efb8bd4fdb05

А.2.3.2 Расшифрование

С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , .

А.2.4 Режим простой замены с зацеплением

А.2.4.1 Зашифрование

m=3n=192,

IV=1234567890abcdef234567890abcdef134567890abcdef12.

Таблица А.10 - Зашифрование в режиме простой замены с зацеплением

1

2

92def06b3c130a59

db54c704f8189d20

Входной блок

80eaa613acb8c7b6

f811a08df2a443d1

Выходной блок

96d1b05eea683919

aff76129abb937b9

96d1b05eea683919

aff76129abb937b9

Окончание таблицы А.10

3

4

4a98fb2e67a8024c

8912409b17b57e41

Входной блок

7ece83becc65ed5e

1fc3f0c5fddd4758

Выходной блок

5058b4a1c4bc0019

20b78b1a7cd7e667

5058b4a1c4bc0019

20b78b1a7cd7e667

А.2.4.2 Расшифрование

С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , .

А.2.5 Режим гаммирования с обратной связью по шифртексту

А.2.5.1 Зашифрование

s=n=64, m=2n=128,

IV=1234567890abcdef234567890abcdef1.

Таблица А.11 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту

1

2

92def06b3c130a59

db54c704f8189d20

Входной блок

1234567890abcdef

234567890abcdef1

Выходной блок

49e910895a8336da

d612a348e78295bc

db37e0e266903c83

0d46644c1f9a089c

Окончание таблицы А.11

3

4

4a98fb2e67a8024c

8912409b17b57e41

Входной блок

db37e0e266903c83

0d46644c1f9a089c

Выходной блок

6e25292d34bdd1c7

35d2728f36b22b44

24bdd2035315d38b

bcc0321421075505

А.2.5.2 Расшифрование

С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , .

А.2.6 Режим выработки имитовставки

А.2.6.1 Выработка вспомогательных ключей

R=2fa2cd99a1290a12,

MSB(R)=0, =R<<1=5f459b3342521424,

MSB()=0, следовательно =<<1=be8b366684a42848,

, *=.

А.2.6.2 Вычисление имитовставки

s=32.

Таблица А.12 - Вычисление имитовставки

1

2

92def06b3c130a59

db54c704f8189d20

Входной блок

92def06b3c130a59

f053f8006cebef80

Выходной блок

2b073f0494f372a0

c89ed814fd5e18e9

Окончание таблицы А.12

3

4

4a98fb2e67a8024c

8912409b17b57е41

Входной блок

8206233a9af61aa5

216e6a2561cff165

Выходной блок

f739b18d34289b00

154e72102030c5bb

MAC=154e7210.

Библиография*

________________

* Оригиналы международных стандартов ИСО/МЭК находятся во ФГУП "" Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.

[1]

ИСО/МЭК 9797-1:2011

(ISO 9797-1:2011)

Информационные технологии. Методы защиты. Коды аутентификации сообщений (MAC). Часть 1. Механизмы, использующие блочный шифр (Information technology - Security techniques - Message Authentication Codes (MACs) - Part 1: Mechanisms using a block cipher)

[2]

ИСО/МЭК 10116:2006

(ISO/IЕС 10116:2006)

Информационные технологии. Методы обеспечения безопасности. Режимы работы для n-битовых блочных шифров (Information technology - Security techniques - Modes of operation for an n-bit block cipher)

[3]

ИСО/МЭК 10118-1:2000

(ISO/IEC 10118-1:2000)

Информационные технологии. Методы защиты информации. Хэш-функции. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Hash-functions - Part 1: General)

[4]

ИСО/МЭК 18033-1:2005

(ISO/IEC 18033-1:2005)

Информационные технологии. Методы и средства обеспечения безопасности. Алгоритмы шифрования. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Encryption algorithms - Part 1: General)

[5]

ИСО/МЭК 14888-1:2008

(ISO/IEC 14888-1:2008)

Информационные технологии. Методы защиты. Цифровые подписи с приложением. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Digital signatures with appendix - Part 1: General)

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2016

Редакция документа с учетом
изменений и дополнений подготовлена