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 |
: | - | отображение, ставящее в соответствие строке , , строку , |
" | - | операция логического сдвига строки на компонент в сторону компонент, имеющих большие номера. Если , то , причем |
: GF(2)[] | - | отображение, ставящее в соответствие строке |
: | - | 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) |
: | - | - 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