АЛГОРИТМ ШИФРОВАНИЯ SKIPJACK

В современном мире жизнь человека становится всё более динамичной. Люди не хотят тратить много своего времени на поход в библиотеку, поиск редкого товара в магазинах, стояние в очереди на оплату коммунальных услуг, оформление различных документов и льгот и т.д. Соответственно, многие услуги автоматизируются и переносятся на электронные устройства и комплексы. Естественно, остро встает вопрос о защите пересылаемых данных и  их безопасности.

Но подобные проблемы волнуют человечество уже не одно тысячелетие. Криптография - наука, обеспечивающая секретность сообщения, существующая уже около 4 тысяч лет. Существует множество различных алгоритмов шифрования, шифровальных машин и специально созданных устройств.

В нашей работе рассматривается алгоритм симметричного блочного шифрования SKIPJACK. Он был разработан Агентством Национальной безопасности США в 1980 году. Долгое время алгоритм был засекречен и только в 1998 году он был опубликован в открытом доступе. В результате исследований  было выявлено, что риск взлома шифра с помощью более быстрых способов незначителен. Алгоритм не имеет слабых ключей и свойства комплементарности.

Алгоритм шифрования SKIPJACK

Данный алгоритм шифрования - блочный. В его работе используется 10-байтный ключ шифрования и входной блок символов размером 8 байт. В процессе шифрования данные разбиваются на 4 слова(по 2 байта каждое). Слова обозначаются w₁, w₂, w_3, w₄(w₁ - старшие 2 байта входного блока). Далее выполняются 32 раунда преобразования слов одной из функций - A или B[1].

Приведем пошаговое описание алгоритма функции A и обобщенные правила преобразований в функциях A и B.

Рисунок 1. Функция A

Пошаговое описание алгоритма функции A:

1. Выполнить операцию G над w₁.

2. Применить операцию XOR к результату предыдущего шага и значению w₄.

3. Присвоить w₁ результат применения операции XOR к результату шага 2 и текущему значению счетчика.

4. Присвоить w₄ текущее значение w₃.

5. Присвоить w₃ текущее значение w₂.

6. Присвоить w₂ результат, полученный на шаге 1.

7. Увеличить значение счётчика на 1.

Рисунок 2. Функция B.

Обобщенные правила преобразований функции A:

w₁^k+1=G^k(w₁^k)+w₄^k+счетчик^k

w₂^k+1= G^k(w₁^k)

w₃^k+1= w₂^k

w₄^k+1=w₃^k

Обобщенные правила преобразований функции B:

w₁^k+1= w₄^k

w₂^k+1= G^k(w₁^k)

w₃^k+1= w₁^k+w₂^k+счетчик^k

w₄^k+1=w₃^k

Здесь и далее k - номер раунда алгоритма.

Операция G представляет собой четырехраундовую сеть Фейстеля[1]:

Рисунок 3. Функция G.

Здесь cv_4k+n= K(4*k+n (mod 10)). K - ключ шифрования.

F - замещение входящего байта согласно F-таблице. В ней номер строки - старшие 4 бита входного байта(индексация начинается с нуля), номер столбца - младшие 4 бита.

Таблица 1.

F-таблица

На вход подаются , 1<=i<=4, счетчик устанавливается в 1, k=0. Для шифрования сообщения 8 раз выполняется операция A, затем - 8 раз B, 8 раз - A и 8 раз B. После каждого выполнения функции A или B счётчик увеличивается на 1. На выходе имеем , 1<=i<=4, k =32.

Дешифрование

Дешифрование осуществляется применением в обратном порядке функций, обратных к A и B, значение счётчика на первом шаге устанавливается в 32.

Обобщенные правила преобразований функции A^-1:

w₁^k-1=[G^k-1]^-1(w₂^k)

w₂^k-1= w₃^k

w₃^k-1= w₄^k

w₄^k-1=w₁^k+w₂^k+счетчик^k-1

Обобщенные правила преобразований функции B^-1:

w₁^k-1= [G^k-1]^-1(w₂^k)

w₂^k-1= [G^k-1]^-1(w₂^k) +w₃^k+счетчик^k-1

w₃^k-1= w₄^k

w₄^k-1=w₁^k

Рисунок 4. Функция G^-1.

На вход подаются , 1<=i<=4, счетчик устанавливается в 32, k=0. Сначала 8 раз выполняется операция B^-1, затем - 8 раз A^-1, 8 раз - B^-1 и 8 раз A^-1. После каждого выполнения функции A^-1 или B^-1 счётчик уменьшается на 1. На выходе имеем , 1<=i<=4, k =0.

Программная реализация

В ходе работы алгоритм был реализован в виде программного продукта, позволяющего шифровать и дешифровать исходный текст по введенному ключу.

Рисунок 5. Пример работы программы.

Список литературы:

1. Bruce Schneier "Applied Cryptography" John Wiley & Sons, 784 p., 1996