DES (Data Encryption Standard) алгоритмін талдау

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 22 бет
Таңдаулыға:

К У Р С Т Ы Қ Ж Ұ М Ы С

Тақырыбы: « DES (Data Encryption Standard) алгоритмін талдау »

(«Ақпараттық қауіпсіздік негіздері» пәні бойынша)

Мазмұны

Кіріспе . . . 3
Негізгі бөлім . . . 4

2. 1. DES алгоритмінің тарихы . . . 4

2. 2. DES алгоритмінің жұмыс істеу принципі . . . 6

2. 3. DES алгоритмінің жұмыс істеу режимдері . . . 16

III. Қорытынды . . . 22

IV. Қолданған әдебиеттер тізімі . . . 23

Кіріспе

Бұл курсттық жүмыстың тақырыбы «DES (Data Encryption Standard) алгоритмін талдау». Хабарлар тасымалданатын байланыс арналары көбінесе қорғалмаған болып келеді және осы арнаға қатынас құру құқығы бар кез келген адам хабарларды қолға түсіре алады. Сондықтан желіде ақпаратқа біраз шабуылдар жасау мүмкіндігі бар.

Ақпаратты қорғау құралдары мемлекеттік құпия болып табылатын мәліметтерді қорғауға арналған техникалық, криптографиялық, программалық және басқа да құралдар, олар жүзеге асырылған құралдар, сондай-ақ, ақпарат қорғаудың тиімділігін бақылау құралдары.

Ақпараттық қорғау жүйесін жобалау әр түрлі жағдайда жүргізілуі мүмкін және бұл жағдайларға негізгі екі параметр әсер етеді: ақпарат қорғау жүйесіне арнап әзірленіп жатқан деректерді өңдеудің автоматтандырылған жүйесінің қазіргі күй-жағдайы және ақпаратты қорғау жүйесін жасауға кететін қаржы мөлшері.

Қазіргі кезде ақпарат көп болғандықтан оған көптеген бұзушылар және қаскүмендер тиым салынған операцияларды қателескендіктен, білместіктен орындауға әрекет жасаған немесе ол үшін саналы түрде әртүрлі мүмкіншіліктерді, әдістерді және құралдарды қолданатын тұлғалар болып табылады.

Жазылған жұмыстың мақсаты: «Ақпараттық Қауіпсіздік Негіздері» курсында берілетін білімдер қайда қолданылады және оның маңыздылығы қандай екенін көрсету және ол не үшін керек екенін анықтау.

Жұмыстың актуалдығы : Қазіргі уақытта «Ақпарат» деген сөзге баға жоқ. Себебі ақпарат-көптеген нәрсенің тіреуіші. Кейбір ақпараттар құпия болып келеді, яғни қорғауды талап етеді. (Мысалы әскери, саяси және т. б. мемлекеттік маңыздылығы бар құпиялар) . Кей кездерде олардың құпияда болуы-мемлекеттің бар болуының кепілі болады. Сондықтан заңды-заңсыздығына, құпиялық дәрежесіне қатысты мәселелер осы мемлекет бар уақытты әрдайым жоғарғы дәрежеде актуалды болады деген ойдамын.

DES ( Data Encryption Standard ) деректерді шифрлеу

стандартының тарихы

Нарықта құпия ақпараттарды түпнұсқа алгоритмімен сигналдарды түрлендіру қорғаныс құрылғылары әр түрлі фирмалардағы бар құрылғымен абоненттер арасында ақпараттар алмасу қажеттілік пайда болғанда жағдайында анықталмаған қиындықтарды туғызды. Одан басқа кейбір “фирмалық” алгоритмдер қажетті дәрежеде қорғай алмайды, соның ішінде біліктігі жеткіліксіз мамандардың құрастырып шығарғандары.

Осы жеткіліксіздікті жою мақсатында АҚШ-та DES (Data Encryption Standard) деректерді құпиялау стандарты АҚШ-тың Ұлттық стандарттар бюросымен бекітілген және 1977 жылдың 15 қаңтарда ресми іс-қағаз ретінде шығарылды (FIPS PUB 46. ) . (Алғашқы DES стандарт алгоритмі 1974 ж жарияланды) DES стандарты Федералдық басқармаларда құпия емес компьютерлерді қолдануға арналған. Бұл стандартта ең бірінші құпиялау алгоритмі керекті өндірушілер мен тұтынушылардың деректерді жіберу желісіндегі ақпараттарды қорғау құрылғыларына ортақ пайдалануға берілді. Осығанға дейін коммерциялық нарықта көптеген стандартталмаған алгоритмдер болды.

Деректерді бұрыс қол жетімділіктен қорғау стандарттары шифрлеу, тұлға мен деректердің шынайлығын тексеру (аутентификация), қол жетімділікті бақылау, деректерді сенімді сақталу мен жіберілу секілді аумақтарда қажет етілді. АҚШ-тың үш ұйымдардың бірігу нәтижесінде - Ұлттық стандарттар бюросы (NBC), Ұлттық Қауіпсіздік Басқармасы (NSA) және IBM фирмасы ұқсас стандарт DES (Data Encryption Standard) атына ие болып және 1975 жылы Federal Register арнайы басылымында жарияланды. Оның жариялануы ақпараттар қорғау аймағындағы мамандардың арасында сөзталас шығарды. DES алгоритмінің екіжылдық “жасырын тесіктерді” табу мақсатындағы тәжірибелерінен кейін, сосын экономикалық сұрақтар жағынан да (көбінесе кілттің ұзындығын анықтау кезінде) стандарт еш өзгертусіз қалады деп шешті. Алгоритмде ешқандай “тесіктер” табылмады. Ұзындығы 56 битті тиімді кілті қолданушыларды жақын 15…20 жылға толық қанағаттандырады, себебі жалпы кілттер саны бұл жағдайда 7, 6*10^16 санымен бағаланылады. DES алғашқы “ашық” шифроалгоритмдердің бірі болды. Оны жүзеге асыратын барлық схемалар жарияланып және толық тексерістен өтті. Тек ақпаратты кодтайтын және кері кодтайтын кілт қана құпиялы болды.

DES алгоритмі Шеннонның 1949 жылғы криптографияны ақпараттар теориясымен байланыстыратын ғылыми жұмысында негізделген. Шеннон практикалық шифрда қолданатын екі жалпы қағиданы көрсетті: шашыраңқы мен алмастыру. Шашыраңқылық деп ол ашық мәтіннің бір белгісінің таратылуы шифрмәтіннің көптеген белгілеріне әсер етуі ашық мәтіннің статистикалық қасиеттерін жасыруға көмектеседі. Алмастыруды Шеннон ашық және шифрленген мәтіннің статистикалық қасиеттерін өзара байланысты қолдану деп түсінді. Бірақ шифр тек анықтауды қиындату ғана емес сонымен қатар құпия кілтті біле отырып шифрлеу мен дешифрлеудің жеңілділігін қамтамасыздандыру керек. Сондықтан ерікті қарапайым шифрлерді қолдануға ой қабылданды, себебі олардың әр қайсысы шашыраңқылық пен алмастыру қосындысына кішігірім үлес қосады.

DES ( Data Encryption Standard ) алгоритмінің жұмыс істеу

принципі

DES алгоритмінің негізгі артықшылықтары:

Ұзындығы 56 битті бір ғана кілт қолданады;
Хабарламаны бір пакет арқылы шифрлеп, ал дишифрлеуге басқа да пакеттерді қолдануға болады;
Салыстырмалы алгоритмнің қарапайымдылығы ақпаратты жылдам өңдеуді қамтамасыздандырады;
Алгоритмнің жоғарғы тұрақтылығы жеткілікті.

DES 64-битті ақпарат блогын 56-биттік кілт көмегімен шифрлейді. DES дишифрлеуі кері шифрлеу операциясы және кері тізбектелген шифрлеу операциясын қайталауымен іске асырылады (айқындылығына қарамастан мұндай әдіс көп қолданбайды. Кейінірек біз шифрлеу мен дишифрлеуді әртүрлі алгоритммен жүзеге асырылуын қарастырамыз) .

Шифрлеу процесі бастапқы биттерді 64-биттік блогқа алмастырылуын, он алтылық циклдік шифрлеу және соңынан биттерді кері алмастыруында құрылған (1 сурет) .

1 сурет. DES алгоритмінің жалпы шифрлеу схемасы.

Айтып кететін жай, осы суретте келтірілген барлық кестелер стандарт болып табылады, сондықтан сіздің іске асырылатын алгоритміне ешқандай өзгеріссіз қосылуы керек. Осы кестедегі барлық алмастырулар мен кодтар дишифрлеу процесі кілтті алу жолын максималды түрде қиындатуға құрастырылған. 2 суретте DES алгоритмінің құрылымы келтірілген.

2 сурет. DES алгоритмінің құрылымы.

Айтарлық файлдан бастапқы алмастыру IP матрицасының көмегімен 8-байтты Т блогы келісідей оқылды:Т блогындағы 58 бит 1 битке айналды, 50 бит - 2 битке және т. с. с, ал нәтижесінде: T(0) =IP(T) .

Алынған T(0) биттер тізбегі әр қайсысы 32 бит болатындай екі тізбекке бөлінді: L(0) - сол жақ және үлкен биттер, R(0) - оң жаө және кіші биттер.

1 кесте. IP бастапқы алмастыру матрицасы.

58 50 42 34 26 18 10 02

60 52 44 36 28 20 12 04

62 54 46 38 30 22 14 06

64 56 48 40 32 24 16 08

57 49 41 33 25 17 09 01

59 51 43 35 27 19 11 03

61 53 45 37 29 21 13 05

63 55 47 39 31 23 15 07

Содан кейін 16 итерациядан тұратын шифрлеу басталады. Нәтижесінде I итерациясы келесідей формуламен көрсетіледі:

L(i) = R(i-1)

R(i) = L(i-1) xor f(R(i-1), K(i) ) ,

мұнда xor - ШЫҒАРЫП ТАСТАУ НЕМЕСЕ операциясы.

F функциясы шифрлеу функциясы деп атайды. Оның аргументтері - бұл

(i-1) итерациясынан алынған 32-битті R(i-1) тізбегі және 64-битті К кілтінің нәтижесінде алынған 48-битті K(i) кілті. Шифрлеу функциясы және K(i) кілтінің алу алгортимі төменде жазылған:

16-шы итерацияда 64-биттік R(16) L(16) тізбекке тіркестірілген R(16) және L(16) (орын ауыстырусыз) тізбегін аламыз.

Содан кейін IP ^-1 мтарицасына сәйкес осы биттер тізбектерінің орын ауыстырамыз (кесте 2) .

Кесте 2. IP ^-1 кері орын ауыстыру матрицасы

40 08 48 16 56 24 64 32

39 07 47 15 55 23 63 31

38 06 46 14 54 22 62 30

37 05 45 13 53 21 61 29

36 04 44 12 52 20 60 28

35 03 43 11 51 19 59 27

34 02 42 10 50 18 58 26

33 01 41 09 49 17 57 25

IP ^-1 және IP матрицалары келесі түрде байланыстырылады: IP ^-1 матрицасындағы 1-ші элементінің мәні 40-қа тең, ал IP матрицасындағы 40-шы эелементінің мәні 1-ге тең, IP ^-1 матрицасындағы 2-ші элементтің мәні 8-ге тең, ал IP матрицасының 8-ші элементтің мәні 2-ге тең және т. б.

Деректерді кері шифрлеу процесі шифрлеу процесіне инверсиялық қатынас болып табылады. Барлық іс-әрекеттер кері бағытта орындалуы тиіс. Бұл кері шифрленетін деректерді бірінші IP ^-1 матрицасына сәйкес орын ауыстырылады, ал содан кейін R(16) L(16) бит тізбектеріне шифрлеу процесінде қолданған іс-әрекеттер пайдаланамыз, бірақ керісінше.

Кері шифрлеудің интеративтік процесі келесі формулада көрсетілген:

R(i-1) = L(i), i = 1, 2, . . . , 16;

L(i-1) = R(i) xor f(L(i), K(i) ), i = 1, 2, . . . , 16 .

16-шы итерацияда 64-битті L(0) R(0) тізбегіне тіркестірілген L(0) және R(0) тізбегін аламыз.

Содан кейін IP матрицасына сәйкес осы тізбектегі биттердің орынын ауыстырамыз. Осындай орын ауыстырудың нәтижесі - алғашқы 64-битті тізбек.

Ендігі кезекте f(R(i-1), K(i) ) функциясының шифрлеуін қарастырамыз. Ол 3 суретте схемалық түрде көрсетілген.

3 сурет. f(R(i-1), K(i) ) функциясының есептелуі

F функциясының мәнін есептеу үшін келесі функция-матрицалар қолданады:

E - 32-битті тізбектің 48-биттікке дейін кеңейтілуі;
S1, S2, . . . , S8 - 6-битті блоктың 4-биттікке алмастырылуы;
P - битті 32-биттік тізбекке ауыстырылуы.

Е кеңейтілуінің функциясы кесте 3 анықталған. Осы кестеге сәйкес Е(R(i-1) ) алғашқы 3 битті - бұл 32, 1 және 2 биттері, ал соңғысындағы - 31, 32 және 1.

Кесте 3. Е кеңейтілуінің функциясының

32 01 02 03 04 05

04 05 06 07 08 09

08 09 10 11 12 13

12 13 14 15 16 17

16 17 18 19 20 21

20 21 22 23 24 25

24 25 26 27 28 29

28 29 30 31 32 01

Е(R(i-1) ) функциясының нәтижесі 48-биттік К(i) кілтімен 2 (xor операциясы) модульге салынған 48-биттік тізбекте бар. Сонда 48-биттік тізбек 6-битті сегіз блокқа B(1) B(2) B(3) B(4) B(5) B(6) B(7) B(8) бөлінеді. Яғни:

E(R(i-1) ) xor K(i) = B(1) B(2) . . . B(8) .

S1, S2, . . . , S8 функциясы кесте 4 анықталады.

Кесте 4.

S1, S2, . . . , S8 функциясының түрленуі