Алгоритм шифрования данных IDEA

Алгоритм IDEA (International Data Encryption Algorithm) является блочным шифром. Он оперирует 64-битовыми блоками открытого текста. Несомненным достоинством алгоритма IDEA является то, что его ключ имеет длину 128 бит. Один и тот же алгоритм используется и для шифрования, и для дешифрования.

Первая версия алгоритма IDEA была предложена в 1990 г., ее авторы - Х.Лей и Дж.Мэсси. Первоначальное алгоритм назывался PES (Proposed Encryption Standard). Улучшенный вариант этого алгоритма, разработанный в 1991 г., получил название IPES (Improved Proposed Encryption Standard). В 1992 г. IPES изменил свое имя на IDEA. Алгоритм IDEA использует при шифровании процессы смешивания и рассеивания, которые легко реализуются аппаратными и программными средствами.

Все операции выполняются над 16-битовыми субблоками.

Комбинирование этих трех операций обеспечивает комплексное преобразование входных данных, существенно затрудняя крипто-анализ IDEA по сравнению с DES, который базируется исключительно на операции "исключающее ИЛИ".

Общая схема алгоритма IDEA приведена на рис.1. 64-битовый блок данных делится на четыре 16-битовых субблока. Эти четыре субблока становятся входом в первый цикл алгоритма. Всего выполняется восемь циклов. Между циклами второй и третий субблоки меняются местами. В каждом цикле выполняется следующая последовательность операций:

  1. (·) - умножение субблока X1 и первого подключа.
  2. [+] - сложение субблока X2 и второго подключа.
  3. [+] - сложение субблока X3 и третьего подключа.
  4. (·) - умножение субблока X4 и четвертого подключа.
  5. (+) - сложение результатов шагов 1 и 3.
  6. (+) - сложение результатов шагов 2 и 4.
  7. (·) - умножение результата шага 5 и пятого подключа.
  8. [+] - сложение результатов шагов 6 и 7.
  9. (·) - умножение результата шага 8 и шестого подключа.
  10. [+] - сложение результатов шагов 7 и 9.
  11. (+) - сложение результатов шагов 1 и 9.
  12. (+) - сложение результатов шагов 3 и 9.
  13. (+) - сложение результатов шагов 2 и 10.
  14. (+) - сложение результатов шагов 4 и 10.

Cхема алгоритма IDEA (режим шифрования)
Рис.1. Cхема алгоритма IDEA (режим шифрования)

Выходом цикла являются четыре субблока, которые получаются как результаты выполнения шагов 11, 12, 13 и 14. В завершение цикла второй и третий субблоки меняются местами (за исключением последнего цикла). В результате формируется вход для следующего цикла.

    После восьмого цикла осуществляется заключительное преобразование выхода:
  1. (·) - умножение субблока X1 и первого подключа.
  2. [+] - сложение субблока X2 и второго подключа.
  3. [+] - сложение субблока X3 и третьего подключа.
  4. (·) - умножение субблока X4 и четвертого подключа.

Полученные четыре субблока Y1...Y4 объединяют в блок шифртекста.

Создание подключей Z1...Z6 также относительно несложно. Алгоритм использует всего 52 подключа (по шесть для каждого из восьми циклов и еще четыре для преобразования выхода). Сначала 128-битовый ключ делится на восемь 16-битовых подключей. Это - первые восемь подключей для алгоритма (шесть подключей - для первого цикла и первые два подключа - для второго). Затем 128-битовый ключ циклически сдвигается влево на 25 бит и снова делится на восемь подключей (четыре подключа - для второго цикла и четыре подключа - для третьего). Ключ снова циклически сдвигается влево на 25 бит для получения следующих восьми подключей и т.д., пока выполнение алгоритма не завершится.

Дешифрование осуществляется аналогичным образом, за исключением того, что порядок использования подключей становится обратным, причем ряд подключей дешифрования являются или аддитивными (-x), или мультипликативными (1/x) обратными величинами подключей шифрования (табл.1).

Таблица 1
Подключи шифрования и дешифрования алгоритма IDEA
Цикл Подключи шифрования Подключи дешифрования
1  Z1(1)   Z2(1)   Z3(1)   Z4(1)   Z5(1)   Z6(1)     Z1(9)-1   -Z2(9)   -Z3(9)   Z4(9)-1   Z5(8)   Z6(8)   
2  Z1(2)   Z2(2)   Z3(2)   Z4(2)   Z5(2)   Z6(2)     Z1(8)-1   -Z3(8)   -Z2(8)   Z4(8)-1   Z5(7)   Z6(7)   
3  Z1(3)   Z2(3)   Z3(3)   Z4(3)   Z5(3)   Z6(3)  Z1(7)-1   -Z2(7)   -Z3(7)   Z4(7)-1   Z5(6)   Z6(6)
4  Z1(4)   Z2(4)   Z3(4)   Z4(4)   Z5(4)   Z6(4)  Z1(6)-1   -Z3(6)   -Z2(6)   Z4(6)-1   Z5(5)   Z6(5)
5  Z1(5)   Z2(5)   Z3(5)   Z4(5)   Z5(5)   Z6(5)  Z1(5)-1   -Z2(5)   -Z3(5)   Z4(5)-1   Z5(4)   Z6(4)
6  Z1(6)   Z2(6)   Z3(6)   Z4(6)   Z5(6)   Z6(6)  Z1(4)-1   -Z3(4)   -Z2(4)   Z4(4)-1   Z5(3)   Z6(3)
7  Z1(7)   Z2(7)   Z3(7)   Z4(7)   Z5(7)   Z6(7)  Z1(3)-1   -Z2(3)   -Z3(3)   Z4(3)-1   Z5(2)   Z6(2)
8  Z1(8)   Z2(8)   Z3(8)   Z4(8)   Z5(8)   Z6(8)  Z1(2)-1   -Z3(2)   -Z2(2)   Z4(2)-1   Z5(1)   Z6(1)
 Преобра- 
 зование 
 выхода 
 Z1(9)   Z2(9)   Z3(9)   Z4(9)  Z1(1)-1   -Z2(1)   -Z3(1)    Z4(1)-1

Для реализации алгоритма IDEA было принято соглашение, что мультипликативная обратная величина (1/x) от 0 равна 0.

Алгоритм IDEA обладает рядом преимуществ перед алгоритмом DES. Он зачительно безопаснее алгоритма DES, поскольку 128-битовый ключ алгоритма IDEA вдвое больше ключа DES. Внутренняя структура алгоритма IDEA обеспечивает лучшую устойчивость к криптоанализу. Существующие программные реализации примерно вдвое быстрее реализаций алгоритма DES. Алгоритм IDEA запатентован в Европе и США.

Оглавление


© Колесников Дмитрий Геннадьевич Rambler's Top100 Учебник по СайтоСтроению
Надежные картриджи Cactus от PrinterShop24.ru