Interested Article - Skipjack

Skipjack — блочный шифр , разработанный Агентством национальной безопасности США в рамках проекта . После разработки сведения о шифре были засекречены. Изначально он предназначался для использования в чипе Clipper для защиты аудиоинформации, передаваемой по сетям правительственной телефонной связи , а также по сетям мобильной и беспроводной связи. Позже алгоритм был рассекречен .

История

Skipjack являлся одной из инициатив, предложенных в рамках проекта . Руководили проектом Агентство национальной безопасности (АНБ) и Национальный институт стандартов и технологий (НИСТ), финансируемые правительством США. Официальная дата начала инициативы — 1993 год. Алгоритм шифрования был разработан в 1980 году, а первая его реализация была получена в 1987 году. Шифр был предназначен для использования в чипе Clipper , встраиваемом в защищаемое оборудование. При этом Skipjack использовался только для шифрования сообщений, а для возможности последующего использования уполномоченными органами — наиболее обсуждаемый аспект использования шифра — достигалось за счёт отдельного механизма, называемого Law Enforcement Access Field .

Изначально проект был засекречен и по этой причине подвергся огромной критике. Для повышения общественного доверия и оценки алгоритма были призваны несколько академических исследователей. По причине отсутствия времени для самостоятельного тщательного исследования эксперты сконцентрировались на изучении представленного АНБ описания процесса разработки и оценки алгоритма. В дополнение к этому они, в течение месяца, провели ряд небольших тестов. В предварительном отчете об их работе (окончательного отчета так и не последовало) указаны три заключения :

Принимая во внимание, что стоимость вычислительных мощностей уменьшается вдвое каждые 18 месяцев, лишь через 36 лет стоимость взлома Skipjack полным перебором сравняется со стоимостью взлома DES сегодня.

Риск взлома шифра с помощью более быстрых способов, включая дифференциальный криптоанализ , незначителен. Алгоритм не имеет и свойства .

Устойчивость Skipjack к криптоанализу не зависит от секретности самого алгоритма.

Шифр был опубликован в открытый доступ 24 июня 1998 года. В августе 2016 года НИСТ принял новые принципы использования криптографических стандартов , в которых отозвал сертификацию алгоритма Skipjack для правительственных целей .

Описание

Skipjack использует 80-битный ключ для шифрования/дешифрования 64-битных блоков данных. Это несбалансированная сеть Фейстеля с 32 раундами .

Шифрование

Текст разбивается на 4 слова $w_{i}$ по 2 байта каждое. Начальные данные есть слова, для которых $k=0$ , где $k$ — порядковый номер раунда. Сначала совершается 8 раундов по правилу А, затем — по правилу Б. Это повторяется дважды, что, в итоге, дает 32 раунда.

Здесь и далее операция $x\oplus y$ есть бинарная операция побитового (поразрядного к числам $x$ и $y$ ) сложения по модулю 2 .

Правило А

w_{1}^{k+1}=G^{k}(w_{1}^{k})\oplus w_{4}^{k}\oplus counter^{k}

w_{2}^{k+1}=G^{k}(w_{1}^{k})

w_{3}^{k+1}=w_{2}^{k}

w_{4}^{k+1}=w_{3}^{k}

Правило Б

w_{1}^{k+1}=w_{4}^{k}

w_{2}^{k+1}=G^{k}(w_{1}^{k})

w_{3}^{k+1}=w_{1}^{k}\oplus w_{2}^{k}\oplus counter^{k}

w_{4}^{k+1}=w_{3}^{k}

После завершения алгоритма шифротекстом будут являться слова $w_{i}^{32},\ 1\leqslant i\leqslant 4$ .

Дешифрование

Начальные данные есть слова, для которых $k=32$ . Сначала совершается 8 раундов по правилу Б $^{-1}$ , затем — по правилу А $^{-1}$ . Повторяется дважды.

Правило А $^{-1}$

w_{1}^{k-1}=[G^{k-1}]^{-1}(w_{2}^{k})

w_{2}^{k-1}=w_{3}^{k}

w_{3}^{k-1}=w_{4}^{k}

w_{4}^{k-1}=w_{1}^{k}\oplus w_{2}^{k}\oplus counter^{k-1}

Правило Б $^{-1}$

w_{1}^{k-1}=[G^{k-1}]^{-1}(w_{2}^{k})

w_{2}^{k-1}=[G^{k-1}]^{-1}(w_{2}^{k})\oplus w_{3}^{k}\oplus counter^{k-1}

w_{3}^{k-1}=w_{4}^{k}

w_{4}^{k-1}=w_{1}^{k}

После завершения алгоритма открытым текстом будут являться слова $w_{i}^{0},\ 1\leqslant i\leqslant 4$ .

Блок перестановок G

Схематическое представление блока перестановок G в шифре Skipjack

$G$ действует на 16-битное число и представляет собой четырёхуровневую сеть Фейстеля. Функция $F$ , действующая на число размером в 8 бит, есть блок подстановок , который в спецификации алгоритма называется $F$ - таблицей . Математически действие блока $G$ можно описать так:

$G^{k}(w)=g_{5}\|g_{6}$

где: $w=g_{1}\|g_{2}$

$g_{i}=F(g_{i-1}\oplus cv_{4k+i-3})\oplus g_{i-2}$

$cv_{4k+i-3}$ — это $(4k+i-3)$ байт ключа

$k$ — порядковый номер раунда

$x\|y$ — операция конкатенации (объединения) байтов

$[G^{k}]^{-1}(w)=g_{1}\|g_{2}$

где: $w=g_{5}\|g_{6}$

$g_{i-2}=F(g_{i-1}\oplus cv_{4k+i-3})\oplus g_{i}$

$F$ -таблица
	x0	x1	x2	x3	x4	x5	x6	x7	x8	x9	xA	xB	xC	xD	xE	xF
0x	a3	d7	09	83	f8	48	f6	f4	b3	21	15	78	99	b1	af	f9
1x	e7	2d	4d	8a	ce	4c	ca	2e	52	95	d9	1e	4e	38	44	28
2x	0a	df	02	a0	17	f1	60	68	12	b7	7a	c3	e9	fa	3d	53
3x	96	84	6b	ba	f2	63	9a	19	7c	ae	e5	f5	f7	16	6a	a2
4x	39	b6	7b	0f	c1	93	81	1b	ee	b4	1a	ea	d0	91	2f	b8
5x	55	b9	da	85	3f	41	bf	e0	5a	58	80	5f	66	0b	d8	90
6x	35	d5	c0	a7	33	06	65	69	45	00	94	56	6d	98	9b	76
7x	97	fc	b2	c2	b0	fe	db	20	e1	eb	d6	e4	dd	47	4a	1d
8x	42	ed	9e	6e	49	3c	cd	43	27	d2	07	d4	de	c7	67	18
9x	89	cb	30	1f	8d	c6	8f	aa	c8	74	dc	c9	5d	5c	31	a4
Ax	70	88	61	2c	9f	0d	2b	87	50	82	54	64	26	7d	03	40
Bx	34	4b	1c	73	d1	c4	fd	3b	cc	fb	7f	ab	e6	3e	5b	a5
Cx	ad	04	23	9c	14	51	22	f0	29	79	71	7e	ff	8c	0e	e2
Dx	0c	ef	bc	72	75	6f	37	a1	ec	d3	8e	62	8b	86	10	e8
Ex	08	77	11	be	92	4f	24	c5	32	36	9d	cf	f3	a6	bb	ac
Fx	5e	6c	a9	13	57	25	b5	e3	bd	a8	3a	01	05	59	2a	46

Криптоанализ

Эли Бихам и Ади Шамир произвели криптографическую атаку против 16 из 32 раундов в течение одного дня после рассекречивания алгоритма. Вместе с Алексом Бирюковым они, используя , всего в течение нескольких месяцев раскрыли 31 из 32 его раундов . Позже были опубликованы статьи атакующие 28 раундов шифра с использованием .

В 2002 году Рафаэлем Фаном была опубликована статья, анализирующая возможные атаки на полные 32 раунда . Позднее, в 2009 году, в статье, соавтором которой тоже являлся Фан, указано, что на тот момент не существовало атаки на полный алгоритм шифра Skipjack .

Существует свойство комплементарности ключей: если $E_{K}(M)=C$ , то $E_{\overline {K}}({\overline {M}})={\overline {C}}$ , где: $E_{K}(M)$ — зашифровывание алгоритмом DES блока открытого текста $M$ , $C$ — полученный шифротекст, ${\overline {x}}$ — побитовое дополнение к $x$ .

Примечания

↑ (англ.) . (1993). Дата обращения: 29 ноября 2016. Архивировано из 7 августа 2011 года.
. Словарь терминов по информационной безопасности . www.glossary.ib-bank.ru. Дата обращения: 16 ноября 2016. 16 ноября 2016 года.
E.F. Brickell; , S.T. Kent, , W. Tuchman.: (англ.) (1993). Архивировано из 8 июня 2011 года.
— СПб. : , 2009. — С. 170. — 576 с. — ISBN 978-5-9775-0319
(англ.) . НИСТ (2016). Дата обращения: 29 ноября 2016. 23 ноября 2016 года.
(англ.) . НИСТ (1998). Дата обращения: 29 ноября 2016. Архивировано из 21 октября 2011 года.
Biham E. , Biryukov A. , Shamir A. (англ.) // : International Conference on the Theory and Application of Cryptographic Techniques Prague, Czech Republic, May 2–6, 1999 Proceedings / — Berlin, Heidelberg: Springer Science+Business Media , 1999. — P. 12—23. — ISBN 978-3-540-65889-4 —
Knudsen L. R. , , (англ.) // : 19th Annual International Cryptology Conference Santa Barbara, California, USA, August 15–19, 1999 Proceedings / — , 1999. — P. 165—180. — ISBN 978-3-540-66347-8 —
(англ.) // — , 2002. — Vol. 38, Iss. 2. — P. 69—71. — ISSN ; —
«an attack on the full 32-round Skipjack remains elusive until now» — , (англ.) // — United States of America: Taylor & Francis , 2009. — Vol. 33. — P. 246—270. — ISSN ; —

Ссылки

Шнайер Б. Глава 13. Другие блочные шифры // Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на языке Си = Applied Cryptography. Protocols, Algorithms and Source Code in C. — М. : Триумф, 2002. — 816 с. — 3000 экз. — ISBN 5-89392-055-4 .
Эли Бихам ; Алекс Бирюков , Ади Шамир , E. Richardson, O. Dunkelman.: (англ.) (1998). Дата обращения: 29 ноября 2016.
Брюс Шнайер . (англ.) . Crypto-Gram Newsletter (1998). Дата обращения: 29 ноября 2016.

[5] Существует свойство комплементарности ключей: если $E_{K}(M)=C$ , то $E_{\overline {K}}({\overline {M}})={\overline {C}}$ , где: $E_{K}(M)$ — зашифровывание алгоритмом DES блока открытого текста $M$ , $C$ — полученный шифротекст, ${\overline {x}}$ — побитовое дополнение к $x$ .

[capstone_release-1] (англ.) . (1993). Дата обращения: 29 ноября 2016. Архивировано из 7 августа 2011 года.

[key_escrow-2] . Словарь терминов по информационной безопасности . www.glossary.ib-bank.ru. Дата обращения: 16 ноября 2016. 16 ноября 2016 года.

[skipjack_review-3] E.F. Brickell; , S.T. Kent, , W. Tuchman.: (англ.) (1993). Архивировано из 8 июня 2011 года.

[complementary-4] — СПб. : , 2009. — С. 170. — 576 с. — ISBN 978-5-9775-0319

[NIST.800-175B-6] (англ.) . НИСТ (2016). Дата обращения: 29 ноября 2016. 23 ноября 2016 года.

[skipjack-7] (англ.) . НИСТ (1998). Дата обращения: 29 ноября 2016. Архивировано из 21 октября 2011 года.

[31round-attack-8] Biham E. , Biryukov A. , Shamir A. (англ.) // : International Conference on the Theory and Application of Cryptographic Techniques Prague, Czech Republic, May 2–6, 1999 Proceedings / — Berlin, Heidelberg: Springer Science+Business Media , 1999. — P. 12—23. — ISBN 978-3-540-65889-4 —

[truncated_diff-9] Knudsen L. R. , , (англ.) // : 19th Annual International Cryptology Conference Santa Barbara, California, USA, August 15–19, 1999 Proceedings / — , 1999. — P. 165—180. — ISBN 978-3-540-66347-8 —

[attack_full_cipher-10] (англ.) // — , 2002. — Vol. 38, Iss. 2. — P. 69—71. — ISSN ; —

[no_attack_up_to_date-11] «an attack on the full 32-round Skipjack remains elusive until now» — , (англ.) // — United States of America: Taylor & Francis , 2009. — Vol. 33. — P. 246—270. — ISSN ; —

Симметричные криптосистемы
Потоковые шифры	A3 A5 A8 Decim F-FCSR Grain HC-256 KCipher-2 MICKEY MUGI PIKE Phelix RC4 Rabbit SEAL SNOW SOSEMANUK Salsa20 STRUMOK Trivium VMPC
Сеть Фейстеля	ГОСТ 28147-89 (Магма) Blowfish Camellia CAST-128 CAST-256 CIPHERUNICORN-A CIPHERUNICORN-E CLEFIA Cobra DEAL DES DESX DFC E2 EnRUPT FEAL HPC IDEA KASUMI Khafre Khufu LOKI97 MacGuffin MARS MESH MISTY1 NewDES NDS RC5 RC6 SEED Simon Sinople SM4 Speck TEA XTEA XXTEA Raiden RTEA Triple DES Twofish
SP-сеть	Кузнечик 3-WAY ABC ARIA AES (Rijndael) Akelarre Anubis BaseKing BassOmatic BelT CRYPTON Diamond2 Grand Cru Hierocrypt-3 Hierocrypt-L1 KHAZAD Lucifer Present Rainbow SAFER SHARK SQUARE Serpent Threefish
Другие	FROG NUSH REDOC SC2000 SHACAL CS-Cipher

Interested Article - Skipjack

Содержание

История

Описание

Шифрование

Дешифрование

Блок перестановок G

Криптоанализ

Комментарии

Примечания

Ссылки

Same as Skipjack

Skipjack

The title for the last searches

	x0	x1	x2	x3	x4	x5	x6	x7	x8	x9	xA	xB	xC	xD	xE	xF
0x	a3	d7	09	83	f8	48	f6	f4	b3	21	15	78	99	b1	af	f9
1x	e7	2d	4d	8a	ce	4c	ca	2e	52	95	d9	1e	4e	38	44	28
2x	0a	df	02	a0	17	f1	60	68	12	b7	7a	c3	e9	fa	3d	53
3x	96	84	6b	ba	f2	63	9a	19	7c	ae	e5	f5	f7	16	6a	a2
4x	39	b6	7b	0f	c1	93	81	1b	ee	b4	1a	ea	d0	91	2f	b8
5x	55	b9	da	85	3f	41	bf	e0	5a	58	80	5f	66	0b	d8	90
6x	35	d5	c0	a7	33	06	65	69	45	00	94	56	6d	98	9b	76
7x	97	fc	b2	c2	b0	fe	db	20	e1	eb	d6	e4	dd	47	4a	1d
8x	42	ed	9e	6e	49	3c	cd	43	27	d2	07	d4	de	c7	67	18
9x	89	cb	30	1f	8d	c6	8f	aa	c8	74	dc	c9	5d	5c	31	a4
Ax	70	88	61	2c	9f	0d	2b	87	50	82	54	64	26	7d	03	40
Bx	34	4b	1c	73	d1	c4	fd	3b	cc	fb	7f	ab	e6	3e	5b	a5
Cx	ad	04	23	9c	14	51	22	f0	29	79	71	7e	ff	8c	0e	e2
Dx	0c	ef	bc	72	75	6f	37	a1	ec	d3	8e	62	8b	86	10	e8
Ex	08	77	11	be	92	4f	24	c5	32	36	9d	cf	f3	a6	bb	ac
Fx	5e	6c	a9	13	57	25	b5	e3	bd	a8	3a	01	05	59	2a	46

	x0	x1	x2	x3	x4	x5	x6	x7	x8	x9	xA	xB	xC	xD	xE	xF
0x	a3	d7	09	83	f8	48	f6	f4	b3	21	15	78	99	b1	af	f9
1x	e7	2d	4d	8a	ce	4c	ca	2e	52	95	d9	1e	4e	38	44	28
2x	0a	df	02	a0	17	f1	60	68	12	b7	7a	c3	e9	fa	3d	53
3x	96	84	6b	ba	f2	63	9a	19	7c	ae	e5	f5	f7	16	6a	a2
4x	39	b6	7b	0f	c1	93	81	1b	ee	b4	1a	ea	d0	91	2f	b8
5x	55	b9	da	85	3f	41	bf	e0	5a	58	80	5f	66	0b	d8	90
6x	35	d5	c0	a7	33	06	65	69	45	00	94	56	6d	98	9b	76
7x	97	fc	b2	c2	b0	fe	db	20	e1	eb	d6	e4	dd	47	4a	1d
8x	42	ed	9e	6e	49	3c	cd	43	27	d2	07	d4	de	c7	67	18
9x	89	cb	30	1f	8d	c6	8f	aa	c8	74	dc	c9	5d	5c	31	a4
Ax	70	88	61	2c	9f	0d	2b	87	50	82	54	64	26	7d	03	40
Bx	34	4b	1c	73	d1	c4	fd	3b	cc	fb	7f	ab	e6	3e	5b	a5
Cx	ad	04	23	9c	14	51	22	f0	29	79	71	7e	ff	8c	0e	e2
Dx	0c	ef	bc	72	75	6f	37	a1	ec	d3	8e	62	8b	86	10	e8
Ex	08	77	11	be	92	4f	24	c5	32	36	9d	cf	f3	a6	bb	ac
Fx	5e	6c	a9	13	57	25	b5	e3	bd	a8	3a	01	05	59	2a	46

	x0	x1	x2	x3	x4	x5	x6	x7	x8	x9	xA	xB	xC	xD	xE	xF
0x	a3	d7	09	83	f8	48	f6	f4	b3	21	15	78	99	b1	af	f9
1x	e7	2d	4d	8a	ce	4c	ca	2e	52	95	d9	1e	4e	38	44	28
2x	0a	df	02	a0	17	f1	60	68	12	b7	7a	c3	e9	fa	3d	53
3x	96	84	6b	ba	f2	63	9a	19	7c	ae	e5	f5	f7	16	6a	a2
4x	39	b6	7b	0f	c1	93	81	1b	ee	b4	1a	ea	d0	91	2f	b8
5x	55	b9	da	85	3f	41	bf	e0	5a	58	80	5f	66	0b	d8	90
6x	35	d5	c0	a7	33	06	65	69	45	00	94	56	6d	98	9b	76
7x	97	fc	b2	c2	b0	fe	db	20	e1	eb	d6	e4	dd	47	4a	1d
8x	42	ed	9e	6e	49	3c	cd	43	27	d2	07	d4	de	c7	67	18
9x	89	cb	30	1f	8d	c6	8f	aa	c8	74	dc	c9	5d	5c	31	a4
Ax	70	88	61	2c	9f	0d	2b	87	50	82	54	64	26	7d	03	40
Bx	34	4b	1c	73	d1	c4	fd	3b	cc	fb	7f	ab	e6	3e	5b	a5
Cx	ad	04	23	9c	14	51	22	f0	29	79	71	7e	ff	8c	0e	e2
Dx	0c	ef	bc	72	75	6f	37	a1	ec	d3	8e	62	8b	86	10	e8
Ex	08	77	11	be	92	4f	24	c5	32	36	9d	cf	f3	a6	bb	ac
Fx	5e	6c	a9	13	57	25	b5	e3	bd	a8	3a	01	05	59	2a	46