HPC (rejtjel)
A HPC ( Hasty Pudding Cipher ) egy blokkszimmetrikus kriptográfiai algoritmus, amelyet a híres amerikai kriptológus és matematikus, Richard Schreppel hozott létre 1998 -ban az Arizonai Állami Egyetemről . A kriptoalgoritmus nevének első két szava "lisztes puding " -nak fordítható . A HPC nyilvánvalóan a rengeteg „ravasz” numerikus transzformáció miatt kapott ilyen furcsa nevet, ami jelentősen megnehezíti az elemzést .
Általános szerkezet
A HPC a Feistel cellán alapul, és van egy érdekes tulajdonsága - mind a titkosított blokk, mind a titkosítási kulcs méretét semmi sem korlátozza. Valójában a HPC algoritmus öt különböző (de egymáshoz kapcsolódó) al-algoritmusból áll, amelyek mindegyike különböző hosszúságú blokkok titkosítására szolgál:
| Név | Blokkméret bitekben |
|---|---|
| HPC Tiny | 0-35 |
| HPC rövid | 36-64 |
| HPC közepes | 65-128 |
| HPC hosszú | 129-512 |
| HPC kiterjesztett | 513 és több |
A HPC-Medium kör felépítése [1] [2]
A titkosítás 8 körben történik. Egy titkosított 128 bites blokkot két 64 bites regiszterbe írnak, és ezek után rengeteg különböző matematikai műveletet hajtanak végre rajtuk:
| Kijelölés | Művelet |
|---|---|
| modulo 2 kiegészítés | |
| modulo kiegészítés | |
| modulo kivonás | |
| balra forgatás n bittel | |
| forgatás jobbra n bittel | |
| egy 64 bites blokk alacsony bájtjának nullázása | |
| bitenkénti logikai "és" |
Ezenkívül néhány állandó is részt vesz a körben :
-
- - a titkosított blokk mérete bitben
- - " pszeudo-véletlenszerű " állandó
- - értékek, amelyek meghatározzák a ciklikus eltolás bitjeinek számát :
-
- - a nyilvántartás aktuális értéke a végrehajtás időpontjában
- - az aktuális forduló száma, nullától kezdve
- - kiterjesztett kulcsrészlet :
- - egy további kulcs töredékei:
-
- - kiegészítő kulcs ( 8 64 bites szóból álló tömb )
![{\displaystyle k_{1}=K[<S_{0}>\És 255]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/04883ba641ce4594f0ef0ade42c09925ff1f7dbd)
![{\displaystyle k_{2}=K[<S_{0}>\És 255]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b0d932134433a89a384e5202ae6595eb607a9845)
![{\displaystyle k_{3}=K[(<S_{0}>\És 255)+3*i+1]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3c19f7d5c8920ed700ddf8e245600b5dd7d73014)
![{\displaystyle k_{4}=K[b+16+i]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2495cc3185496f7c2bda0a26ec8314f8ab800898)
![{\displaystyle Sp_{1}=Spice[i\oplus 4]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/28345dbcffb189a101c3515b5b2dfce0e66b5406)
![{\displaystyle Sp_{2}=Fűszer[i]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e289a771930295314d8c0e88b8f786aa9846c1ec)
![{\displaystyle Sp_{3}=Spice[i\oplus 7]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/27329e4949fedeae101f552c59aae2bcded1d20b)
![{\displaystyle Sp_{4}=Spice[i\oplus 2]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1abe08fe1ec023a615e9a7230bfbc7482ea81044)
![{\displaystyle Sp_{5}=Fűszer[i\oplus 1]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eade896bdc57e24af5c0fe61cf5c3bc48803beda)
A 8 átalakítási kör befejezése után további 2 műveletet hajtanak végre:
![{\displaystyle S_{0res}'=S_{0}'+K[b+8]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/293206577b6cc8e1f0d1883757fd5db3ed032bc7)
![{\displaystyle S_{1res}'=S_{1}'+K[b+9]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/89249d79acc42f0cfca45fdbb1e408b7d0196449)
A visszafejtés az inverz műveletek fordított sorrendben történő végrehajtásával történik.
Kulcsbővítési eljárás
A kulcsbővítési eljárás feladata egy kiterjesztett kulcs létrehozása , amely egy 256 64 bites szóból álló tömb . Nyilvánvaló, hogy mindegyik albalgoritmusnak saját eljárással kell rendelkeznie. A kiterjesztett kulcstömbök egyikének ismerete nem teszi lehetővé sem a többi tömb, sem a titkosítási kulcs kiszámítását . Rögzített méretű titkosított blokkok esetén azonban elegendő egyszer egy kiterjesztett kulcsot generálni ehhez az algoritmushoz.
1. szakasz: Inicializálás
-
- , - hasonló " pszeudo-véletlen " állandók
- - a titkosítási kulcs mérete bitben
- - albalgoritmusszám (3 a HPC-Medium esetén)
![{\displaystyle K[0]=PI19+Nc}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ffc7d825425a76894f7a39c6d7312f5ed27f00e2)
![{\displaystyle K[1]=E19+L}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eaadc7fd8c17f62049ffc613ec60dedea0d05258)
![{\displaystyle K[2]=R220<<Nc}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/accd843923192ed2107b865d44ccd133b0b39887)
A kulcs fennmaradó 253 szava a következőképpen inicializálódik:
![{\displaystyle K[i]=K[i-1]+(K[i-2]\oplus (K[i-3]>>23)\oplus (K[i-3]<<41))mod2 ^{64}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f5e4808bcebfd07f601e7cd27c0632ec05d538f5)
2. szakasz: Kiegészítés
A titkosítási kulcs és az inicializált kiterjesztett kulcstömb bitenkénti modulo 2 hozzáadása történik, de legfeljebb 128 szó.
3. szakasz: Keverés
Megtörténik a kiterjesztett kulcs adatkeverési funkciója , amely biztosítja, hogy a kulcs minden bitje hatással legyen a kiterjesztett kulcs minden bitjére :
1. lépésA regiszterek inicializálása folyamatban van :
![{\displaystyle S_{0}=K[255],S_{1}=K[254],...,S_{7}=K[248]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/191eeb1a8ccea22f2b61c7a2e85b79d41721d5b1)
A kiterjesztett kulcs minden szavára az ábrán látható műveletet hajtjuk végre. A hatás fokozása érdekében az algoritmus szerzője 3 keverési kört javasol.
- - bitenkénti logikai "vagy"
- - a kiterjesztett kulcs kiszámított szavának száma
- - Keverő kör szám
- - a kiterjesztett kulcsszavak aktuális értékei :
![{\displaystyle kc_{1}=K[i]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/55f99304739f743c0c20b808535773204e63fd86)
![{\displaystyle kc_{2}=K[(i+83)\And 255]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ae54acb6d0ec7c7f0e8d94dd16c6bdd74f1fa434)
![{\displaystyle kc_{3}=K[<R_{0}>\És 255]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11aef067e306a8a1760415c56f3806f096cac713)
4. szakasz:
Ha a kulcs mérete meghaladja a 128 64 bites szót, akkor a 2. és 3. lépés minden 128 szavas blokknál megismétlődik, így a kulcsok összetettségi sorrendben történő keverésének eljárása megközelítőleg hasonló magához a titkosítási eljáráshoz .
Kiegészítő kulcs
Célja a titkosítási eredmény módosítása ugyanazokkal a bemeneti blokkokkal és kulcsokkal . A kiegészítő kulcs lehet titkos, ami növeli a kulcsinformációk tényleges mennyiségét, de egy korlátlan kulcshosszúságú algoritmusban ez a lehetőség szükségtelen lehet. Ilyen esetekben egyszerűen visszaállíthatja a kiegészítő kulcsot .
Előnyök és hátrányok
- A HPC algoritmus egy titkosítási köre nagyon sok elemi műveletből áll. Összehasonlítva például a GOST 28147-89 hazai algoritmussal , amely mindössze 4 elemi műveletből áll, a HPC rendkívül összetettnek és nehézkesnek tűnik. Mivel azonban minden műveletet 64 bites szavakon hajtanak végre, a HPC meglepően nagy sebességet mutatott 64 bites platformokon. Az AES titkosítási szabványok versenyén a 128 bites blokkok titkosítási sebességét tekintve a HPC a DFC algoritmus után a második volt , és a HPC 2-3-szor gyorsabban titkosította az 512 és 1024 bites blokkokat, mint az összes versenytársa.
- Az algoritmus nyilvánvaló hátrányai a bonyolultságon túlmenően a titkosítási és keverési folyamatok párhuzamosításának lehetetlensége, valamint az algoritmus által a nem felejtő és a véletlen elérésű memóriával szemben támasztott óriási követelmények, ami meglehetősen megnehezíti a használatát. intelligens kártyákban .
- Az algoritmus nem jutott el az AES második szakaszába . A szerző cikkében [4] az AES szakértőit szidta , mert úgy vélte, hogy a versenyben rosszul lettek felállítva a prioritások. Richard Schreppel szerint a 64 bites platformokra adaptált algoritmusokat kell világszabványnak választani , hiszen náluk van a jövő. Ezenkívül a HPC szerzője azzal érvelt, hogy lehetetlen olyan algoritmust kifejleszteni, amely egyformán jól működik mind a nagy teljesítményű többmagos 64 bites szervereken, mind a gyenge és olcsó 8 bites intelligens kártyákon . Ez a pozíció azonban nem befolyásolta a verseny eredményét.
Kriptanalízis
- Hogy felkeltse az érdeklődést találmánya kriptoanalízise iránt, a szerző vállalta, hogy minden kriptoanalitikust megjutalmaz egy üveg híres Dom Pérignon pezsgővel . A díjak a kód kinyitásáig, vagy a doboz (10 palack) kiürüléséig tartanak. [5]
- A rejtjel szerzője szerint a HPC 400 bites biztonsági szinttel rendelkezik, vagyis a titkosítás elleni sikeres támadás tesztelést igényel . Egy ilyen állítás a titkosítási folyamat közbenső állapotok számának számlálásán , valamint a kiterjesztett kulcs méretén alapul [6] .
Sebezhetőségek
David Wagner sebezhetőséget HPC titkosításban [7] később Carl D'Halluin, Gert Bijnens, Bart Presnel és Vincent Rayman publikált egy tanulmányt [8] , amely ezt megerősítette. Kiderült, hogy az algoritmus körülbelül minden 256. kulcsa 230 egyenértékű kulcsot tartalmaz . Ezt a hiányosságot azonban a szerző még a verseny első fordulójának eredményének összesítése előtt azonnal kijavította.
Attack "Chosen Spice"
Az ilyen típusú támadások során a támadó, aki hozzáfér a nyílt szöveg és a titkosított szöveg párjaihoz, a "Spice" kiegészítő kulcs tömbjének manipulálásával figyelheti, hogyan változik a nyílt szöveg vagy a titkosított szöveg a következő titkosítások során . A szerző szerint azonban ilyen típusú támadásokat még nem figyeltek meg, és az ezen a területen végzett munka a kriptoanalitikus közösség erőfeszítéseit igényli. [2]
Jegyzetek
- ↑ Panasenko S.P. Titkosítási algoritmusok. Különleges kézikönyv - Szentpétervár. : BHV-SPb , 2009. - 576 p. — ISBN 978-5-9775-0319-8
- ↑ 1 2 Richard Schroeppel, "Hasty Pudding Cipher Specification", 1999. május (hivatkozás nem érhető el) . Letöltve: 2010. október 31. Az eredetiből archiválva : 2011. július 17..
- ↑ és azonos formájúak, de általában véve ezek különböző számok, mivel az aktuális értékétől függenek .
- ↑ Rich Schroeppel, Puddingmeister, "The Hasty Pudding Tipher: One Year Later", 1999. június 12. (a hivatkozás nem elérhető) . Letöltve: 2010. október 31. Az eredetiből archiválva : 2021. november 30.
- ↑ "KOMMUNIKÁCIÓS ÉS TÁVKÖZLÉSI BIZTONSÁGI RENDSZEREK", 1999 . Hozzáférés dátuma: 2010. október 30. Az eredetiből archiválva : 2011. július 3.
- ↑ Rich Schroeppel, Hilarie Orman, "An Overview of the Hasty Pudding Cipher", 1998. július (hivatkozás nem érhető el) . Letöltve: 2010. október 31. Az eredetiből archiválva : 2021. november 30.
- ↑ Richard Schroeppel, "Tweaking the Hasty Pudding Cipher" 1999. május 14. (hivatkozás nem érhető el) . Letöltve: 2010. október 31. Az eredetiből archiválva : 2021. november 30.
- ↑ "A HPC egyenértékű kulcsai", 1999
| Szimmetrikus titkosítási rendszerek | |
|---|---|
| Rejtjelfolyam adatfolyam | |
| Feistel hálózat | |
| SP hálózat | |
| Egyéb | |