Зашифрование открытых данных в режиме простой замены

 

Криптосхема, реализующая алгоритм зашифрования в режиме простой замены, должна иметь вид, указанный на рис. 1.

Открытые данные, подлежащие зашифрованию, разбивают на блоки по 64 бита в каждом. Ввод любого блока Т₀ = (а₁(0), а₂(0),..., а₃₁(0), а₃₂(0), b₁(0), b₂(0),..., b₃₂(0)) двоичной информации в накопители N₁ и N₂ производится так, что значение а₁(0) вводится в 1-й разряд N₁, значение а₂(0) вводится во 2-й разряд N₁ и т. д., значение а₃₂(0) вводится в 32-й разряд N₁; значение b₁(0) вводится в 1-й разряд N₂, значение b₂(0) вводится во 2-й разряд N₂, и т. д., значение b₃₂(0) вводится в 32-й разряд N₂. В результате получают состояние (а₃₂(0), а₃₁(0),..., а₂(0), а₁(0)) накопителя N₁ и состояние (b₃₂(0), b₃₁0(0),..., b₁(0)) накопителя N ₂.

В КЗУ вводятся 256 бит ключа. Содержимое восьми 32-разрядных накопителей X₀, X₁,..., X₇ имеет вид:

X₀ = (W₃₂, W₃₁,..., W₂, W₁)

X₁ = (W₆₄, W₆₃,..., W₃₄, W₃₃)

· · · · · · · ·

X₇ = (W₂₅₆, W₂₅₅,..., W₂₂₆, W₂₂₅)

Алгоритм зашифрования 64-разрядного блока открытых данных в режиме простой замены состоит из 32 циклов.

В первом цикле начальное заполнение накопителя N₁ суммируется по модулю 2³² в сумматоре СМ₁ с заполнением накопителя X₀, при этом заполнение накопителя N₁ сохраняется.

Результат суммирования преобразуется в блоке подстановки К и полученный вектор поступает на вход регистра R, где циклически сдвигается на одиннадцать шагов в сторону старших разрядов. Результат сдвига суммируется поразрядно по модулю 2 в сумматоре СМ₂ с 32-разрядным заполнением накопителя N₂. Полученный в СМ₂ результат записывается в N₁, при этом старое заполнение N₁ переписывается в N₂. Первый цикл заканчивается.

Последующие циклы осуществляются аналогично, при этом во 2-м цикле из КЗУ считывается заполнение X₁, в 3-м цикле из КЗУ считывается заполнение X₂ и т. д., в 8-м цикле из КЗУ считывается заполнение X₇. В циклах с 9-го по 16-й, а также в циклах с 17-го по 24-й заполнения из КЗУ считываются в том же порядке:

X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, X₅, X₆, X₇.

В последних восьми циклах с 25-го по 32-й порядок считывания заполнений КЗУ обратный:

X₇, X₆, X₅, X₄, X₃, X₂, X₁, X₀.

Таким образом, при зашифровании в 32 циклах осуществляется следующий порядок выбора заполнений накопителей:

X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, X₅, X₆, X₇, X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, X₅, X₆, X₇

X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, X₅, X₆, X₇ , X₇, X₆, X₅, X₄, X₃, X₂, X₁, X₀

В 32 цикле результат из сумматора СМ₂ вводится в накопитель N₂, а в накопителе N₁ сохраняется старое заполнение.

Полученные после 32-цикла зашифрования заполнения накопителей N₁ и N₂ являются блоком зашифрованных данных, соответствующим блоку открытых данных.

Уравнения зашифрования в режиме простой замены имеют вид:

 

    при

 

              при j = 25 - 31;

 

а (32) = а (31);

b (32) = (a (31)   X ₀) KR Å b (31)

             

при j = 32,

где а(0) = (а₃₂(0), а₃₁(0),..., а₁(0)) - начальное заполнение N₁ перед первым циклом зашифрования;

b(0) = (b₃₂(0), b₃₁(0),..., b₁(0)) - начальное заполнение N₂ перед первым циклом зашифрования;

a(j)=(a ₃₂ (j), a₃₁(j),..., a₁(j))- заполнение N₁ после j- цикла зашифрования;

b(j) = (b₃₂(j), b₃₁(j),..., b₁(j)) - заполнение N₂ после j -цикла зашифрования, j = 1÷32.

 

 

 

 

Рис.1.

 

Знак  означает поразрядное суммирование 32-разрядных векторов по модулю 2.

Знак  означает суммирование 32-разрядных векторов по модулю 2³². Правила суммирования по модулю 2³² приведены в приложении 4;

R - операция циклического сдвига на одиннадцать шагов в сторону старших разрядов, т. е.:

R(r₃₂, r₃₁, r₃₀, r₂₉, r₂₈, r₂₇, r₂₆, r₂₅, r₂₄, r₂₃, r₂₂, r₂₁, r₂₀,..., r₂, r₁) =

= (r₂₁, r₂₀,..., r₂, r₁, r₃₂, r₃₁, r₃₀, r₂₉, r₂₈, r₂₇, r₂₆, r₂₅, r₂₄, r₂₃, r₂₂).

 

64-разрядный блок зашифрованных данных Т_ш выводится из накопителей N₁, N₂ в следующем порядке: из 1-го, 2-го,..., 32-го разрядов накопителя N₁, затем из 1-го, 2-го,..., 32-го разрядов накопителя N₂, т. е.:

Т_ш = (а₁(32), а₂(32),..., а₃₂(32), b₁(32), b₂(32),..., b₃₂(32)).

Остальные блоки открытых данных в режиме простой замены зашифровываются аналогично.