Реферат: 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.

В IDEA используются следующие математические операции:

· поразрядное сложение по модулю 2 (операция "исключающее ИЛИ"); операция обозначается как (+);

· сложение беззнаковых целых по модулю 2¹⁶ ; операция обозначается как [+];

· умножение беззнаковых целых по модулю (2¹⁶ +1), причем блок из 16 нулей рассматривается как 2¹⁶ ; операция обозначается как (·).

Все операции выполняются над 16-битовыми субблоками.

Эти три операции несовместимы в том смысле, что:

· никакая пара из этих трех операций не удовлетворяет ассоциативному закону,
например a[+](b(+)c)#(a[+]b)(+)c;

· никакая пара из этих трех операций не удовлетворяет дистрибутивному закону,
например a[+](b(·)c)#(a[+]b)(·)(a[+]с).

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.

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 криптоанализ у. Существующие программные реализации примерно вдвое быстрее реализаций алгоритма DES. Алгоритм IDEA запатентован в Европе и США.