Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Симметричный-ключ алгоритмы [а] являются алгоритмами для шифрования , которые используют одни и те же ключи шифрования и для шифрования открытого текста и расшифровок зашифрованного текста . Ключи могут быть идентичными, или между двумя клавишами может происходить простое преобразование. [1] На практике ключи представляют собой общий секрет между двумя или более сторонами, который может использоваться для поддержания канала частной информации. [2] Требование, чтобы обе стороны имели доступ к секретному ключу, является одним из основных недостатков шифрования с симметричным ключом по сравнению с шифрованием с открытым ключом.(также известное как шифрование с асимметричным ключом). [3] [4]

Типы [ править ]

Шифрование с симметричным ключом может использовать либо потоковые шифры, либо блочные шифры . [5]

  • Потоковые шифры шифруют цифры (обычно байты ) или буквы (в замещающих шифрах) сообщения по одной за раз. Пример - ChaCha20 .
  • Блочные шифры принимают несколько битов и шифруют их как единое целое, дополняя открытый текст так, чтобы он был кратен размеру блока. Advanced Encryption Standard алгоритм (AES), утвержденный NIST в декабре 2001 года, использует 128-битные блоки.

Реализации [ править ]

Примеры популярных алгоритмов с симметричным ключом включают Twofish , Serpent , AES (Rijndael), Camellia , Salsa20 , ChaCha20 , Blowfish , CAST5 , Kuznyechik , RC4 , DES , 3DES , Skipjack , Safer и IDEA . [6]

Использовать как криптографический примитив [ править ]

Симметричные шифры обычно используются не только для шифрования, но и для других криптографических примитивов . [ необходима цитата ]

Шифрование сообщения не гарантирует, что оно останется неизменным при шифровании. Следовательно, часто код аутентификации сообщения добавляется к зашифрованному тексту, чтобы гарантировать, что изменения в зашифрованном тексте будут отмечены получателем. Коды аутентификации сообщений могут быть построены из шифра AEAD (например, AES-GCM ).

Однако симметричные шифры нельзя использовать в целях предотвращения отказа от авторства, кроме как с привлечением дополнительных сторон. [7] См. Стандарт ISO / IEC 13888-2 .

Другое приложение - создание хеш-функций из блочных шифров. См. Описание некоторых таких методов в функции одностороннего сжатия .

Построение симметричных шифров [ править ]

Основная статья: шифр Фейстеля

Многие современные блочные шифры основаны на конструкции, предложенной Хорстом Фейстелем . Конструкция Фейстеля позволяет строить обратимые функции из других функций, которые сами по себе не обратимы. [ необходима цитата ]

Безопасность симметричных шифров [ править ]

Симметричные шифры исторически были восприимчивы к открытому тексту атак , атак по выбранному тексту , дифференциального криптоанализа и линейного криптоанализа . Тщательное построение функций для каждого раунда может значительно снизить шансы на успешную атаку. [ необходима цитата ]

Управление ключами [ править ]

Основная статья: управление ключами

Ключевое учреждение [ править ]

Основная статья: ключевое заведение

Алгоритмы с симметричным ключом требуют, чтобы и отправитель, и получатель сообщения имели один и тот же секретный ключ. Все ранние криптографические системы требовали, чтобы отправитель или получатель каким-то образом получали копию этого секретного ключа по физически безопасному каналу.

Почти все современные криптографические системы по-прежнему используют алгоритмы с симметричным ключом для внутреннего шифрования основной части сообщений, но они устраняют необходимость в физически безопасном канале за счет использования обмена ключами Диффи – Хеллмана или какого-либо другого протокола с открытым ключом для безопасного достижения соглашения по новый новый секретный ключ для каждого сообщения (прямая секретность).

Генерация ключей [ править ]

Основная статья: генерация ключей

При использовании с асимметричными шифрами для передачи ключей генераторы псевдослучайных ключей почти всегда используются для генерации сеансовых ключей симметричного шифра. Однако отсутствие случайности в этих генераторах или в их векторах инициализации является катастрофическим и приводило к криптоаналитическим взломам в прошлом. Следовательно, важно, чтобы реализация использовала источник высокой энтропии для своей инициализации. [8] [9] [10]

Взаимный шифр [ править ]

Обратный шифр - это шифр, в котором так же, как вводят открытый текст в криптографическую систему для получения зашифрованного текста , можно ввести зашифрованный текст в то же место в системе, чтобы получить открытый текст. Взаимный шифр также иногда называют самовзаимным шифром.

Практически все механические шифровальные машины реализуют обратный шифр, математическую инволюцию для каждой введенной буквы. Вместо того, чтобы разрабатывать два типа машин, одну для шифрования, а другую для дешифрования, все машины могут быть идентичными и могут быть настроены (привязаны) одинаковым образом. [11]

Примеры взаимных шифров включают:

  • Атбаш
  • Шифр Бофорта [12]
  • Загадочная машина [13]
  • Мария-Антуанетта и Аксель фон Ферсен общались с помощью взаимного шифра. [14]
  • полиалфавитный шифр Порта является самовзаимодействующим. [15]
  • Фиолетовый шифр [16]
  • RC4
  • ROT13
  • Шифр XOR
  • Шифр Ватсьяяна

Практически все современные шифры можно классифицировать как потоковые шифры , в большинстве из которых используется обратный сумматор шифров XOR , или как блочные шифры , в большинстве из которых используется шифр Фейстеля или схема Лая-Месси с обратным преобразованием в каждом раунде.

Заметки [ править ]

  1. ^ Другие термины для шифрования с симметричным ключом - это шифрование с секретным ключом , с одним ключом , с общим ключом , с одним ключом и с частным ключом . Использование последнего и первого терминов может создать двусмысленность с аналогичной терминологией, используемой в криптографии с открытым ключом . Криптографию с симметричным ключом следует противопоставить криптографии с асимметричным ключом .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Kartit, Зайд (февраль 2016). «Применение алгоритмов шифрования для защиты данных в облачном хранилище, Картит и др.» . Достижения в области повсеместного сетевого взаимодействия : материалы UNet15 : 147. ISBN 9789812879905.
  2. ^ Delfs, Hans & Knebl, Helmut (2007). «Шифрование с симметричным ключом» . Введение в криптографию: принципы и приложения . Springer. ISBN 9783540492436.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  3. Перейти ↑ Mullen, Gary & Mummert, Carl (2007). Конечные поля и приложения . Американское математическое общество. п. 112. ISBN 9780821844182.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  4. ^ "Демистификация симметричных и асимметричных методов шифрования" . Дешевый магазин SSL. 2017-09-28.
  5. ^ Pelzl & Paar (2010). Понимание криптографии . Берлин: Springer-Verlag. п. 30 . Bibcode : 2010uncr.book ..... P .
  6. ^ Рёдер, Том. «Криптография с симметричным ключом» . www.cs.cornell.edu . Проверено 5 февраля 2017 .
  7. ^ 14: 00-17: 00. «ИСО / МЭК 13888-2: 2010» . ISO . Проверено 4 февраля 2020 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  8. ↑ Ян Голдберг и Дэвид Вагнер. «Случайность и браузер Netscape» . Январь 1996 г. Журнал доктора Добба. цитата: «жизненно важно, чтобы секретные ключи были сгенерированы из непредсказуемого источника случайных чисел».
  9. ^ Томас Ристенпарт, Скотт Йилек. «Когда хорошая случайность становится плохой: уязвимости сброса виртуальных машин и хеджирование развернутой криптографии (2010)» CiteSeer x :  10.1.1.183.3583 цитата из аннотации: «Генераторы случайных чисел (ГСЧ) неизменно являются слабым звеном в безопасном использовании криптографии. "
  10. ^ «Симметричная криптография» . Джеймс. 2006-03-11.
  11. ^ Грег Гебель. «Механизация шифров» . 2018.
  12. ^ "... настоящий шифр Бофорта. Обратите внимание, что у нас есть взаимное шифрование ; шифрование и дешифрование - одно и то же". - Хелен Ф. Гейнс. «Криптоанализ: исследование шифров и их решение» . 2014. с. 121.
  13. ^ Грег Гебель. «Механизация шифров» . 2018.
  14. ^ Фридрих Л. Бауэр. «Расшифрованные секреты: методы и принципы криптологии» . 2006. с. 144
  15. ^ Дэвид Саломон. «Кодирование данных и компьютерных коммуникаций» . 2006. с. 245
  16. ^ Грег Гебель. «Взломщики кодов США в тени войны» . 2018.