Алгоритм с симметричным ключом - Symmetric-key algorithm

Алгоритмы с симметричным ключом[а] находятся алгоритмы для криптография которые используют то же самое криптографические ключи как для шифрования простой текст и расшифровка зашифрованный текст. Ключи могут быть идентичными, или между двумя клавишами может быть простое преобразование.[1] Ключи на практике представляют собой поделился секретом между двумя или более сторонами, которые могут использоваться для поддержания связи с частной информацией.[2] Это требование, чтобы обе стороны имели доступ к секретному ключу, является одним из основных недостатков шифрования с симметричным ключом по сравнению с шифрование с открытым ключом (также известное как шифрование с асимметричным ключом).[3][4]

Типы

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

  • Потоковые шифры шифруют цифры (обычно байты) или буквы (в шифрах замещения) сообщения по одной за раз. Примером может служить Шифр Виженера.
  • Блочные шифры принимают несколько битов и шифруют их как единое целое, заполняя открытый текст так, чтобы он был кратен размеру блока. В Расширенный стандарт шифрования (AES) алгоритм, одобренный NIST в декабре 2001 года используются 128-битные блоки.

Реализации

Примеры популярных алгоритмов с симметричным ключом включают: Twofish, Змея, AES (Rijndael), Камелия, Сальса20, ChaCha20, Blowfish, CAST5, Кузнечик, RC4, DES, 3DES, Скипджек, Безопаснее, и ИДЕЯ.[6]

Криптографические примитивы на основе симметричных шифров

Симметричные шифры обычно используются для достижения других целей. криптографические примитивы чем просто шифрование.[нужна цитата ]

Шифрование сообщения не гарантирует, что это сообщение не будет изменено 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 AEAD шифр (например, AES-GCM ).

Однако симметричные шифры нельзя использовать для неотречение целей, за исключением привлечения дополнительных сторон.[7] Увидеть Стандарт ISO / IEC 13888-2.

Другое приложение - построить хэш-функции из блочных шифров. Увидеть функция одностороннего сжатия для описания нескольких таких методов.

Построение симметричных шифров

Основная статья: Шифр Фейстеля

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

Безопасность симметричных шифров

Симметричные шифры исторически подвержены атаки с использованием известного открытого текста, атаки с выбранным открытым текстом, дифференциальный криптоанализ и линейный криптоанализ. Тщательное построение функций для каждого раунда может значительно снизить шансы на успешную атаку.[нужна цитата ]

Ключевой менеджмент

Основная статья: ключевой менеджмент

Ключевое учреждение

Основная статья: ключевое учреждение

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

Почти все современные криптографические системы по-прежнему используют алгоритмы с симметричным ключом внутри для шифрования основной части сообщений, но они устраняют необходимость в физически безопасном канале за счет использования Обмен ключами Диффи-Хеллмана или какой-то другой протокол с открытым ключом надежно согласовывать новый секретный ключ для каждого сообщения (прямая секретность).

Генерация ключей

Основная статья: генерация ключей

При использовании с асимметричными шифрами для передачи ключей генераторы псевдослучайных ключей почти всегда используются для генерации ключей сеанса симметричного шифрования. Однако отсутствие случайности в этих генераторах или в их векторы инициализации имеет катастрофические последствия и в прошлом приводил к взломам криптоаналитики. Следовательно, важно, чтобы реализация использовала источник высокого энтропия для его инициализации.[8][9][10]

Взаимный шифр

Обратный шифр - это шифр, в котором, как только человек вводит простой текст в криптография система, чтобы получить зашифрованный текст, можно было 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, математическая инволюция на каждой набранной букве. Вместо того, чтобы разрабатывать два типа машин, одну для шифрования, а другую для дешифрования, все машины могут быть идентичны и могут быть настроены (запрограммированы) одинаковым образом.[11]

Примеры взаимных шифров включают:

Практически все современные шифры можно классифицировать как потоковый шифр, в большинстве из которых используется обратный Шифр XOR комбайнер, или блочный шифр, большинство из которых используют Шифр Фейстеля или Схема Лая – Мэсси с обратным преобразованием в каждом раунде.

Заметки

  1. ^ Другие термины для шифрования с симметричным ключом: Секретный ключ, одноклавишный, Общий ключ, один ключ, и закрытый ключ шифрование. Использование последнего и первого терминов может создать двусмысленность с аналогичной терминологией, используемой в криптография с открытым ключом. Криптографию с симметричным ключом следует противопоставить криптография с асимметричным ключом.

использованная литература

  1. ^ Картит, Заид (февраль 2016 г.). «Применение алгоритмов шифрования для защиты данных в облачном хранилище, Картит и др.». Достижения в области повсеместного сетевого взаимодействия: материалы UNet15: 147. ISBN  9789812879905.
  2. ^ Делфс, Ханс и Кнебль, Гельмут (2007). «Шифрование с симметричным ключом». Введение в криптографию: принципы и приложения. Springer. ISBN  9783540492436.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  3. ^ Маллен, Гэри и Маммерт, Карл (2007). Конечные поля и приложения. Американское математическое общество. п. 112. ISBN  9780821844182.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  4. ^ «Демистификация симметричных и асимметричных методов шифрования». Дешевый магазин SSL. 2017-09-28.
  5. ^ Пельцль и Паар (2010). Понимание криптографии. Берлин: Springer-Verlag. п.30. Bibcode:2010uncr.book ..... P.
  6. ^ Рёдер, Том. «Криптография с симметричным ключом». www.cs.cornell.edu. Получено 2017-02-05.
  7. ^ 14:00-17:00. «ИСО / МЭК 13888-2: 2010». ISO. Получено 2020-02-04.CS1 maint: числовые имена: список авторов (ссылка на сайт)
  8. ^ Ян Голдберг и Дэвид Вагнер.«Случайность и браузер Netscape». Январь 1996 г. Журнал доктора Добба. Цитата: «крайне важно, чтобы секретные ключи генерировались из непредсказуемого источника случайных чисел».
  9. ^ Томас Ристенпарт, Скотт Йилек.«Когда хорошая случайность становится плохой: уязвимости сброса виртуальных машин и хеджирование развернутой криптографии (2010)»CiteSeerИкс: 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 взаимное шифрование; шифрование и дешифрование - это одно и то же ». - Хелен Ф. Гейнс.«Криптоанализ: исследование шифров и их решение».2014.p. 121.
  13. ^ Грег Гебель.«Механизация шифров».2018.
  14. ^ Фридрих Л. Бауэр.«Расшифрованные секреты: методы и принципы криптологии».2006.p. 144
  15. ^ Дэвид Саломон.«Кодирование данных и компьютерных коммуникаций».2006.p. 245
  16. ^ Грег Гебель."Взломщики кодов США в тени войны".2018.