Раунд (криптография)

В криптографии раунд — или функция раунда это базовое преобразование, которое повторяется ( итерируется ) несколько раз внутри алгоритма. Разделение большой алгоритмической функции на раунды упрощает как реализацию, так и криптоанализ .

Например, шифрование с использованием упрощенного трехраундового шифра можно записать как $C=R_{3}(R_{2}(R_{1}(P)))$, где C — зашифрованный текст , а P — открытый текст . Обычно раунды $R_{1},R_{2},...$ реализуются с помощью одной и той же функции, параметризованной константой раунда и, для блочных шифров , ключом раунда из расписания ключей . Параметризация необходима для уменьшения самоподобия шифра, что может привести к атакам со скольжением .

Увеличение количества раундов «почти всегда» защищает от дифференциального и линейного криптоанализа , поскольку для этих инструментов усилия растут экспоненциально с количеством раундов. Однако увеличение количества раундов не всегда превращает слабые шифры в сильные, поскольку некоторые атаки не зависят от количества раундов.

Идея итеративного шифра , использующего повторное применение простых некоммутирующих операций, вызывающих диффузию и путаницу, возникла еще в 1945 году, в тогда еще секретной версии К. Э. Шеннона работы « Теория связи секретных систем »; Шеннон был вдохновлен смешивающими преобразованиями, используемыми в области теории динамических систем (ср. Подковообразная карта ). Большинство современных шифров используют итеративный дизайн с числом раундов, обычно выбираемым от 8 до 32 (при этом в криптографических хешах используется 64 и даже 80 ).

В некоторых описаниях шифров типа Фейстеля , особенно в описании RC5 , термин « полукруглый » используется для определения преобразования части данных (отличительная особенность конструкции Фейстеля). Эта операция соответствует полному раунду в традиционных описаниях шифров Фейстеля (например, DES ).

Круглые константы

Вставка констант, зависящих от раунда, в процесс шифрования нарушает симметрию между раундами и, таким образом, предотвращает наиболее очевидные атаки скольжения. Этот метод является стандартной функцией большинства современных блочных шифров. Однако плохой выбор раундовых констант или непреднамеренные взаимосвязи между константами и другими компонентами шифрования все равно могут привести к скользящим атакам (например, атаке на первоначальную версию режима шифрования с сохранением формата FF3).

Многие облегченные шифры используют очень простое планирование ключей: раундовые ключи получаются в результате добавления раундовых констант к ключу шифрования . Неправильный выбор раундовых констант в этом случае может сделать шифр уязвимым для инвариантных атак ; шифры, взломанные таким образом, включают SCREAM и Midori64 .

Оптимизация

Дэмен и Реймен утверждают, что одной из целей оптимизации шифра является снижение общей рабочей нагрузки, произведения сложности раунда и количества раундов. Существует два подхода к достижению этой цели:

• локальная оптимизация улучшает худшее поведение одного раунда (два раунда для шифров Фейстеля);
• глобальная оптимизация оптимизирует худшее поведение более чем одного раунда, позволяя использовать менее сложные компоненты.

Шифры с уменьшенным циклом

Методы криптоанализа включают использование версий шифров с меньшим количеством раундов, чем указано их разработчиками. Поскольку один раунд обычно криптографически слаб, многие атаки, которые не работают против полной версии шифров, будут работать и над такими вариантами сокращенного раунда . Результат такой атаки предоставляет ценную информацию о силе алгоритма. Типичный взлом полного шифра начинается как успешный взлом сокращенного шифра.

Источники

• Омассон, Жан-Филипп (6 ноября 2017 г.). Серьезная криптография: практическое введение в современное шифрование . Нет крахмального пресса. стр. 56–57. ISBN  978-1-59327-826-7 . OCLC   1012843116 .
• Бирюков, Алекс; Вагнер, Дэвид (1999). «Скользящие атаки» . Быстрое программное шифрование . Конспекты лекций по информатике. Том. 1636. Шпрингер Берлин Гейдельберг. стр. 245–259. дои : 10.1007/3-540-48519-8_18 . ISBN  978-3-540-66226-6 . ISSN   0302-9743 .
• Данкельман, Орр; Келлер, Натан; Ласри, Ноам; Шамир, Ади (2020). «Новые скользящие атаки на почти самоподобные шифры» . Достижения в криптологии – EUROCRYPT 2020 . Конспекты лекций по информатике. Том. 12105. Международное издательство Springer. стр. 250–279. дои : 10.1007/978-3-030-45721-1_10 . eISSN   1611-3349 . ISBN  978-3-030-45720-4 . ISSN   0302-9743 .
• Байерле, Кристоф; Канто, Энн; Леандер, Грегор; Ротелла, Янн (2017). «Доказательство устойчивости к инвариантным атакам: как выбрать константы раунда» (PDF) . Достижения криптологии – CRYPTO 2017 . Конспекты лекций по информатике. Том. 10402. Международное издательство Springer. стр. 647–678. дои : 10.1007/978-3-319-63715-0_22 . eISSN   1611-3349 . ISBN  978-3-319-63714-3 . ISSN   0302-9743 .
• Бирюков, Алексей (2005). «Шифр продукта, супершифрование». Энциклопедия криптографии и безопасности . Спрингер США. стр. 480–481. дои : 10.1007/0-387-23483-7_320 .
• Робшоу, MJB (2 августа 1995 г.). Блочные шифры (PDF) (изд. версии 2.0). Редвуд-Сити, Калифорния: RSA Laboratories .
• Шнайер, Брюс (январь 2000 г.). «Курс самообучения по криптоанализу с блочными шифрами» (PDF) . Криптология . 24 (1): 18–34. дои : 10.1080/0161-110091888754 . S2CID   53307028 .
• Калиски, Бертон С.; Инь, Ицюнь Лиза (1995). «О дифференциальном и линейном криптоанализе алгоритма шифрования RC5» (PDF) . Достижения в криптологии – CRYPT0' 95 . Шпрингер Берлин Гейдельберг. стр. 171–184. дои : 10.1007/3-540-44750-4_14 . ISSN   0302-9743 .
• Дэмен, Джоан; Реймен, Винсент (9 марта 2013 г.). Конструкция Rijndael: AES — расширенный стандарт шифрования (PDF) . Springer Science & Business Media. ISBN  978-3-662-04722-4 . OCLC   1259405449 .