6 Simmetrik va assimetrik shifrlashlar

Simmetrik (maxfiy) kalitli shifrlash sistemasi. Simmetrik shifrlash algoritmida quyidagi usullardan keng foydalaniladi:
1. O`rin almashtirish shifri
2. Siljitish shifri.
O`rin almashtirish shifri oddiy shifrlash hisoblanib, bu usulda satr va ustundan foydalaniladi. Chunki shifrlash jadval asosida amalga oshiriladi. Birinchi bo`lib, shifrlash jadvalidan (XIV asrning oxirlarida) diplomatik munosabatlarda, xarbiy sohalarda axborotni muhofazalashda foydalanilgan.
1. O`rin almashtirish shifri. Almashtirish (podstanovka) usullarining mohiyati bir alfavitda yozilgan axborot simvollarini boshqa alfavit simvollari bilan ma`lum qoida bo`yicha almashtirishdan iboratdir. eng sodda usul sifatida to`g’ridan- to`g’ri almashtirishni ko`rsatish mumkin. Dastlabki axborot yoziluvchi A₀ alfavitning s_0i simvollariga shifrlovchi A₁ alfavitning s_1i simvollari mos quyiladi. Oddiy holda ikkala alfavit ham bir xil simvollar to`plamiga ega bo`lishi mumkin.
Ikkala alfavitdagi simvollar o`rtasidagi moslik ma`lum algoritm bo`yicha K simvollar uzunligiga ega bo`lgan dastlabki matn T₀ simvollarining raqamli ekvivalentlarini o`zgartirish orqali amalga oshiriladi.
Monoalfavitli almashtirish algoritmi quyidagi qadamlar ketma-ketligi ko`rinishda ifodalanishi mumkin.
Rijndael algoritmi ko'pchilikka ma'lum nosimmetrik shifrlash algoritmlariga o'xshamaydi, ularning tuzilishi "Feistel tarmog'i" deb nomlanadi va Rossiya GOST 28147-89 ga o'xshaydi. Feistel tarmog'ining o'ziga xos xususiyati shundaki, kirish qiymati ikki yoki undan ortiq pastki bloklarga bo'linadi, ularning ba'zilari ma'lum bir qonunga muvofiq har bir turda qayta ishlanadi va keyin ishlov berilmagan pastki bloklarga o'rnatiladi (1-rasmga qarang).
Undan farqli o'laroq ichki standart shifrlash, Rijndael algoritmi 4X4, 4X6 yoki 4X8 o'lchamdagi ikki o'lchovli bayt qatori ko'rinishidagi ma'lumotlar blokini ifodalaydi (shifrlangan ma'lumot blokining bir nechta qat'iy o'lchamlariga ruxsat beriladi). Barcha operatsiyalar massivning alohida baytlarida, shuningdek mustaqil ustun va satrlarda bajariladi.
Rijndael algoritmi to'rtta o'zgarishlarni amalga oshiradi: BS (ByteSub) - massivning har bir baytini jadvalga almashtirish (3-rasm); SR (ShiftRow) - qatorning siljish joylari (4-rasm). Ushbu operatsiya davomida birinchi qator o'zgarishsiz qoladi, qolganlari esa massivning o'lchamiga qarab, baytlar soni bo'yicha chapga siljiydi. Masalan, 4X4 massivi uchun 2, 3 va 4 qatorlar mos ravishda 1, 2 va 3 baytga siljiydi. Keyinchalik MC (MixColumn) keladi - har bir ustun ma'lum bir qoidaga muvofiq sobit matritsa c (x) bilan ko'paytirilganda, massivning mustaqil ustunlaridagi operatsiya (5-rasm). Va nihoyat, AK (AddRoundKey) - kalit qo'shish. Massivning har bir bitiga dumaloq tugmachaning tegishli biti bilan 2-modul qo'shiladi, bu esa o'z navbatida shifrlash kalitidan ma'lum bir tarzda hisoblab chiqiladi (6-rasm).
Shakl: 3. BS operatsiyasi.
Shakl: 4. SR operatsiyasi.
Shakl: 5. Operatsion MC.
Rijndael algoritmidagi (R) shifrlash turlarining soni o'zgaruvchan (10, 12 yoki 14 tur) va blokning o'lchamiga va shifrlash kalitiga bog'liq (shuningdek, kalit uchun bir nechta sobit o'lchamlar mavjud).
Shifrni ochish quyidagi teskari operatsiyalar yordamida amalga oshiriladi. Jadval teskari bo'lib, jadvalni almashtirish teskari stolda amalga oshiriladi (shifrlash uchun ishlatiladigan stolga nisbatan). SR ning teskari tomoni satrlarni chapga emas, balki o'ngga burishdir. MC uchun teskari operatsiya ushbu qoidalarga muvofiq shartni qondiradigan boshqa d (x) matritsasida ko'paytirishdir: c (x) * d (x) \u003d 1. AK kalitini qo'shish o'zi teskari, chunki u faqat XOR operatsiyasidan foydalanadi. Ushbu teskari operatsiyalar shifrlash paytida ishlatilganga teskari tartibda dekryrovka paytida qo'llaniladi.
Rijndael boshqa algoritmlarga nisbatan bir qator afzalliklari tufayli ma'lumotlarni shifrlash uchun yangi standartga aylandi. Birinchidan, u barcha platformalarda yuqori darajada shifrlash tezligini ta'minlaydi: ham dasturiy ta'minotda, ham uskunada. Bu tanlov uchun taqdim etilgan boshqa algoritmlar bilan taqqoslanganda parallelizatsiya qilinadigan hisoblashlarning mislsiz yaxshiroq imkoniyatlari bilan ajralib turadi. Bundan tashqari, uning ishlashi uchun resurslarga talab minimaldir, bu uni cheklangan hisoblash qobiliyatiga ega qurilmalarda ishlatishda muhimdir.