ГОСТ 34.13-2018
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Информационная технология
КРИПТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ
Режимы работы блочных шифров
Information technology. Cryptographic data security. Modes of operation for block ciphers
МКС 35.040
Дата введения 2019-06-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Центром защиты информации и специальной связи ФСБ России с участием Открытого акционерного общества "Информационные технологии и коммуникационные системы" (ОАО "ИнфоТеКС")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 26 "Криптографическая защита информации"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по метрологии, стандартизации и сертификации (протокол от 29 ноября 2018 г. N 54)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Армения | АМ | Минэкономики Республики Армения |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Таджикистан | TJ | Таджикстандарт |
Туркмения | ТМ | Главгосслужба "Туркменстандартлары" |
(Поправка. ИУС N 1-2021).
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 4 декабря 2018 г. N 1062-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34.13-2018 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2019 г.
5 Настоящий стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р 34.13-2015
6 ВЗАМЕН ГОСТ 28147-89 в части раздела 2 "Режим простой замены"; раздела 3 "Режим гаммирования"; раздела 4 "Режим гаммирования с обратной связью"; раздела 5 "Режим выработки имитовставки"
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 1, 2021 год
Поправка внесена изготовителем базы данных
Введение
Настоящий стандарт содержит описание режимов работы блочных шифров. Данные режимы работы блочных шифров определяют правила криптографического преобразования данных и выработки имитовставки для сообщений произвольного размера.
Необходимость разработки настоящего стандарта вызвана потребностью в определении режимов работы блочных шифров, соответствующих современным требованиям к криптографической стойкости.
Настоящий стандарт терминологически и концептуально увязан с международными стандартами ИСО/МЭК 9797-1* [1], ИСО/МЭК 10116 [2], ИСО/МЭК 10118-1 [3], ИСО/МЭК 18033-1 [4], ИСО/МЭК 14888-1 [5].
Примечание - Основная часть стандарта дополнена приложением А "Контрольные примеры".
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на криптографическую защиту информации и определяет режимы работы блочных шифров.
Режимы работы блочных шифров, определенные в настоящем стандарте, рекомендуется использовать при разработке, производстве, эксплуатации и модернизации средств криптографической защиты информации в системах обработки информации различного назначения.
2 Термины, определения и обозначения
2.1 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
2.1.1 алгоритм зашифрования (encryption algorithm): Алгоритм, реализующий зашифрование, т.е. преобразующий открытый текст в шифртекст.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2.1.2 алгоритм расшифрования (decryption algorithm): Алгоритм, реализующий расшифрование, т.е. преобразующий шифртекст в открытый текст.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2.1.3 базовый блочный шифр (basic block cipher): Блочный шифр, реализующий при каждом фиксированном значении ключа одно обратимое отображение множества блоков открытого текста фиксированной длины в блоки шифртекста такой же длины.
2.1.4 блок (block): Строка бит определенной длины.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2.1.5 блочный шифр (block cipher): Шифр из класса симметричных криптографических методов, в котором алгоритм зашифрования применяется к блокам открытого текста для получения блоков шифртекста.
Примечания
1 Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2 В настоящем стандарте установлено, что термины "блочный шифр" и "алгоритм блочного шифрования" являются синонимами.
2.1.6 дополнение (padding): Приписывание дополнительных бит к строке бит.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 10118-1 [3].
2.1.7 зацепление блоков (block chaining): Шифрование информации таким образом, что каждый блок шифртекста криптографически зависит от предыдущего блока шифртекста.
2.1.8 зашифрование (encryption): Обратимое преобразование данных с помощью шифра, который формирует шифртекст из открытого текста.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2.1.9 имитовставка (message authentication code): Строка бит фиксированной длины, полученная применением симметричного криптографического метода к сообщению, добавляемая к сообщению для обеспечения его целостности и аутентификации источника данных.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 9797-1 [1].
2.1.10 ключ (key): Изменяемый параметр в виде последовательности символов, определяющий криптографическое преобразование.
Примечания
1 Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2 В настоящем стандарте рассматриваются ключи только в виде последовательности двоичных символов (битов).
2.1.11 начальное значение (starting variable): Значение, возможно, полученное из синхропосылки и используемое для задания начальной точки режима работы блочного шифра.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 10116 [2].
2.1.12 открытый текст (plaintext): Незашифрованная информация.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 10116 [2].
2.1.13 расшифрование (decryption): Операция, обратная к зашифрованию.
Примечания
1 Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2 В настоящем стандарте в целях сохранения терминологической преемственности по отношению к нормативным документам, действующим на территории государства, принявшего настоящий стандарт, и опубликованным ранее на русском языке научно-техническим изданиям применяется термин "шифрование", объединяющий операции, определенные терминами "зашифрование" и "расшифрование". Конкретное значение термина "шифрование" определяется в зависимости от контекста упоминания.
2.1.14 симметричный криптографический метод (symmetric cryptographic technique): Криптографический метод, использующий один и тот же ключ для преобразования, осуществляемого отправителем, и преобразования, осуществляемого получателем.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2.1.15 синхропосылка (initializing value): Комбинация знаков, передаваемая по каналу связи и предназначенная для инициализации алгоритма шифрования.
2.1.16 сообщение (message): Строка бит произвольной конечной длины.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 14888-1 [5].
2.1.17 счетчик (counter): Строка бит длины, равной длине блока блочного шифра, используемая при шифровании в режиме гаммирования.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 10116 [2].
2.1.18 шифр (cipher): Криптографический метод, используемый для обеспечения конфиденциальности данных, включающий алгоритм зашифрования и алгоритм расшифрования.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [4].
2.1.19 шифртекст (ciphertext): Данные, полученные в результате зашифрования открытого текста в целях скрытия его содержания.
Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 10116 [2].
2.2 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
V* - | множество всех двоичных строк конечной длины, включая пустую строку; | ||||||
- | множество всех двоичных строк длины s, где s - целое неотрицательное число; нумерация подстрок и компонент строки осуществляется справа налево, начиная с нуля; | ||||||
- | число компонент (длина) строки (если A - пустая строка, то =0); | ||||||
- | конкатенация строк A, , т.е. строка из , в которой подстрока с бoльшими номерами компонент из совпадает со строкой А, а подстрока с меньшими номерами компонент из совпадает со строкой В; | ||||||
- | строка, состоящая из r нулей; | ||||||
- | операция покомпонентного сложения по модулю 2 двух двоичных строк одинаковой длины; | ||||||
- | кольцо вычетов по модулю ; | ||||||
- | операция сложения в кольце ; | ||||||
- | операция вычисления остатка от деления целого числа х на целое положительное число ; | ||||||
- | отображение, ставящее в соответствие строке , ms, строку , , i=0, 1, …, m-1; | ||||||
- | отображение, ставящее в соответствие строке , ms, строку , , i=0, 1, …, m-1; | ||||||
- | операция логического сдвига строки A на r компонент в сторону компонент, имеющих бoльшие номера. Если , то , причем | ||||||
- | отображение, ставящее в соответствие строке многочлен ; | ||||||
- | биективное отображение, сопоставляющее элементу кольца его двоичное представление, т.е. для любого элемента , представленного в виде , где , i=0, 1, ..., s-1, выполнено равенство ; | ||||||
- | отображение, обратное к отображению , т.е. ; | ||||||
k - | параметр алгоритма блочного шифрования, называемый длиной ключа; | ||||||
n - | параметр алгоритма блочного шифрования, называемый длиной блока; | ||||||
- | отображение, реализующее базовый алгоритм блочного шифрования и осуществляющее преобразование блока открытого текста с использованием ключа (шифрования) в блок шифртекста ; | ||||||
- | отображение, реализующее зашифрование с использованием ключа , т.е. для всех ; | ||||||
- | отображение, реализующее расшифрование с использованием ключа , т.е. . |
3 Общие положения
Настоящий стандарт определяет следующие режимы работы алгоритмов блочного шифрования:
- режим простой замены (ЕСВ, англ. Electronic Codebook);
- режим гаммирования (CTR, англ. Counter);
- режим гаммирования с обратной связью по выходу (OFB, англ. Output Feedback);
- режим простой замены с зацеплением (СВС, англ. Cipher Block Chaining);
- режим гаммирования с обратной связью по шифртексту (CFB, англ. Cipher Feedback);
- режим выработки имитовставки (англ. Message Authentication Code algorithm).
Данные режимы могут использоваться в качестве режимов для блочных шифров с произвольной длиной блока n.
4 Вспомогательные операции
4.1 Дополнение сообщения
4.1.1 Общие положения
Отдельные из описанных ниже режимов работы (режим гаммирования, режим гаммирования с обратной связью по выходу, режим гаммирования с обратной связью по шифртексту) могут осуществлять криптографическое преобразование сообщений произвольной длины. Для других режимов (режим простой замены, режим простой замены с зацеплением) требуется, чтобы длина сообщения была кратна некоторой величине . В последнем случае при работе с сообщениями произвольной длины необходимо применение процедуры дополнения сообщения до требуемой длины. Ниже приведены три процедуры дополнения.
Пусть исходное сообщение, подлежащее зашифрованию.
4.1.2 Процедура 1
Пусть . Положим
Примечание - Описанная процедура в некоторых случаях не обеспечивает однозначного восстановления исходного сообщения. Например, результаты дополнения сообщений , такого что для некоторого q, и будут одинаковы. В этом случае для однозначного восстановления необходимо дополнительно знать длину исходного сообщения.
4.1.3 Процедура 2
Пусть . Положим
.
Примечание - Данная процедура обеспечивает однозначное восстановление исходного сообщения. При этом если длина исходного сообщения кратна , то длина дополненного сообщения будет увеличена.
4.1.4 Процедура 3
Пусть .
В зависимости от значения r возможны случаи:
- если , то последний блок не изменяется P*=P;
- если , то применяется процедура 2.
Примечания
1 Данная процедура обязательна для режима выработки имитовставки (5.6) и не рекомендуется для использования в других режимах (5.1-5.5).
2 Выбор конкретной процедуры дополнения предоставляется разработчику информационной системы и/или регламентируется другими нормативными документами.
4.2 Выработка начального значения
В некоторых режимах работы используются величины, начальное значение которых вычисляется на основании синхропосылки IV; обозначим через m суммарную длину указанных величин. Будем обозначать процедуру выработки начального значения через : и называть процедурой инициализации. Будем называть процедуру инициализации тривиальной, если . Если не оговорено иное, будем считать, что используется тривиальная процедура инициализации на основе синхропосылки необходимой длины.
Во всех описываемых в настоящем стандарте режимах работы не требуется обеспечение конфиденциальности синхропосылки. Вместе с тем процедура выработки синхропосылки должна удовлетворять одному из следующих требований:
- значения синхропосылки для режимов простой замены с зацеплением и гаммирования с обратной связью по шифртексту необходимо выбирать случайно, равновероятно и независимо друг от друга из множества всех допустимых значений. В этом случае значение каждой используемой синхропосылки IV должно быть непредсказуемым (случайным или псевдослучайным): зная значения всех других используемых синхропосылок, значение IV нельзя определить с вероятностью большей, чем ;
- все значения синхропосылок, выработанных для зашифрования на одном и том же ключе в режиме гаммирования, должны быть уникальными, т.е. попарно различными. Для выработки значений синхропосылок может быть использован детерминированный счетчик;
- значение синхропосылки для режима гаммирования с обратной связью по выходу должно быть либо непредсказуемым (случайным или псевдослучайным), либо уникальным.
Примечание - Режим простой замены не предусматривает использования синхропосылки.
4.3 Процедура усечения
В некоторых режимах используется усечение строк длины n до строк длины s, sn, с использованием функции , т.е. в качестве операции усечения используется операция взятия бит с бльшими номерами.
5 Режимы работы алгоритмов блочного шифрования
5.1 Режим простой замены
5.1.1 Общие положения
Длина сообщений, зашифровываемых в режиме простой замены, должна быть кратна длине блока базового алгоритма блочного шифрования n, поэтому при необходимости к исходному сообщению должна быть предварительно применена процедура дополнения.
Зашифрование (расшифрование) в режиме простой замены заключается в зашифровании (расшифровании) каждого блока текста с помощью базового алгоритма блочного шифрования.
5.1.2 Зашифрование
Открытый и при необходимости дополненный текст , , представляется в виде: , , i=1, 2,..., q. Блоки шифртекста вычисляют по следующему правилу:
, i=1, 2,..., q. (1)
Результирующий шифртекст имеет вид:
.
Зашифрование в режиме простой замены показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Зашифрование в режиме простой замены
5.1.3 Расшифрование
Шифртекст представляется в виде: , , i=1, 2, ... q. Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу:
, i=1, 2, ..., q. (2)
Исходный (дополненный) открытый текст имеет вид:
.
Примечание - Если к исходному открытому тексту была применена процедура дополнения, то после расшифрования следует провести обратную процедуру. Для однозначного восстановления сообщения может потребоваться знание длины исходного сообщения.
Расшифрование в режиме простой замены показано на рисунке 2.
Рисунок 2 - Расшифрование в режиме простой замены
5.2 Режим гаммирования
5.2.1 Общие положения
Параметром режима гаммирования является целочисленная величина s, 0 Для зашифрования (расшифрования) каждого отдельного открытого текста на одном ключе используется значение уникальной синхропосылки . Зашифрование в режиме гаммирования заключается в покомпонентном сложении открытого текста с гаммой шифра, которая вырабатывается блоками длины s путем зашифрования последовательности значений счетчика , i=1, 2,..., базовым алгоритмом блочного шифрования с последующим усечением. Начальным значением счетчика является . Последующие значения счетчика вырабатываются с помощью функции Add: следующим образом: . (3) 5.2.2 Зашифрование Открытый текст представляется в виде , , i=1, 2,..., q-1, , . Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу: (4) Результирующий шифртекст имеет вид: . Зашифрование в режиме гаммирования показано на рисунке 3. Рисунок 3 - Зашифрование в режиме гаммирования 5.2.3 Расшифрование Шифртекст представляется в виде: , , i=1, 2,..., q-1, , . Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу: (5) Исходный открытый текст имеет вид: . Расшифрование в режиме гаммирования показано на рисунке 4. Рисунок 4 - Расшифрование в режиме гаммирования 5.3.1 Общие положения Параметрами режима гаммирования с обратной связью по выходу являются целочисленные величины s и m, 0 При использовании режима гаммирования с обратной связью по выходу не требуется применение процедуры дополнения сообщения. При шифровании на одном ключе для каждого отдельного открытого текста используется значение уникальной или непредсказуемой (случайной или псевдослучайной) синхропосылки . При шифровании в режиме гаммирования с обратной связью по выходу используется двоичный регистр сдвига R длины m. Начальным заполнением регистра является значение синхропосылки IV. Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу заключается в покомпонентном сложении открытого текста с гаммой шифра, которая вырабатывается блоками длины s. При вычислении очередного блока гаммы выполняется зашифрование n разрядов регистра сдвига с бльшими номерами базовым алгоритмом блочного шифрования. Затем заполнение регистра сдвигается на n бит в сторону разрядов с бльшими номерами, при этом в разряды с меньшими номерами записывается полученный выход базового алгоритма блочного шифрования. Блок гаммы вычисляется путем усечения выхода базового алгоритма блочного шифрования. 5.3.2 Зашифрование Открытый текст представляется в виде *, , i=1, 2,..., q-1, , . Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу: ________________ * Формула соответствует оригиналу. - . (6) Результирующий шифртекст имеет вид: . Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу показано на рисунке 5. Рисунок 5 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу 5.3.3 Расшифрование Шифртекст представляется в виде: , , i=1, 2,..., q-1, , . Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу: (7) Исходный открытый текст имеет вид: . Расшифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу показано на рисунке 6. Рисунок 6 - Расшифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу 5.4.1 Общие положения Параметром режима простой замены с зацеплением является целочисленная величина m, , z1 - целое число. Длина сообщений, зашифровываемых в режиме простой замены с зацеплением, должна быть кратна длине блока базового алгоритма блочного шифрования n, поэтому при необходимости к исходному сообщению должна быть предварительно применена процедура дополнения. При шифровании на одном ключе для каждого отдельного открытого текста используется значение непредсказуемой (случайной или псевдослучайной) синхропосылки . При шифровании в режиме простой замены с зацеплением используется двоичный регистр сдвига R длины m. Начальным заполнением регистра является значение синхропосылки IV. В режиме простой замены с зацеплением очередной блок шифртекста получается путем зашифрования результата покомпонентного сложения значения очередного блока открытого текста со значением n разрядов регистра сдвига с бoльшими номерами. Затем регистр сдвигается на один блок в сторону разрядов с бoльшими номерами. В разряды с меньшими номерами записывается значение блока шифртекста. 5.4.2 Зашифрование Открытый и при необходимости дополненный текст , , представляется в виде: , , i=1, 2,..., q. Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу: (8) Результирующий шифртекст имеет вид: . Зашифрование в режиме простой замены с зацеплением показано на рисунке 7. Рисунок 7 - Зашифрование в режиме простой замены с зацеплением 5.4.3 Расшифрование Шифртекст представляется в виде , , i=1, 2,..., q. Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу: (9) Исходный (дополненный) открытый текст имеет вид: . Примечание - Если к исходному открытому тексту была применена процедура дополнения, то после расшифрования следует провести обратную процедуру. Для однозначного восстановления сообщения может потребоваться знание длины исходного сообщения. Расшифрование в режиме простой замены с зацеплением показано на рисунке 8. Рисунок 8 - Расшифрование в режиме простой замены с зацеплением 5.5.1 Общие положения Параметрами режима гаммирования с обратной связью по шифртексту являются целочисленные величины s и m, 0 В конкретной системе обработки информации на длину сообщения P может как накладываться ограничение , так и не накладываться никаких ограничений. В случае если такое ограничение накладывается, к исходному сообщению при необходимости должна быть предварительно применена процедура дополнения. При шифровании на одном ключе для каждого отдельного открытого текста используется значение непредсказуемой (случайной или псевдослучайной) синхропосылки . При шифровании в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту используется двоичный регистр сдвига R длины m. Начальным заполнением регистра является значение синхропосылки IV. Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту заключается в покомпонентном сложении открытого текста с гаммой шифра, которая вырабатывается блоками длины s. При вычислении очередного блока гаммы выполняется зашифрование n разрядов регистра сдвига с бльшими номерами базовым алгоритмом блочного шифрования с последующим усечением. Затем заполнение регистра сдвигается на s разрядов в сторону разрядов с бльшими номерами, при этом в разряды с меньшими номерами записывается полученный блок шифртекста, являющийся результатом покомпонентного сложения гаммы шифра и блока открытого текста. 5.5.2 Зашифрование Открытый текст представляется в виде , , i=1, 2,..., q-1, , . Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу: (10) Результирующий шифртекст имеет вид: . Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту показано на рисунке 9. Рисунок 9 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту 5.5.3 Расшифрование Шифртекст представляется в виде: , , i=1, 2,..., q-1, , . Блоки открытого текста вычисляются по следующему правилу: (11) Исходный открытый текст имеет вид: . Примечание - Если к исходному открытому тексту была применена процедура дополнения, то после расшифрования следует провести обратную процедуру. Для однозначного восстановления сообщения может потребоваться знание длины исходного сообщения. Расшифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту показано на рисунке 10. Рисунок 10 - Расшифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту 5.6.1 Общие положения Режим выработки имитовставки, описание которого представлено ниже, реализует конструкцию OMAC1 (стандартизован в ISO под названием CMAC [1]). Параметром режима является длина имитовставки (в битах) 0 5.6.2 Выработка вспомогательных ключей При вычислении значения имитовставки используются вспомогательные ключи, которые вычисляются с использованием ключа K. Длины вспомогательных ключей равны длине блока n базового алгоритма блочного шифрования. Процедура выработки вспомогательных ключей может быть представлена в следующем виде: где , . Если значение n отлично от 64 и 128, необходимо использовать следующую процедуру определения значения константы . Рассмотрим множество примитивных многочленов степени n над полем GF(2) с наименьшим количеством ненулевых коэффициентов. Упорядочим это множество лексикографически по возрастанию векторов коэффициентов и обозначим через первый многочлен в этом упорядоченном множестве. Рассмотрим поле , зафиксируем в нем степенной базис и будем обозначать операцию умножения в этом поле символом . Вспомогательные ключи и вычисляются следующим образом: (12) Примечание - Вспомогательные ключи и и промежуточное значение R наряду с ключом K являются секретными параметрами. Компрометация какого-либо из этих значений приводит к возможности построения эффективных методов анализа всего алгоритма. 5.6.3 Вычисление значения имитовставки Процедура вычисления значения имитовставки похожа на процедуру зашифрования в режиме простой замены с зацеплением при m=n и инициализации начального заполнения регистра сдвига значением : на вход алгоритму шифрования подается результат покомпонентного сложения очередного блока текста и результата зашифрования на предыдущем шаге. Основное отличие заключается в процедуре обработки последнего блока: на вход базовому алгоритму блочного шифрования подается результат покомпонентного сложения последнего блока, результата зашифрования на предыдущем шаге и одного из вспомогательных ключей. Конкретный вспомогательный ключ выбирается в зависимости от того, является ли последний блок исходного сообщения полным или нет. Значением имитовставки MAC является результат применения процедуры усечения к выходу алгоритма шифрования при обработке последнего блока. Исходное сообщение , для которого требуется вычислить имитовставку, представляется в виде: , где , i=1, 2,..., q-1, , . Процедура вычисления имитовставки описывается следующим образом: (13) где - последний блок сообщения, полученного в результате дополнения исходного сообщения с помощью процедуры 3. Примечание - Настоятельно рекомендуется не использовать ключ режима выработки имитовставки в других криптографических алгоритмах, в том числе в режимах, обеспечивающих конфиденциальность, описанных в 5.1-5.5. Процедура вычисления имитовставки показана на рисунках 11-13. Рисунок 11 - Вычисление значения имитовставки - общий вид Рисунок 12 - Вычисление значения имитовставки - случай полного последнего блока Рисунок 13 - Вычисление значения имитовставки - случай с дополнением последнего блока (справочное) Контрольные примеры А.1 Общие положения Настоящее приложение носит справочный характер и не является частью нормативных положений настоящего стандарта. В настоящем приложении содержатся примеры для зашифрования и расшифрования сообщений, а также выработки имитовставки с использованием режимов работы шифра, определенных в настоящем стандарте. Параметр s выбран равным n в целях упрощения проводимых вычислений, а параметр m выбирался из соображений демонстрации особенностей каждого режима шифрования. Двоичные строки из V*, длина которых кратна 4, записываются в шестнадцатеричном виде, а символ конкатенации ("") опускается. Таким образом, строка будет представлена в виде , где {0, 1, …, 9, a, b, c, d, e, f}, i=0, 1, …, r-1. В A.2 приведены примеры для блочного шифра с длиной блока n=128 бит ("Кузнечик"). В A.3 приведены примеры для блочного шифра с длиной блока n=64 бит ("Магма"). А.2 Блочный шифр с длиной блока n=128 бит А.2.1 Параметры процессов Примеры используют следующие параметры: Ключ K=8899aabbccddeeff0011223344556677fedcba98765432100123456789abcdef. Открытый текст - четыре 128-битных блока: =1122334455667700ffeeddccbbaa9988, =00112233445566778899aabbcceeff0a, =112233445566778899aabbcceeff0a00, =2233445566778899aabbcceeff0a0011. А.2.2 Режим простой замены Таблица А.1 - Зашифрование в режиме простой замены Открытый текст Шифртекст 1122334455667700ffeeddccbbaa9988 7f679d90bebc24305a468d42b9d4edcd 00112233445566778899aabbcceeff0a b429912c6e0032f9285452d76718d08b 112233445566778899aabbcceeff0a00 f0ca33549d247ceef3f5a5313bd4b157 2233445566778899aabbcceeff0a0011 d0b09ccde830b9eb3a02c4c5aa8ada98 А.2.3 Режим гаммирования A.2.3.1 Зашифрование s=n=128, IV=1234567890abcef. Таблица А.2 - Зашифрование в режиме гаммирования i 1 2 1122334455667700ffeeddccbbaa9988 00112233445566778899aabbcceeff0a Входной блок 1234567890abcef00000000000000000 1234567890abcef00000000000000001 Выходной блок e0b7ebfa9468a6db2a95826efb173830 85ffc500b2f4582a7ba54e08f0ab21ee f195d8bec10ed1dbd57b5fa240bda1b8 85eee733f6a13e5df33ce4b33c45dee4 Окончание таблицы А.2 i 3 4 112233445566778899aabbcceeff0a00 2233445566778899aabbcceeff0a0011 Входной блок 1234567890abcef00000000000000002 1234567890abcef00000000000000003 Выходной блок b4c8dbcfb353195b4c42cc3ddb9ba9a5 e9a2bee4947b322f7b7d1db6dfb7ba62 a5eae88be6356ed3d5e877f13564a3a5 cb91fab1f20cbab6d1c6d15820bdba73 A.2.3.2 Расшифрование С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , . А.2.4 Режим гаммирования с обратной связью по выходу A.2.4.1 Зашифрование s=n=128, m=2n=256, IV=1234567890abcef0a1b2c3d4e5f0011223344556677889901213141516171819. Таблица А.3 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по выходу i 1 2 1122334455667700ffeeddccbbaa9988 00112233445566778899aabbcceeff0a Входной блок 1234567890abcef0a1b2c3d4e5f00112 23344556677889901213141516171819 Выходной блок 90a2391de4e25c2400f1a49232d0241d ed4a659440d99cc3072c8b8d517dd9b5 81800a59b1842b24ff1f795e897abd95 ed5b47a7048cfab48fb521369d9326bf Окончание таблицы А.3 i 3 4 112233445566778899aabbcceeff0a00 2233445566778899aabbcceeff0a0011 Входной блок 90a2391de4e25c2400f1a49232d0241d ed4a659440d99cc3072c8b8d517dd9b5 Выходной блок 778064e869c6cf3951a55c30fed78013 020dff9500640ef90a92eead099a3141 66a257ac3ca0b8b1c80fe7fc10288a13 203ebbc066138660a0292243f6903150 A.2.4.2 Расшифрование С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , . А.2.5 Режим простой замены с зацеплением A.2.5.1 Зашифрование m=2n=256, IV=1234567890abcef0a1b2c3d4e5f0011223344556677889901213141516171819. Таблица А.4 - Зашифрование в режиме простой замены с зацеплением i 1 2 1122334455667700ffeeddccbbaa9988 00112233445566778899aabbcceeff0a Входной блок 0316653cc5cdb9f05e5c1e185e5a989a 23256765232defe79a8abeaedaf9e713 Выходной блок 689972d4a085fa4d90e52e3d6d7dcc27 2826e661b478eca6af1e8e448d5ea5ac 689972d4a085fa4d90e52e3d6d7dcc27 2826e661b478eca6af1e8e448d5ea5ac Окончание таблицы А.4 i 3 4 112233445566778899aabbcceeff0a00 2233445566778899aabbcceeff0a0011 Входной блок 79bb4190f5e38dc5 094f95f18382c627 0a15a234d20f643f05a542aa7254a5bd Выходной блок fe7babf1e91999e85640e8b0f49d90d0 167688065a895c631a2d9a1560b63970 fe7babf1e91999e85640e8b0f49d90d0 167688065a895c631a2d9a1560b63970 A.2.5.2 Расшифрование С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , . А.2.6 Режим гаммирования с обратной связью по шифртексту A.2.6.1 Зашифрование s=n=128, m=2n=256, IV=1234567890abcef0a1b2c3d4e5f0011223344556677889901213141516171819. Таблица А.5 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту i 1 2 1122334455667700ffeeddccbbaa9988 00112233445566778899aabbcceeff0a Входной блок 1234567890abcef0a1b2c3d4e5f00112 23344556677889901213141516171819 Выходной блок 90a2391de4e25c2400f1a49232d0241d ed4a659440d99cc3072c8b8d517dd9b5 81800a59b1842b24ff1f795e897abd95 ed5b47a7048cfab48fb521369d9326bf Окончание таблицы А.5 i 3 4 112233445566778899aabbcceeff0a00 2233445566778899aabbcceeff0a0011 Входной блок 81800a59b1842b24ff1f795e897abd95 ed5b47a7048cfab48fb521369d9326bf Выходной блок 68d09baf09a0fab01d879d82795d32b5 6dcdfa9828e5a57f6de01533bbf1f4c0 79f2a8eb5cc68d38842d264e97a238b5 4ffebecd4e922de6c75bd9dd44fbf4d1 A.2.6.2 Расшифрование С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , . А.2.7 Режим выработки имитовставки A.2.7.1 Выработка вспомогательных ключей R=94bec15e269cf1e506f02b994c0a8ea0, =1, =297d82bc4d39e3ca0de0573298151d4087 = 297d82bc4d39e3ca0de0573298151dc7, =0, =297d82bc4d39e3ca0de0573298151dc << 1 = 52fb05789a73c7941bc0ae65302a3b8e, , . A.2.7.2 Вычисление имитовставки s=64. Таблица А.6 - Вычисление имитовставки i 1 2 1122334455667700ffeeddccbbaa9988 00112233445566778899aabbcceeff0a Входной блок 1122334455667700ffeeddccbbaa9988 7f76bfa3fae94247d2df27f9753a12c7 Выходной блок 7f679d90bebc24305a468d42b9d4edcd 1ac9d976f83636f55ae9ef305e7c90d2 Окончание таблицы А.6 i 3 4 112233445566778899aabbcceeff0a00 2233445566778899aabbcceeff0a0011 Входной блок 0beba32ad50417dc34354fcb0839ad2 1e2a9c1d8cc03bfa0cb340971252fe24 Выходной блок 15645af4a78e50a9abe8db4b754de3f2 336f4d296059fbe34ddeb35b37749c67 MAC=336f4d296059fbe3. А.3 Блочный шифр с длиной блока n=64 бит А.3.1 Используемые параметры Примеры используют следующие параметры: Ключ K=ffeeddccbbaa99887766554433221100f0f1f2f3f4f5f6f7f8f9fafbfcfdfeff. Открытый текст - четыре 64-битных блока: =92def06b3c130a59, =db54c704f8189d20, =4a98fb2e67a8024c, =8912409b17b57e41. А.3.2 Режим простой замены Таблица А.7 - Зашифрование в режиме простой замены Открытый текст Шифртекст 92def06b3c130a59 2b073f0494f372a0 db54c704f8189d20 de70e715d3556e48 4a98fb2e67a8024c 11d8d9e9eacfbc1e 8912409b17b57e41 7c68260996c67efb А.3.3 Режим гаммирования A.3.3.1 Зашифрование s=n=64, IV=12345678. Таблица А.8 - Зашифрование в режиме гаммирования i 1 2 92def06b3c130a59 db54c704f8189d20 Входной блок 1234567800000000 1234567800000001 Выходной блок dc46e167aba4b365 e571ca972ef0c049 4e98110c 97b7b93c 3e250d93d6e85d69 Окончание таблицы А.8 i 3 4 4a98fb2e67a8024c 8912409b17b57e41 Входной блок 1234567800000002 1234567800000003 Выходной блок 59f57da6601ad9a3 df9cf61bbce7df6c 136d868807b2dbef 568eb680ab52a12d A.3.3.2 Расшифрование С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , . А.3.4 Режим гаммирования с обратной связью по выходу A.3.4.1 Зашифрование s=n=64, m=2n=128, IV=1234567890abcdef234567890abcdef1. Таблица А.9 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью i 1 2 92def06b3c130a59 db54c704f8189d20 Входной блок 1234567890abcdef 234567890abcdef1 Выходной блок 49e910895a8336da d612a348e78295bc db37e0e266903c83 0d46644c1f9a089c Окончание таблицы А.9 i 3 4 4a98fb2e67a8024c 8912409b17b57e41 Входной блок 49e910895a8336da d612a348e78295bc Выходной блок ea60cb4c24a63032 4136af23aafaa544 a0f83062430e327e c824efb8bd4fdb05 A.3.4.2 Расшифрование С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , . А.3.5 Режим простой замены с зацеплением A.3.5.1 Зашифрование m=3n=192, IV=1234567890abcdef234567890abcdef134567890abcdef12. Таблица А.10 - Зашифрование в режиме простой замены с зацеплением i 1 2 92def06b3c130a59 db54c704f8189d20 Входной блок 80eaa613acb8c7b6 f811a08df2a443d1 Выходной блок 96d1b05eea683919 aff76129abb937b9 96d1b05eea683919 aff76129abb937b9 Окончание таблицы А.10 i 3 4 4a98fb2e67a8024c 8912409b17b57e41 Входной блок 7ece83becc65ed5e 1fc3f0c5fddd4758 Выходной блок 5058b4a1c4bc0019 20b78b1a7cd7e667 5058b4a1c4bc0019 20b78b1a7cd7e667 A.3.5.2 Расшифрование С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , . А.3.6 Режим гаммирования с обратной связью по шифртексту A.3.6.1 Зашифрование s=n=64, m=2n=128, IV=1234567890abcdef234567890abcdef1. Таблица А.11 - Зашифрование в режиме гаммирования с обратной связью по шифртексту i 1 2 92def06b3c130a59 db54c704f8189d20 Входной блок 1234567890abcdef 234567890abcdef1 Выходной блок 49e910895a8336da d612a348e78295bc db37e0e266903c83 0d46644c1f9a089c Окончание таблицы А.11 i 3 4 4a98fb2e67a8024c 8912409b17b57e41 Входной блок db37e0e266903c83 0d46644c1f9a089c Выходной блок 6e25292d34bdd1c7 35d2728f36b22b44 24bdd2035315d38b bcc0321421075505 A.3.6.2 Расшифрование С использованием приведенных значений K, IV и C с помощью операции расшифрования воспроизводятся исходные значения , , , . А.3.7 Режим выработки имитовставки A.3.7.1 Выработка вспомогательных ключей R=2fa2cd99a1290a12, =0, =5f459b3342521424, =0, следовательно =be8b366684a42848, , . A.3.7.2 Вычисление имитовставки s=32. Таблица А.12 - Вычисление имитовставки i 1 2 92def06b3c130a59 db54c704f8189d20 Входной блок 92def06b3c130a59 f053f8006cebef80 Выходной блок 2b073f0494f372a0 c89ed814fd5e18e9 Окончание таблицы А.12 i 3 4 4a98fb2e67a8024c 8912409b17b57e41 Входной блок 8206233a9af61aa5 216e6a2561cff165 Выходной блок f739b18d34289b00 154e72102030c5bb MAC=154e7210. Примечание - Оригиналы международных стандартов ИСО/МЭК находятся в национальных (государственных) органах по стандартизации* государств, принявших настоящий стандарт ________________ * В Российской Федерации оригиналы международных стандартов ИСО/МЭК находятся в Федеральном информационном фонде стандартов. [1] ИСО/МЭК 9797-1:2011 (ISO/IEC 9797-1:2011) Информационные технологии. Методы защиты. Коды аутентификации сообщений (MAC). Часть 1. Механизмы, использующие блочный шифр (Information technology - Security techniques - Message Authentication Codes (MACs) - Part 1: Mechanisms using a block cipher) [2] ИСО/МЭК 10116:2017 (ISO/IEC 10116:2017) Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности. Режимы работы для алгорита n-разрядного блочного шифрования (Information technology - Security techniques - Modes of operation for an n-bit block cipher) [3] ИСО/МЭК 10118-1:2016 (ISO/IEC 10118-1:2016) Информационная технология. Методы защиты информации. Хэш-функции. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Hash-functions - Part 1: General) [4] ИСО/МЭК 18033-1:2015 (ISO/IEC 18033-1:2005) Информационная технология. Технология обеспечения защиты. Алгоритмы кодирования. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Encryption algorithms - Part 1: General) [5] ИСО/МЭК 14888-1:2008 (ISO/IEC 14888-1:2008) Информационные технологии. Методы защиты. Цифровые подписи с приложением. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Digital signatures with appendix - Part 1: General) УДК 681.3.06:006.354 МКС 35.040 Ключевые слова: информационная технология, криптографическая защита информации, блочный шифр, режимы работы блочного шифра, конфиденциальность, целостность, имитовставка, гаммирование, зацепление Редакция документа с учетом 5.3 Режим гаммирования с обратной связью по выходу
5.4 Режим простой замены с зацеплением
5.5 Режим гаммирования с обратной связью по шифртексту
5.6 Режим выработки имитовставки
Приложение А
Библиография
изменений и дополнений подготовлена