Государственный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО/МЭК 10116-93 "Информационная технология. Режимы работы для алгоритма n-разрядного блочного шифрования" (утв. постановлением Госстандарта РФ от 28 декабря 1993 г. N 272) (не действует)

Государственный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО/МЭК 10116-93
"Информационная технология. Режимы работы для алгоритма n-разрядного блочного шифрования"
(утв. постановлением Госстандарта РФ от 28 декабря 1993 г. N 272)

Information technology. Modes of operation for an n-bit block cipher algorithm

Дата введения 1 июля 1994 г.
Введен впервые

ГАРАНТ:

Приказом Росстандарта от 19 июня 2015 г. N 750-ст взамен настоящего ГОСТа с 1 января 2016 г. введен в действие ГОСТ Р 34.13-2015 "Информационная технология. Криптографическая защита информации. Режимы работы блочных шифров" для добровольного применения в РФ

1 Область применения

Настоящий стандарт описывает четыре режима работы для алгоритма n-разрядного блочного шифрования.

Примечание 1 - Приложение А содержит пояснения характеристик каждого режима.

Настоящий стандарт устанавливает четыре определенных режима так, что при применении алгоритма n-разрядного блочного шифрования (например, защиты передачи данных, хранения данных, подтверждения подлинности) этот стандарт представляет полезную справку, например для требований к режиму работы и значениям параметров (соответственно).

Для некоторых режимов набивка может требовать гарантий, чтобы все переменные открытого текста были необходимой длины.

Примечание 2 - Для режима работы шифрования с обратной связью - CFB (Cipher Feedback) (см. раздел 6) определяются два параметра: j и k. Для режима работы с обратной связью по выходу - OFB (Output Feedback) (см. раздел 7) задается один параметр j. При использовании одного из этих режимов работы значение(я) параметров должно быть выбрано и применено всеми сторонами при передаче сообщений.

2 Определения

В настоящем стандарте использованы следующие определения.

2.1 Открытый текст - незашифрованная информация.

2.2 Шифротекст - зашифрованная информация.

2.3 Алгоритм n-разрядного блочного шифрования - алгоритм блочного шифрования, в котором блоки открытого текста и блоки шифротекста имеют длину n разрядов.

2.4 Связывание блоков - такое шифрование информации, при котором каждый блок шифротекста является криптографически зависимым от предшествующего блока шифротекста.

2.5 Начальное значение - IV (Initializing Value) - значение, используемое в определении начальной точки процесса шифрования.

2.6 Запускающая переменная - SV (Starting Variable) - переменная, полученная от начального значения и используемая в определении запускающей точки режимов работы.

Примечание 3 - Метод получения запускающей переменной от начального значения не определен в настоящем стандарте. Он требует описания при любом использовании режимов работы.

2.7 Криптографическая синхронизация - согласование процесса шифрования и дешифрования.

3 Обозначения

В настоящем стандарте функциональное отношение, определяемое алгоритмом блочного шифрования, записывается как

С = еK(Р),

где Р - блок открытого текста;

С - блок шифротекста;

K - ключ.

Выражение еK является операцией шифрования, использующей ключ K.

Соответствующая функция дешифрования записывается как

P=dK(C).

Переменная, обозначенная заглавной буквой, как например вышеуказанными буквами Р и С, представляет собой одномерный массив разрядов.

Например,

и

представляют собой массивы m разрядов, пронумерованных от 1 до m. Все массивы разрядов записываются с наибольшего значащего разряда в левой позиции.

Операция сложения по модулю 2, известная также как функция "исключающее или", представляется символом . Операция, относящаяся к массивам, например к А и В, определяется как

.

Операция выбора совокупности j старших слева разрядов массива А, чтобы генерировать j-разрядный массив, записывается как

.

Эта операция определена только для , где m - число разрядов в массиве А.

"Функция сдвига" определяется следующим образом.

Для заданных m-разрядной переменной X и k-разрядной переменной F, где , действие функции сдвига (X|F) таково, что образует m-разрядную переменную

при k<m.

В результате происходят сдвиг разрядов массива X влево на k позиций с отбрасыванием , ..., и размещение массива F на самых правых k позициях массива X. Если k=m, происходит полное замещение массива X на F.

Используется особый случай этой функции, в котором берется m-разрядная переменная I(m) из последующих "1" битов и сдвигается переменной F из k разрядов, где .

В результате:

при k<m;

при k=m,

где m-k наиболее старших разрядов представляют собой "1".

4 Режим электронного кодового справочника - ЕСВ (Electronic Codebook)

4.1 Переменные, используемые для режима шифрования ЕСВ:

a) последовательность из q блоков открытого текста , , ..., каждый по n разрядов;

b) ключ K;

c) получающаяся в результате последовательность q блоков шифротекста , , ..., каждый по n разрядов.

4.2 Режим ЕСВ при шифровании описывается следующим образом:

для i=1, 2, ..., q. (1)

4.3 Режим ЕСВ при дешифровании описывается следующим образом:

для i=1, 2, ..., q. (2)

5 Режим последовательного блочного шифрования - СВС (Cipher Block Chaining)

5.1 Переменные, используемые для режима СВС при шифровании:

a) последовательность q блоков открытого текста , , ..., , каждый по n разрядов;

b) ключ K;

c) запускающая переменная SV из n разрядов;

d) последовательность q блоков шифротекста , , ..., , каждый по n разрядов.

5.2 Режим СВС при шифровании описывается следующим образом:

шифрование первого блока открытого текста

, (3)

далее

для i=2, 3, ..., q. (4)

Данная процедура показана в верхней части рисунка 1. Запускающая переменная SV используется для генерации первых выходных данных шифротекста. Затем шифротекст суммируется по модулю 2 к последующему открытому тексту перед шифрованием.

5.3 Режим СВС при дешифровании описывается следующим образом:

дешифрование первого зашифрованного блока

, (5)

далее

для i=2, 3, ..., q. (6)

Эта процедура показана в нижней части рисунка 1.

6 Режим шифрования с обратной связью - CFB (Cipher Feedback)

6.1 Работу режима CFB определяют два параметра:

- размер переменной обратной связи k, где ;

- размер переменной открытого текста j, где .

Переменные, используемые при работе в режиме CFB, следующие:

a) входные переменные:

1) последовательность q переменных открытого текста , , ..., , каждая по j разрядов;

2) ключ K;

3) запускающая переменная SV, имеющая n разрядов;

b) промежуточные результаты:

1) последовательность q входных блоков алгоритма , , ..., , каждый по n разрядов;

2) последовательность q выходных блоков алгоритма , , ..., , каждый по n разрядов;

3) последовательность q переменных , , ..., , каждая по n разрядов;

4) последовательность q-1 переменных обратной связи , , ..., , каждая по k разрядов;

с) выходные переменные, т.е. последовательность q переменных шифротекста , , ..., , каждая по j разрядов.

6.2 Входной блок X представляет собой ряд его начальных значений

. (7)

Операция шифрования каждой переменной открытого текста включает в себя пять этапов:

a) использование алгоритма шифрования

; (8)

b) выбор старших слева j разрядов

; (9)

c) формирование переменной шифротекста

; (10)

d) формирование переменной обратной связи

; (11)

е) функцию сдвига

. (12)

Эти этапы повторяются для i=1, 2, ..., q, заканчиваясь уравнением (12) на последнем цикле. Процедура представлена на левой стороне рисунка 2. Старшие слева j битов выходного блока Y алгоритма шифрования используются для шифрования j-разрядной переменной открытого текста сложением по модулю 2. Оставшиеся разряды блока Y отбрасываются. Переменные открытого текста и шифротекста имеют разряды, пронумерованные от 1 до j.

Переменная шифротекста дополняется размещением k-j битов "1" в позиции ее старших слева разрядов так, чтобы она стала k-разрядной переменной обратной связи F. Затем разряды входного блока X сдвигаются влево на k позиций и F вставляется в самые правые k позиций, чтобы образовать новое значение X. В этой операции сдвига самые левые k разрядов блока X отбрасываются.

6.3 Переменные, используемые для дешифрования, являются такими же, как и те, которые используются для шифрования. Входной блок X представляет собой начальные значения .

Операция дешифрования каждой переменной шифротекста включает в себя пять этапов:

a) использование алгоритма шифрования

; (13)

b) выбор самых левых j разрядов

; (14)

c) формирование переменной открытого текста

, (15)

d) формирование переменной обратной связи

; (16)

е) функцию сдвига

. (17)

Эти этапы повторяются для i=1, 2, ..., q, заканчиваясь уравнением (17) в последнем цикле. Процедура представлена в правой части рисунка 2. Самые левые j разрядов выходного блока Y алгоритма шифрования используются для дешифрования j-разрядной переменной шифротекста сложением по модулю 2. Оставшиеся разряды блока Y отбрасываются. Переменные открытого текста и шифротекста имеют разряды, пронумерованные от 1 до j.

Переменная шифротекста дополняется размещением k-j битов "1" в позициях самых левых разрядов так, чтобы она стала k-разрядной переменной обратной связи F. Затем разряды входного блока X сдвигаются влево на k позиций и F вставляется в самые правые k позиций, чтобы образовать новое значение X. В этой операции сдвига самые левые k разрядов блока X отбрасываются.

6.4 Рекомендуется, чтобы режим CFB использовался с равными значениями j и k. При этой рекомендации (j=k) уравнений (11) и (16) могут быть записаны в виде

(подставлено j=k).

7 Режим с обратной связью по выходу - OFB (Output Feedback)

7.1 Режим работы OFB определяет один параметр, т.е. размер переменной открытого текста j, где .

Переменные, используемые при работе в режиме OFB:

a) входные переменные:

1) последовательность q переменных открытого текста , , ..., по j разрядов каждая;

2) ключ K;

3) запускающая переменная SV из n разрядов;

b) промежуточные результаты:

1) последовательность q входных блоков алгоритма , , ..., , по n разрядов каждый;

2) последовательность q выходных блоков алгоритма , , ..., , по n разрядов каждый;

3) последовательность q переменных , , ..., , по j разрядов каждая;

с) выходные переменные, т.е. последовательность q переменных шифротекста , , ..., , по j разрядов каждая.

7.2 Входной блок X представляет собой ряд его начальных значений

. (18)

Операция шифрования каждой переменной открытого текста включает в себя четыре этапа:

a) использование алгоритма шифрования

; (19)

b) выбор самых левых j разрядов

; (20)

c) формирование переменных шифротекста

; (21)

d) операцию обратной связи

. (22)

Эти этапы повторяются для i=1, 2, ..., q, заканчиваясь уравнением (21) на последнем цикле. Процедура показана в левой части рисунка 3. Результат каждого применения алгоритма шифрования, которым является блок , используется для обратной связи и становится следующим значением , а именно . Самые левые j разрядов в используются для шифрования входной переменной.

7.3. Переменные, используемые для дешифрования, являются такими же, как и используемые для шифрования. Входной блок X представляет собой ряд его начальных значений .

Операция дешифрования каждой переменной шифротекста включает в себя четыре этапа:

a) использование алгоритма шифрования

; (23)

b) выбор самых левых j разрядов

; (24)

c) формирование переменной открытого текста

; (25)

d) операцию обратной связи

. (26)

Эти этапы повторяются для i=1, 2, ..., q, заканчиваясь уравнением (26) на последнем цикле. Процедура представлена в правой части рисунка 3. Значения и , используемые как для дешифрования, так и для шифрования, одинаковы; отличается только уравнение (25).