Межгосударственный стандарт ГОСТ 34.12-2018 "Информационная технология. Криптографическая защита информации. Блочные шифры" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 4 декабря 2018 г. N 1061-ст)

Information technology. Cryptographic data security. Block ciphers

МКС 35.040

Дата введения - 1 июня 2019 г.
Взамен ГОСТ 28147-89 в части раздела 1

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	AM	Минэкономики Республики Армения
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Россия	RU	Росстандарт
Таджикистан	TJ	Таджикстандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 4 декабря 2018 г. N 1061-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34.12-2018 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2019 г.

5 Настоящий стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р 34.12-2015

6 Взамен ГОСТ 28147-89 в части раздела 1 "Структурная схема алгоритма криптографического преобразования"

Введение

Настоящий стандарт содержит описание алгоритмов блочного шифрования, которые применяются в криптографических методах защиты информации.

Необходимость разработки стандарта вызвана потребностью в создании блочных шифров с различными длинами блока, соответствующих современным требованиям к криптографической стойкости и эксплуатационным качествам.

Настоящий стандарт терминологически и концептуально увязан с международными стандартами ИСО/МЭК 10116 [1] и стандартами серии ИСО/МЭК 18033 [2], [3].

Примечание - Основная часть стандарта дополнена приложением А "Контрольные примеры".

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет алгоритмы базовых блочных шифров, которые применяются в криптографических методах обработки и защиты информации, в том числе для обеспечения конфиденциальности, аутентичности и целостности информации при ее передаче, обработке и хранении в автоматизированных системах.

Определенные в настоящем стандарте алгоритмы криптографического преобразования предназначены для аппаратной или программной реализации, удовлетворяют современным криптографическим требованиям и по своим возможностям не накладывают ограничений на степень секретности защищаемой информации.

Стандарт рекомендуется использовать при создании, эксплуатации и модернизации систем 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 [2].

2.1.2 алгоритм расшифрования (decryption algorithm): Алгоритм, реализующий расшифрование, т.е. преобразующий шифртекст в открытый текст.

Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [2].

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 [2].

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 [2].

2 В настоящем стандарте установлено, что термины "блочный шифр" и "алгоритм блочного шифрования" являются синонимами.

2.1.6 зашифрование (encryption): Обратимое преобразование данных с помощью шифра, которое формирует шифртекст из открытого текста.

Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [2].

2.1.7 итерационный ключ (round key): Последовательность символов, вычисляемая в процессе развертывания ключа шифра и определяющая преобразование на одной итерации блочного шифра.

2.1.8 ключ (key): Изменяемый параметр в виде последовательности символов, определяющий криптографическое преобразование.

Примечания

1 Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [2].

2 В настоящем стандарте рассматриваются ключи только в виде последовательности двоичных символов (битов).

2.1.9 открытый текст (plaintext): Незашифрованная информация.

Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 10116 [1].

2.1.10 развертывание ключа (key schedule): Вычисление итерационных ключей из ключа шифра.

2.1.11 расшифрование (decryption): Операция, обратная к зашифрованию.

Примечания

1 Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [2].

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.

2.1.12 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 [2].

2.1.13 шифр (cipher): Криптографический метод, используемый для обеспечения конфиденциальности данных, включающий алгоритм зашифрования и алгоритм расшифрования.

Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 18033-1 [2].

2.1.14 шифртекст (ciphertext): Данные, полученные в результате зашифрования открытого текста в целях скрытия его содержания.

Примечание - Адаптировано из ИСО/МЭК 10116 [1].

2.2 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

V* - множество всех двоичных строк конечной длины, включая пустую строку;

V_s - множество всех двоичных строк длины s, где s - целое неотрицательное число; нумерация подстрок и компонент строки осуществляется справа налево, начиная с нуля;

V x W - прямое (декартово) произведение множества U и множества W;

|А| - число компонент (длина) строки А V* (если А - пустая строка, то |А| = 0);

А||В - конкатенация строк A, B V*, т.е. строка из , в которой подстрока с большими номерами компонент из V_|A| совпадает со строкой А, а подстрока с меньшими номерами компонент из V_|B| совпадает со строкой В;

А<<<₁₁ - циклический сдвиг строки А V₃₂ на 11 компонент в сторону компонент, имеющих большие номера;

- операция покомпонентного сложения по модулю 2 двух двоичных строк одинаковой длины;

- кольцо вычетов по модулю 2^s;

- операция сложения в кольце ;

- конечное поле GF(2)[x]/p(x), где р(х) = х⁸ + х⁷ + х⁶ + х + 1 GF(2)[x]; элементы поля представляются целыми числами, причем элементу соответствует число , где z_i {0, 1}, i = 0, 1, ..., 7, и обозначает класс вычетов по модулю р(х), содержащий х;

Vec_s :  V_s - биективное отображение, сопоставляющее элементу кольца его двоичное представление, т.е. для любого элемента , представленного в виде , где z_i {0, 1}, i = 0, 1, ..., s-1, выполнено равенство ;

Int_s : V_s - отображение, обратное к отображению Vec_s, т.е. ;

: V₈ - биективное отображение, сопоставляющее двоичной строке из V₈ элемент поля следующим образом: строке z₇||...||z₁||z₀, z_i {0, 1}, i = 0, 1, ..., 7 соответствует элемент ;

- отображение, обратное к отображению , т.е. ;

- композиция отображений, при которой отображение действует первым;

- композиция отображений и , причем .

3 Общие положения

В настоящем стандарте приведено описание двух базовых блочных шифров с длинами блоков n = 128 бит и n = 64 бит и длинами ключей k = 256 бит.

Примечания

1 На описанный в настоящем стандарте шифр с длиной блока n = 128 бит можно ссылаться как на блочный шифр "Кузнечик" ("Kuznechik").

2 На описанный в настоящем стандарте шифр с длиной блока n = 64 бит можно ссылаться как на блочный шифр "Магма" ("Magma").

4 Алгоритм блочного шифрования с длиной блока n = 128 бит

4.1 Значения параметров

4.1.1 Нелинейное биективное преобразование

В качестве нелинейного биективного преобразования выступает подстановка , . Значения подстановки записаны ниже в виде массива :

= (252, 238, 221, 17, 207, 110, 49, 22, 251, 196, 250, 218, 35, 197, 4, 77, 233, 119, 240, 219, 147, 46, 153, 186, 23, 54, 241, 187, 20, 205, 95, 193, 249, 24, 101, 90, 226, 92, 239, 33, 129, 28, 60, 66, 139, 1, 142, 79, 5, 132, 2, 174, 227, 106, 143, 160, 6, 11, 237, 152, 127, 212, 211, 31, 235, 52, 44, 81, 234, 200, 72, 171, 242, 42, 104, 162, 253, 58, 206, 204, 181, 112, 14, 86, 8, 12, 118, 18, 191, 114, 19, 71, 156, 183, 93, 135, 21, 161, 150, 41, 16, 123, 154, 199, 243, 145, 120, 111, 157, 158, 178, 177, 50, 117, 25, 61, 255, 53, 138, 126, 109, 84, 198, 128, 195, 189, 13, 87, 223, 245, 36, 169, 62, 168, 67, 201, 215, 121, 214, 246, 124, 34, 185, 3, 224, 15, 236, 222, 122, 148, 176, 188, 220, 232, 40, 80, 78, 51, 10, 74, 167, 151, 96, 115, 30, 0, 98, 68, 26, 184, 56, 130, 100, 159, 38, 65, 173, 69, 70, 146, 39, 94, 85, 47, 140, 163, 165, 125, 105, 213, 149, 59, 7, 88, 179, 64, 134, 172, 29, 247, 48, 55, 107, 228, 136, 217, 231, 137, 225, 27, 131, 73, 76, 63, 248, 254, 141, 83, 170, 144, 202, 216, 133, 97, 32, 113, 103, 164, 45, 43, 9, 91, 203, 155, 37, 208, 190, 229, 108, 82, 89, 166, 116, 210, 230, 244, 180, 192, 209, 102, 175, 194, 57, 75, 99, 182).

4.1.2 Линейное преобразование

Линейное преобразование задается отображением l: , которое определяется следующим образом:

(1)

для любых a_iV₈, i = 0, 1, ..., 15, где операции сложения и умножения осуществляются в поле , а константы являются элементами поля в указанном ранее смысле.

4.2 Преобразования

При реализации алгоритмов зашифрования и расшифрования используются следующие преобразования:

X[k]: V128 V128	, где k, aV128;	(2)
S: V128 V128	S(a) = S(a15||...||a0) = (a15)||...||(a0), где a = a15||...||a0V128, aiV8, i = 0, 1, ..., 15;	(3)
S-1: V128 V128	преобразование, обратное к преобразованию S, которое может быть вычислено, например, следующим образом:
	S-1(a) = S-1(a15||...||a0) = (a15)||...||(a0), где a = a15||...||a0V128, aiV8, i = 0, 1, ..., 15, - подстановка, обратная к подстановке ;	(4)
R: V128 V128	R(a) = R(a15)||...||a0) = l(a15, ..., a0)||a15||...||a1, где a = a15||...||a0V128, aiV8, i = 0, 1, ..., 15;	(5)
L: V128 V128	L(a) = R16(a), где aV128;	(6)
R-1: V128 V128	преобразование, обратное к преобразованию R, которое может быть вычислено, например, следующим образом:
	R-1(a) = R-1(a15||...||a0) = a14||a13||...||a0||l(a14, a13, ..., a0, a15), где a = a15||...||a0V128, aiV8, i = 0, 1, ..., 15;	(7)
L-1: V128 V128	L-1(a) = (R-1)16(a), где aV128;	(8)
F[k]: V128 x V128 V128 x V128	F[k](a1, a0) = (LSX[k](a1)a0, a1), где k, a0, a1V128.	(9)

4.3 Алгоритм развертывания ключа

Алгоритм развертывания ключа использует итерационные константы С_iV₁₂₈, i = 1, 2, ..., 32, которые определены следующим образом:

.

(10)

Итерационные ключи K_iV₁₂₈, i = 1, 2, ..., 10, вырабатываются на основе ключа K = k₂₅₅||...||k₀V₂₅₆, k_iV₁, i = 0, 1, ..., 255, и определяются равенствами:

;

;

.

(11)

4.4 Базовый алгоритм шифрования

4.4.1 Алгоритм зашифрования

Алгоритм зашифрования в зависимости от значений итерационных ключей K_iV₁₂₈, i = 1, 2, ..., 10, реализует подстановку , заданную на множестве V₁₂₈ в соответствии с равенством

,

(12)

где а V₁₂₈.

4.4.2 Алгоритм расшифрования

Алгоритм расшифрования в зависимости от значений итерационных ключей K_iV₁₂₈, i = 1, 2, ..., 10, реализует подстановку заданную на множестве V₁₂₈ в соответствии с равенством

,

(13)

где а V₁₂₈.

5 Алгоритм блочного шифрования с длиной блока n = 64 бит

5.1 Значения параметров

5.1.1 Нелинейное биективное преобразование

В качестве нелинейного биективного преобразования выступают подстановки где , i = 0, 1, ..., 7. Значения подстановок записаны ниже в виде массивов  = ((0), (1), ..., (15)), i = 0, 1, ..., 7:

 = (12, 4, 6, 2, 10, 5, 11, 9, 14, 8, 13, 7, 0, 3, 15, 1);

 = (6, 8, 2, 3, 9, 10, 5, 12, 1, 14, 4, 7, 11,13, 0, 15);

 = (11, 3, 5, 8, 2, 15, 10, 13, 14, 1, 7, 4, 12, 9, 6, 0);

 = (12, 8, 2, 1, 13, 4, 15, 6, 7, 0, 10, 5, 3, 14, 9, 11);

 = (7, 15, 5, 10, 8, 1, 6, 13, 0, 9, 3, 14, 11, 4, 2, 12);

= (5, 13, 15, 6, 9, 2, 12, 10, 11, 7, 8, 1, 4, 3, 14, 0);

 = (8, 14, 2, 5, 6, 9, 1, 12, 15, 4, 11, 0, 13, 10, 3, 7);

 = (1, 7, 14, 13, 0, 5, 8, 3, 4, 15, 10, 6, 9, 12, 11, 2).

5.2 Преобразования

При реализации алгоритмов зашифрования и расшифрования используются следующие преобразования:

t: V32 V32	t(a) = t(a7)||...||a0) = (a7)||...||(a0), где a = a7||...||a0V32, aiV4, i = 0, 1, ..., 7;	(14)
g[k]: V32 V32	g[k](a) = (t(Vec32(Int32(a)Int32(k))))<<<11, где k, a V32;	(15)
G[k]: V32 x V32 V32 x V32	G[k](a1, a0) = (a0, g[k](a0)a1), где k, a0, a1 V32;	(16)
G*[k]: V32 x V32 V64	G*[k](a1, a0) = (g[k](a0)a1)||a0, где k, a0, a1 V32.	(17)

5.3 Алгоритм развертывания ключа

Итерационные ключи K_iV₃₂, i = 1, 2, ..., 32, вырабатываются на основе ключа K = k₂₅₅||...||k₀V₂₅₆, k_iV₁, i = 0, 1, ..., 255, и определяются равенствами:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

(18)

5.4 Базовый алгоритм шифрования

5.4.1 Алгоритм зашифрования

Алгоритм зашифрования в зависимости от значений итерационных ключей K_iV₃₂, i = 1, 2, ..., 32, реализует подстановку , заданную на множестве V₆₄ в соответствии с равенством

,

(19)

где а = а₁||а₀ V₆₄, a₀, a₁ V₃₂.

5.4.2 Алгоритм расшифрования

Алгоритм расшифрования в зависимости от значений итерационных ключей K_iV₃₂, i = 1, 2, ..., 32, реализует подстановку , заданную на множестве V₆₄ в соответствии с равенством

,

(20)

где а = а₁||а₀V₆₄, a₀, a₁V₃₂.

Библиография

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 10116:2017 (ISO/IEC 10116:2017)	Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности. Режимы работы при использовании алгоритмов кодирования для режима n-разрядного блочного шифрования (Information technology - Security techniques - Modes of operation for an n-bit block cipher)
[2]	ИСО/МЭК 18033-1:2015 (ISO/IEC 18033-1:2015)	Информационные технологии. Методы и средства обеспечения безопасности. Алгоритмы шифрования. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Encryption algorithms - Part 1: General)
[3]	ИСО/МЭК 18033-3:2010 (ISO/IEC 18033-3:2010)	Информационные технологии. Методы и средства обеспечения безопасности. Алгоритмы шифрования. Часть 3. Блочные шифры (Information technology - Security techniques - Encryption algorithms - Part 3: Block ciphers)