thuat toan DES

, để xây dựng thuật toán mã hóa khối an toàn các thuật toán mã hóa khối thường sử dụng kết hợp các thao tác mã hóa tạo ra tính hỗn loạn và tính khuếch tán thông tin. Trong đó:

• -         Tính hỗn loạn (confusion) giúp phá vỡ mối quan hệ giữa thông điệp và bản mã, tạo ra mối quan hệ phức tạp và chặt chẽ giữa khóa và bản mã.

• -         Sự khuếch tán (diffusion) giúp phá vỡ và phân tán các phần tử trong các mã xuất hiện trong thông điệp để không thể phát hiện ra các mẫu này trong bản mã.

Trong mã hóa khối có 4 chế độ hoạt động cơ bản như sau:

• -         Chế độ ECB (Electronic Codebook): cùng khối thông điệp đầu vào, khối bản mã giống nhau. Các khối bản mã hoàn toàn độc lập nhau.

• -         Chế độ CBC (Cipher-Block Chaining): cùng khối thông điệp đầu vào, khối bản mã giống nhau với cùng khóa và phần nối đuôi. Khối mã cj phụ thuộc vào khối rõ xj và các khối rõ trước đó (x1-xj-1).

• -         Chế độ CFB (Cipher Feedback): cùng khối thông điệp đầu vào, khối bản mã khác nhau. Khối mã cj phụ thuộc vào khối rõ xj và các khối rõ trước đó (x1-xj-1).

• -         Chế độ OFB (Output Feedback): cùng khối thông điệp đầu vào, khối bản mã khác nhau. Luồng khóa độc lập với thông điệp.

Về mô hình mã khối, các nhà mật mã chia làm 2 mô hình chính:

• mạng thay thế hoán vị

• Mô hình Feistel.

2.3.2.1.            Giới thiệu về mô hình Feistel

• Đầu vào của thuật toán mã hóa là khối văn bản gốc có chiều dài 2w bit và một khóa K.

• . Khối thông điệp gốc được chia thành hai nửa, L0 và R0

• Hai nửa này đi qua n vòng xử lý rồi tổ hợp để tạo ra khối bản mã hóa

• Mỗi vòng i có đầu vào Li-1 và Ri-1, lấy từ vòng trước đó, giống như 1 khoá con Ki, lấy từ tổng thể K. Nói chung, những khóa con Ki khác với khóa K và các khóa khác.

2.3.2.1.            Thuật toán mã hóa DES

• -          Là mã thuộc hệ mã Feistel gồm 16 vòng, ngoài ra DES có thêm một hoán vị khởi tạo trước khi vào vòng 1 và một hoán vị kết thúc sau vòng 16.

• Kích thước của khối là 64 bit:

• -          Kích thước khóa là 64 bit (thực chất chỉ có 56 bit được sử dụng để mã hóa);

• Mỗi vòng của DES dùng khóa con có kích thước 48 bit được trích ra từ khóa chính

Sơ đồ mã hóa DES gồm 3 phần

• phần thứ nhất là các hoán vị khởi tạo và hoán vị kết thúc

• Phần thứ hai là các vòng Feistel,

• phần thứ ba là thuật toán sinh khóa con

hoán vị khởi đầu vào kết thúc

• Hoán vị khởi tạo sẽ thực hiện biến đổi giá trị các bit theo nguyên tắc sau: (m1,m2,m3,…,m64 → m58,m50,m42,…,m7).

• Hoán vị kết thúc hoán đổi các bit theo quy tắc sau: (c1,c2,c3,...,c64 → c40,c8,c48,…,c25)

Đối với knownplaintext hay chosen-plaintext attack, hoán vị khởi tạo và hoán vị kết thúc không có ý nghĩa bảo mật

• knownplaintext

• chosen-plaintext attack

Trong DES biểu thức hàm F là :

• F (Ri-1 , Ki ) = P - box(s - boxes(Expand (Ri-1) Å Ki ))

• Expand (Mở rộng) vừa mở rộng vừa mở rộng Ri-1 từ 32 bit lên 48 bit

• S-boxes lại nén 48bit xuống còn 32 bit.

• Hàm P-box là một hoán vị 32bit.

Hàm S-boxes

• Hàm S-boxes được chia thành 8 hàm S-box con, mỗi hàm biến đổi số 6 bit thành số 4 bit.

• mỗi hàm S-box con là một phép thay thế Substitution

• hàm S-boxes cũng không khả nghịch

• Sự phức tạp này của S- boxes là yếu tố chính làm cho DES có độ an toàn cao.