Алгоритмы симметричного шифрования. Часть 2

Алгоритм Blowfish

Blowfish является сетью Фейстеля, у которой количество итераций равно 16. Длина блока равна 64 битам, ключ может иметь любую длину в пределах 448 бит. Хотя перед началом любого шифрования выполняется сложная фаза инициализации, само шифрование данных выполняется достаточно быстро.

Алгоритм предназначен в основном для приложений, в которых ключ меняется нечасто, к тому же существует фаза начального рукопожатия, во время которой происходит аутентификация сторон и согласование общих параметров и секретов. Классическим примером подобных приложений является сетевое взаимодействие. При реализации на 32-битных микропроцессорах с большим кэшем данных Blowfish значительно быстрее DES.

Алгоритм состоит из двух частей: расширение ключа и шифрование данных. Расширение ключа преобразует ключ длиной, по крайней мере, 448 бит в несколько массивов подключей общей длиной 4168 байт.

В основе алгоритма лежит сеть Фейстеля с 16 итерациями. Каждая итерация состоит из перестановки, зависящей от ключа, и подстановки, зависящей от ключа и данных. Операциями являются XOR и сложение 32-битных слов.

Blowfish использует большое количество подключей. Эти ключи должны быть вычислены заранее, до начала любого шифрования или дешифрования данных. Элементы алгоритма:

1. Р - массив, состоящий из восемнадцати 32-битных подключей:

   Р1, Р2, ..., Р18.
2. Четыре 32-битных S-boxes c 256 входами каждый. Первый индекс означает номер S-box, второй индекс - номер входа.

   S1,0, S1,1, … S1,255;
   S2,0, S2,1, … S2,255;
   S3,0, S3,1, … S3,255;
   S4,0, S4,1, … S4,255;

Метод, используемый для вычисления этих подключей, будет описан ниже.

Шифрование

Входом является 64-битный элемент данных X, который делится на две 32-битные половины, X_l и X_r.

Xl = Xl XOR Pi
Xr = F (Xl) XOR Xr
Swap Xl and Xr

Функция F

Разделить X_l на четыре 8-битных элемента A, B, C, D.

F (X_l) = ((S_1,А + S_2,B mod 2³²) XOR S_3,C) + S_4,D mod 2³²

Дешифрование отличается от шифрования тем, что P_i используются в обратном порядке.

Генерация подключей

Подключи вычисляются с использованием самого алгоритма Blowfish.

1. Инициализировать первый Р -массив и четыре S-boxes фиксированной строкой.
2. Выполнить операцию XOR P₁ с первыми 32 битами ключа, операцию XOR P₂ со вторыми 32 битами ключа и т.д. Повторять цикл до тех пор, пока весь Р-массив не будет побитово сложен со всеми битами ключа. Для коротких ключей выполняется конкатенация ключа с самим собой.
3. Зашифровать нулевую строку алгоритмом Blowfish, используя подключи, описанные в пунктах (1) и (2).
4. Заменить Р₁ и Р₂ выходом, полученным на шаге (3).
5. Зашифровать выход шага (3), используя алгоритм Blowfish с модифицированными подключами.
6. Заменить Р₃ и Р₄ выходом, полученным на шаге (5).
7. Продолжить процесс, заменяя все элементы Р-массива, а затем все четыре S-boxes, выходами соответствующим образом модифицированного алгоритма Blowfish.

Для создания всех подключей требуется 521 итерация.