Информационная технология. Криптографическая защита информации. Режимы работы блочных шифров. 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

ГОСТ 34.13-2018

Дата введения
1 июня 2019 года

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:

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)

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".

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;

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

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

- строка, состоящая из r нулей;

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

- кольцо вычетов по модулю ;

- операция сложения в кольце ;

x modl - операция вычисления остатка от деления целого числа x на целое положительное число l;

- 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 номера. Если , то , причем

;

- отображение, ставящее в соответствие строке многочлен ;

- биективное отображение, сопоставляющее элементу кольца его двоичное представление, т.е. для любого элемента z, 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 (ECB, англ. Electronic Codebook);

- режим гаммирования (CTR, англ. Counter);

- режим гаммирования с обратной связью по выходу (OFB, англ. Output Feedback);

- режим простой замены с зацеплением (CBC, 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 l. В последнем случае при работе с сообщениями произвольной длины необходимо применение процедуры дополнения сообщения до требуемой длины. Ниже приведены три процедуры дополнения.

Пусть PV* исходное сообщение, подлежащее зашифрованию.

4.1.2 Процедура 1

Пусть r=|P|modl. 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 r=|P|modl. Положим

.

Примечание - Данная процедура обеспечивает однозначное восстановление исходного сообщения. При этом если длина исходного сообщения кратна l, то длина дополненного сообщения будет увеличена.

4.1.4 Процедура 3

Пусть r=|P|modl.

В зависимости от значения r возможны случаи:

- если r=l, то последний блок не изменяется P*=P;

- если r<l, 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 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 PV*, , 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<sn. При использовании режима гаммирования не требуется применение процедуры дополнения сообщения.

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 следующим образом:

. (3)

5.2.2 Зашифрование

Открытый текст PV* представляется в виде , , i = 1, 2, ..., q - 1, , rs. 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, , rs.

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 Режим гаммирования с обратной связью по выходу

5.3.1 Общие положения

Параметрами режима гаммирования с обратной связью по выходу являются целочисленные величины s и m, 0<sn, , z1 - целое число.

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 номерами базовым алгоритмом блочного шифрования. Затем заполнение регистра сдвигается на n бит в сторону разрядов с 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 PV* представляется в виде , , i = 1, 2, ..., q - 1, , rs. Блоки шифртекста вычисляются по следующему правилу:

,

(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, , rs.

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 Режим простой замены с зацеплением

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 номерами. Затем регистр сдвигается на один блок в сторону разрядов с номерами. В разряды с меньшими номерами записывается значение блока шифртекста.

5.4.2 Зашифрование

Открытый и при необходимости дополненный текст PV*, |P|= nq, 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 Режим гаммирования с обратной связью по шифртексту

5.5.1 Общие положения

Параметрами режима гаммирования с обратной связью по шифртексту являются целочисленные величины s и m, 0<sn, nm.

В конкретной системе обработки информации на длину сообщения P может как накладываться ограничение |P|=sq, 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 номерами базовым алгоритмом блочного шифрования с последующим усечением. Затем заполнение регистра сдвигается на s разрядов в сторону разрядов с 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 PV* представляется в виде , , i = 1, 2, ..., q - 1, , rs. 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, , rs. 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 Режим выработки имитовставки

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<sn.

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 PV*, для которого требуется вычислить имитовставку, представляется в виде:

,

где , i = 1, 2, ..., q - 1, , rn.

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

Приложение А
(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 , i = 0, 1, ..., r - 1.

В А.2 приведены примеры для блочного шифра с длиной блока n=128 бит ("Кузнечик"). В А.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

А.2.3 Режим гаммирования

А.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

А.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

А.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

А.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

А.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	79bb4190f5e38dc5094f95f18382c627	0a15a234d20f643f05a542aa7254a5bd
Выходной блок	fe7babf1e91999e85640e8b0f49d90d0	167688065a895c631a2d9a1560b63970
	fe7babf1e91999e85640e8b0f49d90d0	167688065a895c631a2d9a1560b63970

А.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

А.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

А.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

А.2.7.1 Выработка вспомогательных ключей

R=94bec15e269cf1e506f02b994c0a8ea0,

,

=297d82bc4d39e3ca0de0573298151d4087=297d82bc4d39e3ca0de0573298151dc7,

,

=297d82bc4d39e3ca0de0573298151dc1=52fb05789a73c7941bc0ae65302a3b8e,

, .

А.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

яТаблица А.7

Зашифрование в режиме простой замены

А.3.3 Режим гаммирования

А.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

А.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

А.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

А.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

А.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

А.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

А.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

А.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

А.3.7.1 Выработка вспомогательных ключей

R=2fa2cd99a1290a12,

, =5f459b3342521424,

, следовательно =be8b366684a42848,

, .

А.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.

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.