Информационная технология. Криптографическая защита информации. Блочные шифры. ГОСТ р 34.12-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

КРИПТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

БЛОЧНЫЕ ШИФРЫ

Information technology. Cryptographic data security. Block ciphers

ГОСТ Р 34.12-2015

Дата введения
1 января 2016 года

Предисловие

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 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 июня 2015 г. N 749-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "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 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 серии ИСО/МЭК 18033 [2], [3].

Примечание - Основная часть стандарта дополнена приложением А.

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

2.1.2

2.1.3

2.1.4

2.1.5

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

2.1.6

2.1.7

2.1.8

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

2.1.9

2.1.10

2.1.11

Примечание - В настоящем стандарте в целях сохранения терминологической преемственности по отношению к опубликованным 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

2.1.13

2.1.14

2.2 Обозначения

В настоящем стандарте используются 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;
UxW	- прямое (декартово) произведение множества U и множества W;
|A|	- число компонент (длина) строки (если A - пустая строка, то |A|=0);
A||B	- конкатенация строк A, , 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;
	- циклический сдвиг строки на 11 компонент в сторону компонент, имеющих большие номера;
	- операция покомпонентного сложения по модулю 2 двух двоичных строк одинаковой длины;
	- кольцо вычетов по модулю ;
	- операция сложения в кольце ;
F	- конечное поле GF(2)[x]/p(x), где ; элементы поля F представляются целыми числами, причем элементу соответствует число , где , i=0, 1, ..., 7 и обозначает класс вычетов по модулю p(x), содержащий x;
	- биективное отображение, сопоставляющее элемент у кольца его двоичное представление, т.е. для любого элемента , представленного в виде , где , i = 0, 1, ..., s-1, выполнено равенство ;
	- отображение, обратное к отображению , т.е. ;
	- биективное отображение, сопоставляющее двоичной строке из элемент поля следующим образом: строке , , i = 0, 1, ..., 7 соответствует элемент F;
	- 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" ("Kuznyechik").

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 , где . 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 , которое определяется следующим образом:

, (1)

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

4.2 Преобразования

При реализации алгоритмов зашифрования и расшифрования используются следующие преобразования:

	, где k, ;	(2)
	, где , , i=0, 1, ..., 15;	(3)
	преобразование, обратное к преобразованию S, которое может быть вычислено, например, следующим образом: , где , , i = 0, 1, ..., 15, - подстановка, обратная к подстановке ;	(4)
	, где , , i = 0, 1, ..., 15;	(5)
	, где ;	(6)
	преобразование, обратное к преобразованию R, которое может быть вычислено, например, следующим образом: где , , i = 0, 1, ..., 15;	(7)
	, где ;	(8)
	, где k, .	(9)

4.3 Алгоритм развертывания ключа

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

, i=1, 2, ..., 32. (10)

Итерационные ключи , i = 1, 2, ..., 10, вырабатываются на основе ключа , , i=0, 1, ..., 255 и определяются равенствами:

;

;

, i=1, 2, 3, 4. (11)

4.4 Базовый алгоритм шифрования

4.4.1 Алгоритм зашифрования

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

, (12)

где .

4.4.2 Алгоритм расшифрования

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

, (13)

где .

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 , 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:

	, где , , i = 0, 1, ..., 7;	(14)
	, где k, ;	(15)
	, где k, ;	(16)
	, где k, .	(17)

5.3 Алгоритм развертывания ключа

Итерационные ключи , i = 1, 2, ..., 32, вырабатываются на основе ключа , , i = 0, 1, ..., 255 и определяются равенствами:

;

;

;

;

;

;

;

;

, i = 1, 2, ..., 8;

, i = 1, 2, ..., 8;

, i = 1, 2, ..., 8. (18)

5.4 Базовый алгоритм шифрования

5.4.1 Алгоритм зашифрования

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

, (19)

где , .

5.4.2 Алгоритм расшифрования

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

, (20)

где , .

Приложение А
(справочное)

КОНТРОЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ

Данное приложение носит справочный характер и не является частью настоящего стандарта.

В данном приложении двоичные строки из V*, длина которых кратна 4, записываются в шестнадцатеричном виде, а символ конкатенации ("||") опускается, то есть, строка будет представлена в виде

,

где , i = 0, 1, ..., r - 1. Соответствие между двоичными строками длины 4 и шестнадцатеричными строками длины 1 задается естественным образом (таблица А.1). Преобразование, ставящее в соответствие двоичной строке длины 4r шестнадцатеричную строку длины r, и соответствующее обратное преобразование для простоты записи опускаются.

Таблица А.1

Соответствие между двоичными и шестнадцатеричными строками

А.1 Алгоритм блочного шифрования с длиной блока n=128 бит

А.1.1 Преобразование S

S(ffeeddccbbaa99881122334455667700)=b66cd8887d38e8d77765aeea0c9a7efc,

S(b66cd8887d38e8d77765aeea0c9a7efc)=559d8dd7bd06cbfe7e7b262523280d39,

S(559d8dd7bd06cbfe7e7b262523280d39)=0c3322fed531e4630d80ef5c5a81c50b,

S(0c3322fed531e4630d80ef5c5a81c50b)=23ae65633f842d29c5df529c13f5acda.

А.1.2 Преобразование R

R(00000000000000000000000000000100)=94000000000000000000000000000001,

R(94000000000000000000000000000001)=a5940000000000000000000000000000,

R(a5940000000000000000000000000000)=64a59400000000000000000000000000,

R(64a59400000000000000000000000000)=0d64a594000000000000000000000000.

А.1.3 Преобразование L

L(64a59400000000000000000000000000)=d456584dd0e3e84cc3166e4b7fa2890d,

L(d456584dd0e3e84cc3166e4b7fa2890d)=79d26221b87b584cd42fbc4ffea5de9a,

L(79d26221b87b584cd42fbc4ffea5de9a)=0e93691a0cfc60408b7b68f66b513c13,

L(0e93691a0cfc60408b7b68f66b513c13)=e6a8094fee0aa204fd97bcb0b44b8580.

А.1.4 Алгоритм развертывания ключа

В настоящем контрольном примере ключ имеет значение:

K=8899aabbccddeeff0011223344556677fedcba98765432100123456789abcdef.

=8899aabbccddeeff0011223344556677,

=fedcba98765432100123456789abcdef.

=6ea276726c487ab85d27bd10dd849401,

=e63bdcc9a09594475d369f2399d1f276,

=0998ca37a7947aabb78f4a5ae81b748a,

=3d0940999db75d6a9257071d5e6144a6,

=(c3d5fa01ebe36f7a9374427ad7ca8949, 8899aabbccddeeff0011223344556677).

=dc87ece4d890f4b3ba4eb92079cbeb02,

=(37777748e56453377d5e262d90903f87, c3d5fa01ebe36f7a9374427ad7ca8949).

=b2259a96b4d88e0be7690430a44f7f03,

=(f9eae5f29b2815e31f11ac5d9c29fb01, 37777748e56453377d5e262d90903f87).

=7bcd1b0b73e32ba5b79cb140f2551504,

=(e980089683d00d4be37dd3434699b98f, f9eae5f29b2815e31f11ac5d9c29fb01).

=156f6d791fab511deabb0c502fd18105,

=(b7bd70acea4460714f4ebe13835cf004, e980089683d00d4be37dd3434699b98f).

=a74af7efab73df160dd208608b9efe06,

=(1a46ea1cf6ccd236467287df93fdf974, b7bd70acea4460714f4ebe13835cf004).

=c9e8819dc73ba5ae50f5b570561a6a07,

=(3d4553d8e9cfec6815ebadc40a9ffd04, 1a46ea1cf6ccd236467287df93fdf974).

=f6593616e6055689adfba18027aa2a08,

=(db31485315694343228d6aef8cc78c44, 3d4553d8e9cfec6815ebadc40a9ffd04).

Итерационные ключи , i = 1, 2, ..., 10 принимают следующие значения:

=8899aabbccddeeff0011223344556677,

=fedcba98765432100123456789abcdef,

=db31485315694343228d6aef8cc78c44,

=3d4553d8e9cfec6815ebadc40a9ffd04,

=57646468c44a5e28d3e59246f429f1ac,

=bd079435165c6432b532e82834da581b,

=51e640757e8745de705727265a0098b1,

=5a7925017b9fdd3ed72a91a22286f984,

=bb44e25378c73123a5f32f73cdb6e517,

=72e9dd7416bcf45b755dbaa88e4a4043.

А.1.5 Алгоритм зашифрования

В настоящем контрольном примере зашифрование производится при значениях итерационных ключей из А.1.4. Пусть открытый текст, подлежащий зашифрованию, равен

a=1122334455667700ffeeddccbbaa9988,

тогда

=99bb99ff99bb99ffffffffffffffffff,

=e87de8b6e87de8b6b6b6b6b6b6b6b6b6,

=e297b686e355b0a1cf4a2f9249140830,

=285e497a0862d596b36f4258a1c69072,

=0187a3a429b567841ad50d29207cc34e,

=ec9bdba057d4f4d77c5d70619dcad206,

=1357fd11de9257290c2a1473eb6bcde1,

=28ae31e7d4c2354261027ef0b32897df,

=07e223d56002c013d3f5e6f714b86d2d,

=cd8ef6cd97e0e092a8e4cca61b38bf65,

=0d8e40e4a800d06b2f1b37ea379ead8e.

Результатом зашифрования является шифртекст

7f679d90bebc24305a468d42b9d4edcd.

А.1.6 Алгоритм расшифрования

В настоящем контрольном примере расшифрование производится при значениях итерационных ключей из А.1.4. Пусть шифртекст, подлежащий расшифрованию, равен шифртексту, полученному в предыдущем пункте:

b=7f679d90bebc24305a468d42b9d4edcd,

тогда

=0d8e40e4a800d06b2f1b37ea379ead8e,

=8a6b930a52211b45c5baa43ff8b91319,

=76ca149eef27d1b10d17e3d5d68e5a72,

=5d9b06d41b9d1d2d04df7755363e94a9,

=79487192aa45709c115559d6e9280f6e,

=ae506924c8ce331bb918fc5bdfb195fa,

=bbffbfc8939eaaffafb8e22769e323aa,

=3cc2f07cc07a8bec0f3ea0ed2ae33e4a,

=f36f01291d0b96d591e228b72d011c36,

=1c4b0c1e950182b1ce696af5c0bfc5df,

=99bb99ff99bb99ffffffffffffffffff.

Результатом расшифрования является открытый текст

=1122334455667700ffeeddccbbaa9988.

А.2 Алгоритм блочного шифрования с длиной блока n=64 бит

А.2.1 Преобразование t

t(fdb97531)=2a196f34,

t(2a196f34)=ebd9f03a,

t(ebd9f03a)=b039bb3d,

t(b039bb3d)=68695433.

А.2.2 Преобразование g

g[87654321](fedcba98)=fdcbc20c,

g[fdcbc20c](87654321)=7e791a4b,

g[7e791a4b](fdcbc20c)=c76549ec,

g[c76549ec](7e791a4b)=9791c849.

А.2.3 Алгоритм развертывания ключа

В настоящем контрольном примере ключ имеет значение:

K=ffeeddccbbaa99887766554433221100f0f1f2f3f4f5f6f7f8f9fafbfcfdfeff.

Итерационные ключи , i = 1, 2, ..., 32 принимают следующие значения:

=ffeeddcc,

=bbaa9988,

=77665544,

=33221100,

=f0f1f2f3,

=f4f5f6f7,

=f8f9fafb,

=fcfdfeff,

=ffeeddcc,

=bbaa9988,

=77665544,

=33221100,

=f0f1f2f3,

=f4f5f6f7,

=f8f9fafb,

=fcfdfeff,

=ffeeddcc,

=bbaa9988,

=77665544,

=33221100,

=f0f1f2f3,

=f4f5f6f7,

=f8f9fafb,

=fcfdfeff,

=fcfdfeff,

=f8f9fafb,

=f4f5f6f7,

=f0f1f2f3,

=33221100,

=77665544,

=bbaa9988,

=ffeeddcc.

А.2.4 Алгоритм зашифрования

В настоящем контрольном примере зашифрование производится при значениях итерационных ключей из А.2.3. Пусть открытый текст, подлежащий зашифрованию, равен

a=fedcba9876543210,

тогда

=(fedcba98, 76543210),

=(76543210, 28da3b14),

=(28da3b14, b14337a5),

=(b14337a5, 633a7c68),

=(633a7c68, ea89c02c),

=(ea89c02c, 11fe726d),

=(11fe726d, ad0310a4),

=(ad0310a4, 37d97f25),

=(37d97f25, 46324615),

=(46324615, ce995f2a),

=(ce995f2a, 93c1f449),

=(93c1f449, 4811c7ad),

=(4811c7ad, c4b3edca),

=(c4b3edca, 44ca5ce1),

=(44ca5ce1, fef51b68),

=(fef51b68, 2098cd86),

=(2098cd86, 4f15b0bb),

=(4f15b0bb, e32805bc),

=(e32805bc, e7116722),

=(e7116722, 89cadf21),

=(89cadf21, bac8444d),

=(bac8444d, 11263a21),

=(11263a21, 625434c3),

=(625434c3, 8025c0a5),

=(8025c0a5, b0d66514),

=(b0d66514, 47b1d5f4),

=(47b1d5f4, c78e6d50),

=(c78e6d50, 80251e99),

=(80251e99, 2b96eca6),

=(2b96eca6, 05ef4401),

=(05ef4401, 239a4577),

=(239a4577, c2d8ca3d).

Результатом зашифрования является шифртекст

=4ee901e5c2d8ca3d.

А.2.5 Алгоритм расшифрования

В настоящем контрольном примере расшифрование производится при значениях итерационных ключей из А.2.3. Пусть шифртекст, подлежащий расшифрованию, равен шифртексту, полученному в предыдущем пункте:

b=4ee901e5c2d8ca3d,

тогда

=(4ee901e5, c2d8ca3d),

=(c2d8ca3d, 239a4577),

=(239a4577, 05ef4401),

=(05ef4401,2b96eca6),

=(2b96eca6, 80251e99),

=(80251e99, c78e6d50),

=(c78e6d50, 47b1d5f4),

=(47b1d5f4, b0d66514),

=(b0d66514, 8025c0a5),

=(8025c0a5, 625434c3),

=(625434c3, 11263a21),

=(11263a21, bac8444d),

=(bac8444d, 89cadf21),

=(89cadf21, e7116722),

=(e7116722, e32805bc),

=(e32805bc, 4f15b0bb),

=(4f15b0bb, 2098cd86),

=(2098cd86, fef51b68),

=(fef51b68, 44ca5ce1),

=(44ca5ce1, c4b3edca),

=(c4b3edca, 4811c7ad),

=(4811c7ad, 93c1f449),

=(93c1f449, ce995f2a),

=(ce995f2a, 46324615),

=(46324615, 37d97f25),

=(37d97f25, ad0310a4),

=(ad0310a4, 11fe726d),

=(11fe726d, ea89c02c),

=(ea89c02c, 633a7c68),

=(633a7c68, b14337a5),

=(b14337a5, 28da3b14),

=(28da3b14, 76543210).

Результатом расшифрования является открытый текст

=fedcba9876543210.

БИБЛИОГРАФИЯ <*>

<*> Оригиналы международных стандартов ИСО/МЭК находятся во ФГУП "Стандартинформ" Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.