Пример симметричной криптосистемы. 
Мастер-ключ, длина ключа

Рассмотрим симметричную криптосистему, основанную на использовании в качестве метода (алгоритма) шифрования логическую операцию " исключающее ИЛИ" .

Логическая операция «исключающее ИЛИ» . Таблица истинности для операции " исключающее ИЛИ" имеет вид:

В этой таблице XI — значение первого двоичного числа, Х2 — значение второго двоичного числа, Т— результат операции «исключающее ИЛИ», Е=Х 1 + Х2.

Ключ шифрования, или мастер-ключ. Пусть двоичное сообщение А состоит из 8 бит и имеет вид А = 11 001 001. Ключ шифрования, или мастер-ключ, в симметричной криптосистеме — это секретная последовательность цифровых, буквенных или буквенно-цифровых символов, известная только отправителю и получателю сообщения. Создадим ключ шифрования или мастер-ключ. В рассмотренном примере создадим случайное 8-битное число, например, М = 11 110 000. Выполним операцию «исключающее ИЛИ» над числами А и М. В результате получим закодированное число С = А + М. Значения бит этого числа запишем с помощью следующей таблицы:

Число С в двоичной записи имеет вид: С = 111 001.

Закодированное число С передается по информационной сети абоненту. Ему также передается секретный ключ М. У абонента выполняется декодирование числа С с использованием в качестве метода шифрования операции «исключающее ИЛИ» и в качестве ключа шифрования (мастерключа) — числа М. В результате получаем двоичное число В, что проиллюстрируем с помощью следующей таблицы:

Двоичное число В: В = 11 001 001.

Сопоставляя числа Л и В, видим, что они идентичны. Таким образом, применение операции «исключающее ИЛИ» и ключа М позволяет закодировать двоичное сообщение, а затем его раскодировать. При этом использовался один и тот же мастер — ключ М. Передача ключа М должна осуществляться в закрытом для посторонних лиц режиме, чтобы никто из посторонних не смог им воспользоваться.

Длина ключа. На практике наиболее распространено кодирование сообщений длиной 40, 128, 256, 512, 1024 бит. Соответственно, столько же бит должен содержать ключ кодирования. Поэтому говорят о кодировании 40-, 128-, 256-, 512-, 1024-битным ключом. Чем больше бит у ключа кодирования, тем труднее злоумышленнику подобрать ключ.

Алгоритм кодирования. Алгоритм, применяемый для кодирования сообщений, называется алгоритмом кодирования. В рассмотренном примере это применение операции «исключающее ИЛИ» .

Симметричные алгоритмы шифрования

Применяемые в симметричных криптосистемах алгоритмы подразделяются на блочные и поточные. В блочных алгоритмах кодируемая информация разделяется на блоки. К ним относятся шифры подстановки.

(символы или байты исходного текста по таблице подстановок заменяются другими) и перестановки (символы исходного текста по таблице перестановок меняются местами), и применяют их к блокам данных фиксированного размера в определенной последовательности. Секретный ключ используется в блочных алгоритмах для получения таблиц подстановок и перестановок.

К поточным относится граммирование, основанный на использовании шифрующей последовательности символов (гаммы). Наиболее распространенным в мире симметричным поточным шифром является разработанный в 1989 г. алгоритм RC4. Алгоритм отличается высокой надежностью, он включен в состав многих программных продуктов ведущих компаний.

К симметричным также относятся шифры, основанные на аналитических преобразованиях, шифруемых данных.

Процессы кодирования и декодирования осуществляются в рамках одной криптосистемы.

Алгоритм шифрования DES.

Стандарт и алгоритм шифрования DES (data encryption standard) опубликован в США в 1997 г. Предназначен для зашиты от несанкционированного доступа к важной, но не секретной, информации в государственных и коммерческих организациях. Он применяется для защиты сообщений в электронных системах платежей, при расчетах между электронными магазинами и банками, в банковских автоматах, при хранении зашифрованных файлов и др.

Алгоритм предполагает обработку данных блоками по 64 бита. Каждый блок зашифровывается отдельно либо независимо, либо с учетом обработки предыдущих блоков.

Наряду с положительными свойствами алгоритм имеет следующие недостатки:

• • 1ромоздкость алгоритма;
• • при применении алгоритма может происходить «размножение ошибки». Так, искажение 1 бита информации в канале связи приводит к искажению как минимум одного блока из 64 бит;
• • недостаточная надежность шифрования.

Для исключения указанных недостатков после 2000 г. были разработаны более совершенные алгоритмы — алгоритм шифрования AES (advanced encryption standard); алгоритм IDEA, разработанный европейскими криптографами алгоритм Rijndael.

Алгоритм шифрования (ГОСТ 28 147—89). Шифр разработан в 1970;х гг. и сначала имел гриф «совершенно секретно», начиная с 1989 г. этот алгоритм стал применяться с грифом «для служебного пользования» и с начала 1990;х гг. гриф секретности был снят. Алгоритм по своим возможностям не накладывает ограничений на степень секретности защищаемой информации.

Стандарт является обязательным для организаций, предприятий и учреждений, применяющих криптографическую защиту данных, хранимых и передаваемых в сетях ЭВМ, в отдельных вычислительных комплексах или в ЭВМ. Представляет собой блочный алгоритм с 256-битным ключом.

Его можно эффективно использовать как в программной, гак и в аппаратной реализации. Является высоконадежным алгоритмом, предназначенным для коммерческого использования. Алгоритм предусматривает обработку информации блоками по 64 бита. Каждый из блоков шифруется в режиме простой замены путем многократного повторения элементарных операций подстановки (замены) с использованием подключей и циклического сдвига данных. Может также работать в режиме гаммирования, режиме гаммирования с обратной связью, в режиме имитовставки. При использовании метода шифрования с гаммированием, может выполнять функции поточного шифроалгоритма.