1. رمزهای قطعه ای مبتنی بر فصل های2، 3، 4 و 5 از کتاب
Network Security, Principles and Practice,3rd Ed.
ویرایش شده توسط: حمید رضا شهریاری

2. فهرست مطالب تعاريف رمزهای کلاسيک
الگوریتمهای رمزهای متقارن و رمزهای قطعه ای
استانداردهای رمزگذاری آمريکا
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
استفاده از رمزهای قطعه ای
مدهای کاری رمزهای قطعه ای
لغت نامه
پیوست 1: DES
پیوست 2: 3DES,IDEA,Blowfish, RC5, CAST-128

3. برای دسترسی به معادل انگلیسی کلمات به اسلاید لغت نامه مراجعه نماید.

4. فهرست مطالب استفاده از رمزهای قطعه ای رمزهای کلاسيک تعاريف
الگوریتمهای رمزهای متقارن و رمزهای قطعه ای
استانداردهای رمزگذاری آمريکا
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
استفاده از رمزهای قطعه ای
مدهای کاری رمزهای قطعه ای
لغت نامه
پیوست 1: DES
پیوست 2: 3DES,IDEA,Blowfish, RC5, CAST-128

5. تعاریف plaintext - the original message ciphertext - the coded message
cipher - algorithm for transforming plaintext to ciphertext
key - info used in cipher known only to sender/receiver
encipher (encrypt) - converting plaintext to ciphertext
decipher (decrypt) - recovering ciphertext from plaintext
cryptography - study of encryption principles/methods
cryptanalysis (codebreaking) - the study of principles/ methods of deciphering ciphertext without knowing key
cryptology - the field of both cryptography and cryptanalysis

6. رمزنگاری متقارن (Symmetric)
یا معمولی/کلید خصوصی/ تک کلیدی
فرستنده و گیرنده از یک کلید مشترک استفاده می کنند
تمام رمزنگاریهای کلاسیک از نوع متقارن هستند
تنها نوع رمزنگاری تا قبل از دهه 70

7. مدل رمزنگاری متقارن

8. نیازمندیها دو نیازمندی برای استفاده امن از رمزنگاری متقارن:
یک الگوریتم رمزنگاری قوی
یک کلید سری که تنها فرستنده و گیرنده از آن آگاه هستند
Y = EK(X)
X = DK(Y)
فرض بر آن است که الگوریتم برای همه مشخص است.
بنابراین نیاز به یک کانال امن برای توزیع کلید است.

9. رمزنگاری می تواند توسط ابعاد زیر مشخص شود: تعداد کلیدهای مورد استفاده
نوع عملهای مورد استفاده برای رمز کردن
جایگزینی/تبدیل/ضرب
تعداد کلیدهای مورد استفاده
یک کلید یا خصوصی/دو کلید یا عمومی
روش پردازش متن واضح
بلوکی/جریانی

10. انواع حملات تحلیل رمزنگاری
ciphertext only
only know algorithm / ciphertext, statistical, can identify plaintext
known plaintext
know/suspect plaintext & ciphertext to attack cipher
chosen plaintext
select plaintext and obtain ciphertext to attack cipher
chosen ciphertext
select ciphertext and obtain plaintext to attack cipher
chosen text
select either plaintext or ciphertext to en/decrypt to attack cipher

11. جستجوی تمام حالات (Brute Force Search)
ابتدایی ترین حمله
فرض بر این است که متن واضح قابل شناسایی است.

12. دیگر تعاریف امنیت مطلق امنیت محاسباتی:
مستقل از قدرت محاسباتی در دسترس، متن رمز شده اطلاع کافی برای تعیین قطعی متن واضح ارائه نکند (و بنابراین الگوریتم رمز مستقل از مدت زمانی که دشمن در اختیار دارد قابل شکستن نباشد)
امنیت محاسباتی:
با داشتن منابع محاسباتی محدود (مانند زمان )، رمز قابل شکستن نباشد.

13. فهرست مطالب تعاريف رمزهای کلاسيک
الگوریتمهای رمزهای متقارن و رمزهای قطعه ای
استانداردهای رمزگذاری آمريکا
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
استفاده از رمزهای قطعه ای
مدهای کاری رمزهای قطعه ای
لغت نامه
پیوست 1: DES
پیوست 2: 3DES,IDEA,Blowfish, RC5, CAST-128

14. رمزهای کلاسیک از زمان جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار می گرفتند
قبل از به وجود آمدن سیستم های کامپیوتری امروزی بصورت دستی انجام می شدند.
مبتنی بر دو روش اصلی جايگشتی و جايگزينی است

15. رمزهای کلاسیک جایگشتی جانشینی توزیع فرکانس‌ها تعداد رخدادها
جابجایی بین حروف متن اصلی
هدف diffusion (درهمریختگی) بيشتر است
شکست رمز سخت‌تر اما اگر یک pattern (الگو) آشکار شود، همه متن شکسته شده است.
جانشینی
جانشینی یک حرف با حرف دیگر
تک الفبایی
چند الفبایی
حملات شناخته شده با استفاده از:
توزیع فرکانس‌ها
تعداد رخدادها
حروف مشابه و احتمال کلمات
تحلیلpattern (الگوها)

16. جانشینی (سزار) - رمز تک الفبایی
send another catapult
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz
K = y
C = P + K (mod 26) r
rdmc zmnsqds bzszotks
تنها از يک فرمول جايگزينی مشابه فرمول فوق استفاده می شود
به خاطر سپاری آنها آسان است
مشاهده patternها به آسانی امکان پذير است
رمز تک الفبایی

17. جانشینی چندالفبایی رمز چندالفبايی
استفاده از فرمول های جانشينی مختلف بصورت متوالی
منجر به کاهش pattern ها می شود
همچنان می توان از توزیع حروف برای شکست رمز استفاده کرد

18. جانشینی 213 abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
send another catapult
abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 2
abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 1
abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 3
Ufqf bqqukgs fcudrvov

19. جدول Vigenere نوعی رمز جانشینی چند الفبایی محسوب می شود
از يک ماتریس 26 در 26 و يک کليد برای رمزگذاری متن استفاده می شود
حروف متوالی کليد، سطر ماتريس و حروف متوالی متن، ستون ماتريس را مشخص می کنند.
کليد معمولا يک کلمه چندحرفی است که تکرار می شود.
M = SEND ANOTHER CATAPULT
K = h a i l c e a s e r h a i l c e a s e
C = z e v o c r o l l v y c i e c t u d x

20. Rotor Machines
ماشین روتر يک پیاده سازی الکترونیکی-مکانیکی از رمزچندالفبايی محسوب می شود
در این روش، داده ها از داخل تعدادی سيلندر که در مقابل هم قرار گرفته اند، عبور می کنند.
به ازای هر حرف از ورودی، سيلندر اول به اندازه يک حرف می چرخد با يک دور گردش کامل هر روتر ، روتر بعدی به اندازه يک حرف جابجا می شود
دوره تناوب ماشین روتر با افزایش تعداد روترها افزایش می يابد(26n)
آلمان ها اعتقاد داشتند که ماشین روتر طراحی شده توسط آنها، Engima، غیرقابل شکست است، ولی متفقین توانستند رمز آن را کشف کند و بسياری از اطلاعات سری آنها را فاش کند.

21. Rotor Machines x y i j m c k z o v o h u k g v m a e f q r g a v t d hw d l s t e d n l o a h z c e p i g u j q j f n w s b y w b x
Enigma - German Machine
had 3 rotors

22. رمز جایگشتی جابجایی حروف در متن اصلی بدون تغيير حروف الفبا
با هدف ایجاد پراکندگی
امکان استفاده ترکیبی از آن با رمز جانشینی
ايده اساسی مورداستفاده در رمزنگاری متقارن می باشد

23. مثال (جایگشتی ستونی)
ايده : متن را بصورت سطری بنويسيم و بصورت ستونی بخوانيم
کلید : تعداد ستون‌ها (در اینجا 5)
کليد : می توان ترتيب نوشتن ستون ها را نيز تغيير داد.
S E N D *
A N O T H
E R * C A
T A P U L
T * * * * =
SAETTENRA*NO*P*DTCU**HAL*

24. انواع حملات انواع حملات وارده بر اساس امکانات تحليلگر
Cipher text Only : تحلیلگر تنها متن رمزشده را دارد.
Known Plaintext: تحلیلگر چند نمونه از متن اصلی و متن رمز شده متناظر با آن را دارد.
Chosen Plaintext: تحلیلگر می‌تواند الگوریتم رمز را بر روی مقدار زیادی از متن واضح اعمال نماید و متن رمز شده را ببيند.
* در کليه حالت فوق فرض شده است که الگوريتم رمرنگاری بر تحليلگر روشن است

25. ایده‌های تحلیل رمز کلاسیک
فراوانی حروف (etanos…)
فراوانی ترکیبات حروف (th, nt)
حروف (تشخیص) ابتدا و انتهای کلمه (th___, ___nt, ___gh)
نظم موجود در الفبای زبان
متد Kasiski : اين روش بر مبنای يافتن الگوهای تکراری(عموما سه حرفی) در متن رمزشده و پيدا کردن طول کليد مورداستفاده استوار است.
ايده : فاصله بين دو تکرار از الگوهای تکراری، بايد حتما بر طول کليد مورد استفاده بخشپذير باشد.
حملات Brute Force

26. تحلیل رمز کلاسيک(مثال)
Aerial reconnaissance reports enemy reinforcements estimated at battalion strength entering your sector PD Clarke
فراوانی حروف متن اصلی

27. تحلیل رمز کلاسيک(مثال)
aerialreco
nnaissance
reportsene
myreinforc
ementsesti
matedatbat
talionstre
ngthenteri
ngyoursect
orPDClarke
ANRMEMTNNO
ENEYMAAGGR
RAPRETLTYP
IIOENEIHOD
ASRITDOEUC
LSTNSANNRL
RASFETSTSS
ENEOSBTEER
CCNRTARRCK
OEECITEITE
جایگشتی (10 ستونی)

28. تحلیل رمز کلاسيک(مثال)
ANRMEMTNNOENEYMAAGGRRAPRETLTYPIIOENEIHODASRITDOEUCLSTNSANNRLRASFETSTSSENEOSBTEERCCNRTARRCKOEECITEITE
فراوانی حروف متن رمز شده

29. تحلیل رمز کلاسيک
از مقايسه نمودارهای قبلی می توان فهميد در رمزنگاری جايگشتی :
فراوانی حروف در متن رمزشده تفاوتی با فراوانی متن اصلی ندارد.
تحليلگر نمی تواند از نمودارهای فراوانی استفاده کند.
ولی در جايگزينی تک الفبايی اين امکان وجود دارد(مطابق شکل اسلايد بعدی)
با مقايسه اين نمودار با نمودار استاندارد فراوانی حروف، می توان تناظر احتمالی حروف را پيدا کرد.

30. تحلیل رمز کلاسيک(مثال)
DHULDOUHFRQQLVVDQFHUHSRUWVHQHPBUH . . .
فراوانی حروف متن رمزشده (تک الفبایی)

31. فهرست مطالب تعاريف رمزهای کلاسيک
الگوریتمهای رمزهای متقارن و رمزهای قطعه ای
استانداردهای رمزگذاری آمريکا
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
استفاده از رمزهای قطعه ای
مدهای کاری رمزهای قطعه ای
لغت نامه
پیوست 1: DES
پیوست 2: 3DES,IDEA,Blowfish, RC5, CAST-128

32. رمزگذاری کلاسيک-رمزگذاری مدرن
روشهای رمزگذاری مدرن، علاوه بر بر اعمال جابجایی و جايگشت از توابع ساده مانند XOR استفاده می شود.
مجموعه اعمال فوق طی مراحل متوالی روی متن اوليه اعمال می شوند.
تکنيک بکارگرفته شده در Rotor Machine ها الهام بخش روشهای رمزگذاری مدرن بوده است

33. تابع رمزنگاری کامل(One-Time Pad)
ايده : برای رمزکردن يک داده به طول n کليدی به طول n هزينه کنيم.
در اين صورت به ازای هر M و C داريم:
P(MC) = P(M)
يعنی داشتن هر تعداد متن نمونه رمزشده کمکی به تحليلگر نمی کند.
امنيت اين روش به تصادفی بودن کليد بستگی دارد.

34. تابع رمزنگاری کامل(One-Time Pad)
در عمل استفاده از چنین روشی مقدور نيست
توليد کليد تصادفی به حجم بالا از نظر عملی دشوار است.
توزيع امن کليد : اگر بتوانيم کانال امنی برای توزيع کليدی با اين حجم پيدا کنيم، آيا بهتر نيست از همين کانال برای انتقال داده اصلی استفاده کنيم؟!
در عمل از روشهایی استفاده می کنيم که شکستن رمز را برای تحليلگر با توجه به تکنولوژيهای موجود و در زمان محدود غيرممکن سازد.

35. برای تبادل این اطلاعات مخفی نیاز به کانال امن داريم. 
رمزنگاری متقارن
برای تبادل این اطلاعات مخفی نیاز به کانال امن داريم. 
دو طرف به دنبال برقراری ارتباط محرمانه هستند.
ارتباط بر روی محیط نا امن انجام میپذیرد.
طرفین پیامهای خود را رمز میکنند.
در رمز نگاری متقارن، الگوریتمهای رمز نگاری آنها تابع اطلاعات مخفی است که فقط طرفين از آنها مطلع میباشند.
کلید مخفی

36. K محرمانگي شبکه ناامن Adversary EVE 0 1 1 0 1 ...
Bob
محرمانگي
شبکه ناامن
Alice K
کلید متقارن
به طور امن منتقل میشود

37. الگوریتمهای رمزهای متقارن
رمزهای متقارن را می توان با دو روش عمده توليد کرد
رمزهای قطعه ای
پردازش پيغام ها بصورت قطعه به قطعه
سايز متعارف مود استفاده برای قطعات 64، 128 یا 256 بیتی است
رمزهای دنباله ای
پردازش پيغام ها بصورت پيوسته

38. رمزهای قطعه ای
متن واضح (تقسیم شده به قطعات)
قطعات خروجی

39. اصول رمزهای قطعه ای
نگاشت قطعات متن واضح به قطعات متن رمزشده بايد برگشت پذير (يك به يك) باشد.
الگوریتم قطعات ورودی را در چند مرحله ساده و متوالی پردازش میکند. به این مراحل دور میگوییم.
هر دور عموماً مبتني بر تركيب اعمال ساده ای همچون جايگزيني و جایگشت استوار است.

40. فهرست مطالب تعاريف رمزهای کلاسيک
الگوریتمهای رمزهای متقارن و رمزهای قطعه ای
استاندارد رمزگذاری داده
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
استفاده از رمزهای قطعه ای
مدهای کاری رمزهای قطعه ای
لغت نامه
پیوست 1: DES
پیوست 2: 3DES,IDEA,Blowfish, RC5, CAST-128

41. استانداردهای رمزهای قطعه ای
رمزهای قطعه ای استاندارد
استاندارد رمزگذاری داده DES
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
تحت نظارت
National Institute of Science and Technology (NIST)

42. ساختار رمزهای فیستل
معمولا الگوریتمهای رمزنگاری از ساختاری تبعیت می کنند که توسط فیستل در سال در IBM پیشنهاد شد.
رمزهای فیستل به انتخاب پارامترهای زیر بستگی دارند

43. ساختار رمزهای فیستل طول قطعه (بلوک) طول کلید تعداد دورها
الگوریتم تولید زیرکلیدها
هر چه پیچیده تر باشد، تحلیل هم سخت تر می شود.
سرعت رمزنگاری/رمزگشایی
تابع دور (Round function)
سادگی تحلیل

45. استاندارد رمزگذاری داده DES
مرور
در سال 1974 توسط IBM توليد شد
پس از انجام تغییراتی توسط NSA، در سال 1976NIST آن را پذيرفت.
اساس الگوريتم تركيبي از عمليات جايگزيني و جایگشت مي‌باشد.
مشخصات:
طول كليد 56 بيت
طول قطعههاي ورودي و خروجي : 64 بيت
تعداد دورها: 16 دور
الگوريتمهاي رمزگذاري و رمزگشايي عمومي هستند, ولي مباني رياضي و اصول طراحي آنها فاش نشد.
در گذشته بسیار پر استفاده بود.

46. DES امن نيست!
در ژانویه 1999 این الگوریتم توسط آزمون جامع فضای کلید در 23 ساعت شکسته شد!
بیش از 1000 هزار کامپیوتر بر روی اینترنت هر یک بخش کوچکی از کار جستجو را انجام دادند.
منظور از آزمون جامع فضای کليد همان جستجوی کامل کليد با استفاده از روش Brute Force می باشد.
به الگوریتمهای امن تر با طول کلید بالاتر نیاز داریم.
علاوه بر اين DES طراحی شفاف و روشن ندارد.

47. استاندارد رمزگذاری داده DES
قطعه 64 بیتی متن واضح
زیر کلید دور
دور1
تولید زیر کلیدهای 48 بیتی از کلید اصلی 56 بیتی برای هر دور
دور2
دور15
دور16
قطعه 64 بیتی متن رمزشده
کلید 56 بیتی

48. توسط زمانبندی کلید تولید میشود.
یک دور از DES
توسط زمانبندی کلید تولید میشود.
Li (32 bit)
Ri (32 bit)
Ki (48 bit)
“round key” f
“round function”
Why: because decrypting is the same function
F can be one-way!
Li+1
Ri+1

50. یک دور از DES اعمال انجام شده در هر دور: Li = Ri-1
Ri = Li-1 XOR F(Ri-1, Ki)

51. ساختارFeistel رمز DES + F … X K1 K2 Key Scheduler K K3 K16 Y
Initial Permutation F + …
Initial Permutation-1
(64)
(32)
(48)
Key Scheduler
(56) K K1 K2
K16 K3 X Y

52. تابع دور DES expansion کلید دوره Ki permutation 6 to 4 S-box 6 to 432
expansion 48
کلید دوره Ki 48
Note the confusion and the diffusion
6 to 4
S-box
6 to 4
S-box
6 to 4
S-box
6 to 4
S-box
6 to 4
S-box
6 to 4
S-box
6 to 4
S-box
6 to 4
S-box 32
permutation

53. تابع دور DES S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 P + + + + + + + + + + + + + + + +

54. Key-schedule Ci-1 (28 bit) Di-1 (28 bit) Permuted choice شیفت به چپ Ki
PC2 48
bits
Ci (28 bit)
Di (28 bit)

55. زمانبندی کلید هر بیت کلید حدوداً در 14 دور از 16 دور استفاده میشود. K
(56)
هر بیت کلید حدوداً در 14 دور از 16 دور استفاده میشود.
Permuted Choice 1
(28)
(28)
Permuted Choice 2
Left shift(s)
(28)
(28) K1
(48)
Permuted Choice 2
Left shift(s) K2
(48) …

56. بررسي s-boxدر DES
تنها بخش غيرخطي از الگوريتم DES می باشد
غيرقابل برگشت مي‌باشند
اصول طراحي آنها سري است
استفاده از 8 S-Box كه هريك 6 بيت ورودي را به 4 بيت خروجي تبديل مي كنند.
بيتهاي 1 و 6 : انتخاب يكي از 4 سطر ماتريس
بيتهاي 2 تا 5 : انتخاب يكي از 16 ستون ماتريس
برگرداندن عدد موجود در آن خانه از ماتريس به عنوان خروجي
در مجموع 48 بيت ورودي از 8 S-Box مختلف عبور مي كنند و 32 بيت برمي گردانند

57. یک S-Box از DES شماره ستون شماره سطر↓ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

58. توانمندي DES اندازه كليد حمله زماني
56 بيت داراي كل فضاي حالت 256 = 7.2 * 1016
حمله آزمون جامع هرچند مشكل, ولي امكانپذير است
آخرين گزارش ثبت شده در سال 1999 نشان از كشف كليد در طول 22 ساعت داده اند!
حمله زماني
پياده سازي DES را مورد هدف قرار مي دهند
الگوريتم براي ورودي هاي مختلف در زمانهاي متفاوت پاسخ مي دهد
بيشتر در كارتهاي هوشمند مشكل زا مي شوند

59. Time to break a code (106 decryptions/µs)

60. ویژگیهای مطلوب در الگوریتم رمزنگاری
رمزگذاری آسان
رمزگشایی آسان
سرعت بالای رمزگذاری و رمزگشایی
diffusion and confusion
دیگر ویژگیها برای کاربردهای خاص:
کارت هوشمند: نیاز به حافظه و قدرت پردازش کم

61. Diffusion and Confusion
متن رمز باید به نحو پیچیده ای به متن واضح و کلید وابسته باشد.
هدف آن است که تعیین ارتباط ویژگیهای آماری متن رمز و متن واضح مشکل باشد.
Diffusion (انتشار)
هر بیت متن واضح باید بر هر بیت متن رمز تاثیر داشته باشد.
هر بیت کلید باید بر هر بیت متن رمز تاثیر داشته باشد.
هدف پنهان سازی ویژگیهای آماری متن واضح است.

62. Multiple DES مسئله : راه حل : آسيب پذيري DES در مقابل حمله آزمون جامع
استفاده از الگوريتم هاي رمزنگاري ديگر
پيچيده كردن الگوريتم DES از طريق اضافه كردن مراحل رمزنگاري و افزايش طول كليد

63. 2DES E M C K1 K2 D C M K2 K1

64. 2DES حمله ملاقات در میانه عليه 2DES نتيجه :
تحليلگر يك زوج (P,C) را مي داند بطوريكه : C=Ek1,k2[P]
با اين فرض داريم : Ek1[P]=Dk2[C]
با آزمايش همه كليدها و انجام رمزگذاري و رمزگشايي به دو جدول مي رسيم
عناصر جدولها را براي رسيدن به يك انطباق جستجو مي كنيم
در مرحله اول حداكثر 248 كليد مي تواند منجر به انطباق شود
با تكرار مراحل(يافتن انطباق های جديد)، احتمال کليدهای مختلف که منجر به انطباق شده اند، بشدت كاهش مي يابد
انجام عمليات فوق از O(256) مي باشد
نتيجه :
DES دو مرحله اي در مقابل حمله آزمون جامع از DES يك مرحله اي مقاومتر نيست

65. 3DES با دو کلید استفاده از الگوريتم 3DES
از دو مرحله رمزنگاري و يك مرحله رمزگشايي با دو كليد مجزا استفاده مي شود
فضاي كليد به 112 بيت گسترش مي يابد
در صورت استفاده از يك كليد يكسان،3DES با DES مطابقت مي كند
نسبت به الگوريتمهاي ديگر مانند Blowfish و RC5 سرعت كمتري دارد
تاكنون حمله اي عليه آن گزارش نشده است

66. 3DESبا دو کلید C = EK1[DK2[EK1[P]]] C = ciphertext P = Plaintext
EK[X] = encryption of X using key K
DK[Y] = decryption of Y using key K E D M C K1 K2

67. 3DES استفاده از الگوريتم 3DES
از دو مرحله رمزنگاري و يك مرحله رمزگشايي با سه كليد مجزا استفاده مي شود
فضاي كليد به 168 بيت گسترش مي يابد
در صورت استفاده از يك كليد يكسان،3DES با DES مطابقت مي كند
نسبت به الگوريتمهاي ديگر مانند Blowfih و RC5 سرعت كمتري دارد
تا كنون حمله اي عليه آن گزارش نشده است

68. ويژگيهاي الگوريتمهاي رمزنگاري مدرن
طول كليد متغير
عملگرهاي پيچيده(افزايش غيرخطي بودن)
انجام عمليات روي هر دو نيمه داده در هر دور
چرخش(rotation) وابسته به داده
چرخش وابسته به كليد
S-Box هاي وابسته به كليد
طول بلاك داده و رمز متغير
تعداد دورهاي متغير
استفاده از توابع F متغير(از يك دور تا دور بعد فرق مي كند)

69. IDEA ابداع شده توسط Messay و Lai در سال 1990
مبتني بر تركيب عمليات مختلف(XOR، جمع و ضرب)
انجام كليه عمليات روي زيربلاك هاي 16 بيتي(بدون اعمال جايگشت)
سرعت بيشتر نسبت به DES(در پياده سازي نرم افزاري)

70. IDEA
اهداف طراحي IDEA
طول بلاك : براي جلوگيري از حملات آماري بايد به اندازه كافي بزرگ باشد
طول كليد : براي جلوگيري از حمله جستجوي كامل
افزايش Confusion
افزايش Diffusion

71. IDEA ويژگيها طول كليد : 128 بيت طول بلاك : 64 بيت تعداد دورها : 8 دور
انجام عمليات روي عملوندهاي 16 بيتي

72. IDEA رمزنگاري : هر دور از الگوريتم شامل مراحل زير است:
تقسيم بلاك 64 بيت ورودي به چهار زيربلاك 16 بيتي
تركيب با 4 زيربلاك وابسته به كليد(Z4...Z1)
ورود دو زير بلاك از بلاكهاي فوق و 2 زيربلاك وابسته به كليد به كليد(Z6,Z5) به ساختار MA
تركيب زيربلاكها با استفاده از جمع و ضرب مدولي در MA
تركيب زيربلاك ها بعد از خروج از MA
جابجايي نهايي زيربلاكها

75. IDEA - MA

79. IDEA توليد زيركليد در مجموع 52 زيركليد توليد مي شود: 6*8 + 4
تقسيم كليد 128 بيتي اوليه به 8 گروه 16 بيتي
چرخش به چپ به اندازه 25 بيت
تقسيم مجدد به گروه هاي 8 بيتي و توليد زيركليدهاي جديد

80. IDEA تحليل IDEA تا كنون هيچ حمله عملي عليه IDEA شناخته نشده است
به نظر مي رسد تا مدتها نسبت به حملات امن باشد
طول كليد 128 بيتي حمله Brute-Force را غيرممكن مي كند

81. نکات پیاده سازی اصول پیاده سازی نرم افزاری اصول پیاده سازی سخت افزاری
الگوریتم باید از استفاده subblock های معمول در نرم افزار (8، 16 یا 32 بیت) استفاده کند. IDEA از بلوکهای 16 بیتی استفاده می کند
قابل پیاده سازی با استفاده از اعمال ساده مانند جمع،شیفت و ...
اصول پیاده سازی سخت افزاری
شباهت رمزنگاری و رمزگشایی به طوری که تنها در نحوه اعمال کلید متفاوت باشند. (IDEA و DES این گونه هستند)
ساختار منظم: الگوریتم باید دارای ساختار منظمی باشد به نحوی که پیاده سازی توسط VLSI را تسهیل نماید. (IDEA از دو ماجول پایه ای تشکیل شده است)

83. Blowfish طراحي شده توسط Schneier در سال 94/1993
وجود پياده سازي هاي پرسرعت روي پردازنده هاي 32بيتي
فشردگي: نياز به كمتر از 5k حافظه
پياده سازي آسان
تحليل الگوريتم آسان
طول كليد متغير: درجه امنيت قابل تغيير است.

84. Blowfish ويژگيها طول بلاك : 64 بيت تعداد دورها : 16 دور
طول كليد متغير : 32 تا 448 بيت
توليد زيركليد و S-Box هاي وابسته به كليد
18 زيركليد 32 بيتي كه در آرايه P ذخيره مي شوند
4 S-Box 8*32 كه در آرايه S ذخيره مي شوند
بازتوليد كند زيركليد ها : توليد زيركليدها به 521 مرحله رمزنگاري احتياج دارد

87. Blowfish
تحليل
استفاده از زيركليدها و S-Box هاي وابسته به كليد تحليل رمز را دشوار مي كند.
تغيير هر دو نيمه داده در هر دور امنيت را افزايش مي دهد
با طول كليد متغير و افزايش آن، حمله Brute-force غيرممكن مي شود

88. RC5 توسط Ron Riest در 1994 اهداف طراحی
انطباق با نرم افزارها و سخت افزارهاي مختلف
سرعت اجراي زياد : عمليات روي كلمه ها انجام مي شوند
انطباق با پردازنده هاي با تعداد بيتهاي متفاوت
طول بلاك متغير
طول كليد متغير
تعداد دورهاي متغير
نياز به حافظه كم
طراحي و تحليل الگوريتم ساده
تعداد دورها وابسته به داده است : تحليل رمز را مشكل مي كند

89. RC5 W : طول كلمه بر حسب بيت(16/32/64)، طول بلاك = 2W.
يك خانواده از الگوريتمهاي رمزنگاري را در بر ميگرد RC5(w, r, b)
W : طول كلمه بر حسب بيت(16/32/64)، طول بلاك = 2W.
R : تعداد دورها(0…255)
B : تعداد بايتهاي كليد(0…255)
نسخه نوعي : RC5-32/12/16
طول كلمات 32 بيتي، طول بلاك 64 بيت مي باشد
استفاده از 12 دور
استفاده از كليد 16 بايتي(128 بيتي)

90. RC5 توليد زيركليد توليد 2r+2 زيركليد w بيتي
زيركليدها در آرايه s[0…T-1] ذخيره مي شوند
مقداردهي S به مقادير اوليه ثابت شبه تصادفي
مقدار بايتي كليد به داخل آرايه L كپي مي شود
دو آرايه S و L با استفاده از ريزعمليات شيفت و جمع مدولي باهم تركيب شده و آرايه نهايي S را تشكيل مي دهند

93. RC5 – الگوريتم رمزنگاري

94. RC5 – الگوريتم رمزگشايي

95. RC5 مدهاي مختلف RC5 ECB : همان RC5 معمولي است
CBC : همان مد CBC مورد استفاده در الگوريتم DES ميباشد. بلاك ورودي و خروجي هر دو مضربي از 2w هستند
CBC-Pad : طول بلاك ورودي محدوديتي ندارد. بلاك خروجي حداكثر به اندازه 2w بيت از بلاك ورودي بزرگتر است
‍CTS : قبول بلاك ورودي به طول دلخواه و توليد خروجي به اندازه بلاك ورودي

97. CAST-128 ابداع شده توسط Adams و Tavares در سال 1997
طول كليد متغير: از 40 تا 128 بيت(افزايش 8 بيتي)
تعداد دور : 16 دور
مشابه ساختار كلاسيك Feistel مي باشد با دو تفاوت زير:
در هر دور از دو زيركليد استفاده مي كند
تابع F به دور(round) بستگي دارد
در حال استفاده در PGP

100. مقايسه سرعت الگوريتمها

101. فهرست مطالب تعاريف رمزهای کلاسيک
الگوریتمهای رمزهای متقارن و رمزهای قطعه ای
استانداردهای رمزگذاری آمريکا
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
استفاده از رمزهای قطعه ای
مدهای کاری رمزهای قطعه ای
لغت نامه
پیوست 1: DES
پیوست 2: 3DES,IDEA,Blowfish, RC5, CAST-128

102. استفاده از رمزهای قطعه ای
رمزهای قطعه ای به طور مستقل امنیت زیادی را به ارمغان نمی آورند. بلکه بايد در مدهای کاری مناسب مورد استفاده قرار گيرند
رمزهای قطعه ای به عنوان اجزای سازنده الگوریتمهای رمز نگاری استفاده میشوند.

103. استفاده از رمزهای قطعه ای-2
فرض کنیم یک رمز قطعه ای امن داریم. چگونه از آن برای رسیدن به اهداف خود بهره جوییم؟
مساله اساسی: در برخی موارد علی رغم بهره برداری از عناصر مرغوب، کیفیت نهایی دلخواه نیست.
مثال:
ساختمان ضعیف با وجود استفاده از مصالح قوی
پوشاک نامرغوب با وجود استفاده از پارچه های مرغوب
غذای نا مناسب با وجود استفاده از مواد اولیه با کیفیت
در ادامه خواهيم ديد مدهای کاری که متن های مشابه را به متن های رمزشده يکسان تبديل می کنند، امن نيستند. صرف نظر از رمز قطعه ای مورد استفاده!

104. وضعیت ایده آل
ساختار الگوریتم رمز نگاری متقارن(مد کاری) به گونه ای باشد که قابلیت های عناصر سازنده خود (رمزهای قطعه ای) را به ارث ببرد.
يعنی با اطمينان از رمزهای قطعه ای، بتوانيم از الگوريتم رمزنگاری نيز مطمئن شويم.
توضيحات بيشتر در پيوست

105. فهرست مطالب الگوریتمهای رمزهای متقارن و رمزهای قطعه ای
استانداردهای رمزگذاری آمريکا
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
استفاده از رمزهای قطعه ای
مدهای کاری رمزهای قطعه ای
لغت نامه
پیوست 1: DES
پیوست 2: 3DES,IDEA,Blowfish, RC5, CAST-128

106. مدهای کاری رمزهای قطعه ای
امروزه مد های کاری با توجه به امنیت قابل اثبات طراحی میشوند.
مدهای کاری می توانند از رمزهای قطعه ای AES، DES، CAST-128، ... استفاده کنند
برخی مدهای کاری پراهميت عبارتند از :
ECB: Electronic Code Book
CBC: Cipher Block Chaining
CTR: Counter Mode
CFB: Cipher Feed Back
OFB: Output Feed Back

107. مد کاری ECB رمز نگاری: رمز گشایی: E E E D D D P1 C1 K P2 C2 K PN CN K

108. این مد امن محسوب نمیشود حتی اگر از یک رمز قطعه ای قوی استفاده کنیم.
بررسی مد کاری ECB
اشکال اساسی: هر متن واضح به ازاء کلید ثابت همیشه به یک متن رمز شده نگاشته میشود.
دشمن میتواند دریابد که پیامهای یکسان ارسال شده اند.
این مد امن محسوب نمیشود حتی اگر از یک رمز قطعه ای قوی استفاده کنیم.
ECB مثالی از مواردی است که علی رغم بهره برداری از عناصر مرغوب، کیفیت نهایی دلخواه نیست.

109. مد کاری CBC-1 این مد از یک مقدار دهی اولیه تصادفی،IV، بهره میگیرد.
IV نيز بايد بصورت رمز شده ارسال شود. برای اينکار می توان از مد کاری ECB استفاده کرد.
در صورت ارسال IV بصورت متن واضح، تحليلگر ممکن است بتواند با فرستادن IV جعلی منجر به تغيير پيغام واگشایی شده در سمت گيرنده شود.
هر متن واضح به ازاء کلید ثابت هر بار به یک متن رمز شده متفاوت نگاشته میشود (زیرا مقدار IV تغییر مینماید).

110. مد کاری CBC-2 رمز نگاری: رمز گشایی: IV IV E E E E … D D D D P1 C1 K +PN
CN-1 K + IV
CN-1 …
رمز گشایی: D C1 P1 K + D C2 P2 K + D C3 P3 K + D CN PN K + IV
CN-1

111. Electronic Codebook (ECB)

112. Cipher Block Chaining (CBC)

113. Cipher Feedback (CFB)

114. Output Feedback (OFB)

115. Counter (CTR)

116. بررسی مد کاری CBC Cipher Block Chaining
ملزومات امنیتی:
IV باید کاملاً غیر قابل پیش بینی باشد
رمزنگاری:
عملیات رمزنگاری قابل موازی سازی نیست.
مقدار IV و متن واضح باید در دسترش باشند.
رمزگشایی:
عملیات رمزگشایی قابل موازی سازی است.
مقدار IV و متن رمزشده باید در دسترش باشند.
طول پیام:
در برخی موارد ممکن است وادار به افزایش طول پیام بشویم.
طول پیام باید مضربی از طول قطعه باشد.
پیاده سازی:
رمز گشایی و رمز نگاری، هر دو باید پیاده سازی شوند.

117. مد کاری CTR Counter-mode Encryption
رمز نگاری↓
رمزگشایی↓
شمارنده به طول بلاکهای مورنظر انتخاب شده و می تواند با مقدار اوليه صفر يا بصورت تصادفی انتخاب شود
counter + i
counter + i
(n)
(n) E E K K
(n)
(n)
(n)
(n)
(n)
(n) Pi Ci + Ci Pi +

118. بررسی مد کاری CTR
ملزومات امنیتی:
مقادیر شمارنده، در بازه طول عمر کلید، باید مجزا باشند.
رمزنگاری:
عملیات رمزنگاری قابل موازی سازی است.
برای عملیات رمزنگاری نیازی به متن واضح نیست.
مقادیر شمارنده برای عملیات رمزنگاری مورد نیاز است.
رمزگشایی:
عملیات رمزگشایی قابل موازی سازی است.
برای عملیات رمزگشایی نیازی به متن رمز شده نیست.
طول پیام:
هیچ گاه نیازی به افزایش طول پیام نداریم.
متن رمز شده میتواند هم طول با پیام کوتاه شود.
پیاده سازی:
تنها رمز نگاری باید پیاده سازی شود.
برای استفاده از رمزقطعه ای صرفا مقدار شمارنده موردنیاز است
برای استفاده از رمزقطعه ای صرفا مقدار شمارنده موردنیاز است.
می توان ابتدا مقدار EK(counter + i) را محاسبه نمود و سپس با رسيدن Ci متن نهايی را بازيابی کرد.

119. مد کاری CFB رمز نگاری↓ رمزگشایی↓ E E K K Pi Ci + Ci Pi +
initialized with IV
initialized with IV
(s)
(s)
shift register (n)
shift register (n)
(n)
(n) E E K K
(n)
(n)
select s bits
select s bits
(s)
(s)
(s)
(s)
(s)
(s) Pi Ci + Ci Pi +

120. مد کاری OFB رمز نگاری↓ رمزگشایی↓ E E K K Pi Ci + Ci Pi +
initialized with IV
initialized with IV
(s)
(s)
shift register (n)
shift register (n)
(n)
(n) E E K K
(n)
(n)
select s bits
select s bits
(s)
(s)
(s)
(s)
(s)
(s) Pi Ci + Ci Pi +

121. مقایسه CFB و OFB موارد استفاده CFB و OFB عیب CFB:
رمز جریانی
کاربردهای بی درنگ
عیب CFB:
انتشار خطای انتقال
OFB این عیب را برطرف می کند.

122. فهرست مطالب تعاريف رمزهای کلاسيک
الگوریتمهای رمزهای متقارن و رمزهای قطعه ای
استانداردهای رمزگذاری آمريکا
استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
استفاده از رمزهای قطعه ای
مدهای کاری رمزهای قطعه ای
لغت نامه
پیوست 1: DES
پیوست 2: 3DES,IDEA,Blowfish, RC5, CAST-128

123. استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
NIST در سال 1997 مسابقه ایی دو مرحله ایی برای طراحی استاندارد جدید برگزار کرد.
تمام طراحی ها باید بر اساس اصول کاملاً روشن انجام شوند.
سازمانهای دولتی آمریکا حق هیچ گونه دخالتی در طراحی الگوریتم ندارند.(خوشبختانه!)
در سال 2000 رایندال(Rijndael) به عنوان برنده اعلام شد
استاندارد جديد تحت عنوان استاندار رمزگذاری پیشرفته AES مورد قبول واقع شد.

124. فینالیست های مسابقه AES
MARS
RC6
Rijndael
Serpent
Twofish
مقاله زير اطلاعات بيشتر درباره مقایسه فيناليست ها ارائه می دهد:
A Performance Comparison of the Five AES Finalists
B. Schneier and D. Whiting
منتخب!

125. مشخصات استاندارد رمزگذاری پیشرفته AES
طول كليد 128، 192 و یا 256 بیت
طول قطعههاي ورودي و خروجي : 128، 192 و یا 256 بیت
تعداد دورها به طول کلید و نيز طول قطعه بستگی دارد.
برای 128 بیت: 9 دور

126. نحوه کار AES-128
الگوریتم زمان بندی کلید نقش تهیه کلید برای هر دور بر اساس کلید اصلی را بر عهده دارد.
متن واضح 128 بیتی به شکل یک ماتریس حالت 4×4 در می آید.
هر درایه یک بایت از متن واضح را نشان می دهد
این ماتریس در انتها مولد متن رمز است.

127. نحوه کار AES-128 در هر دور 4 عمل بر روی ماتريس حالت اعمال میشود.
جایگزینی بایتها : جایگزینی درایه های ماتریس حالت با استفاده از یک s-box
جابجایی سطری
ترکیب ستونها: ترکیب خطی ستونها با استفاده از ضرب ماتریسی
اضافه نمودن کلید دور: جمع مبنای دو ماتریس حالت با کلید دور

128. s-box نوعی تابع غیر خطی محسوب می شود توسط یک جدول پیاده سازی میشود.
در آن مصالحه ای بين کارآيی و امنيت برقرار است:
جدول بزرگ: الگوریتم قویتر
جدول کوچک: پیاده سازی ساده تر
ورودی تابع سطر و ستون درایه جدول را معین کرده و مقدار ذخیره شده در این درایه خروجی تابع است.

129. Rijndael
مراحل انجام الگوريتم Rijndael را در قالب يک فلش بررسی می کنيم.
ابزار مورد نیاز برای نمایش: Shockwave ActiveX
در صورت استفاده از IE با نسخه بالاتر از 4.0
از آدرس زیر قابل دریافت می باشد:
فايل Flash بايد در شاخه اسلايد قرار داشته باشد.

130. Rijndael

131. امنیت AES کماکان در حال بررسی از لحاظ مقایسه با DES:
فرض کنید ماشینی وجود دارد که کلید DES را از طریق آزمون جامع در یک ثانیه باز یابی میکند، یعنی در هر ثانیه 255 کلید را امتحان میکند. این ماشین کلید AES را در 149×1012 سال بازیابی مینماید.

132. مراجع مطالعه AES برای اطلاعات بیشتر به آدرسهای زیر رجوع کنید.

133. لغت نامه Authentication احراز هویت Brute Force آزمون جامع AES
استاندارد رمزگذاری پیشرفته
DES
استاندارد رمزگذاری داده
Padding
افزایش طول پیام
Provable Security
امنیت قابل اثبات
Differential cryptanalysis
تحليل تفاضلي
linear cryptanalysis
تحليل خطي
Substitution
جايگزيني
Permutation
جایگشت
NSA: National Security Agency
Timing Attack
حمله زماني
Meet-in-the-Middle attack
حمله ملاقات در میانه
Round
دور
Symmetric Encryption Scheme
رمزنگاری متقارن
Stream Cipher
رمزهای دنباله ای
Block Cipher
رمزهای قطعه ای
Symmetric Cipher
رمزهای متقارن
Key Schedule
زمان بندی کلید
plaintext
متن واضح
Confidentiality
محرمانگی
parallelization
موازی سازی
MAC: Message authentication code
کد احراز تمامیت پیام