ложил незначительно изменить алгоритм, чтобы сделать s3DES безопасным по отношению и к дифференциал ь-ному, и к линейному криптоанализу [165]. Исследователи вернулись к своим компьютерам и разработали улу ч-шенную технику проектирования S-блоков [835, 837]. Они предложили s4DES [836], а затем s5DES [838, 944].

В -4-й приведены для s3DES (с обращенными S -блоками 1 и 2), которые безопасны по отношению к обоим видам криптоанализа. Использование этого варианта вместе с трехкратным DES наверняка помешает крипто анализу.

DES с S-блоками, зависящими от ключа

Линейный и дифференциальный криптоанализ работают только, если аналитику известно строение S-блоков. Если S-блоки зависят от ключа и выбираются криптографически сильным методом, то линейный и диффере н-циальный криптоанализ значительно усложнятся. Хотя надо помнить, что даже у хранящихся в секрете случа й-но созданных S-блоков очень плохие дифференциальные и линейные характеристики.

Табл. 12-16.

S-блоки s3DES (с обращенными S-блоками 1 и 2)

S-блок 1:

S-блок 7:

Вот как можно использовать 48 дополнительных битов ключа для создания S-блоков, устойчивых как к линейному, так и к дифференциальному криптоанализу [165].

(1)Изменить порядок S-блоков DES: 24673158.

(2)Выбрать 16 из оставшихся битов ключа. Если первый бит 1, обменять местами первые и последние два ряда S-блока 1. Если второй бит 1, обменять местами первые и последние восемь столбцов S-блока 1. Повторить то же самое для третьего и четвертого битов и S-блока 2. Повторить то же самое для S-блоков с 3

(3)Взять оставшиеся 32 бита ключа. Выполнить XOR первых четырех битов с каждым элементом S-блока 1, XOR следующих четырех битов с каждым элементом S-блока 2, и так далее.

Сложность вскрытия такой системы с помощью дифференциального криптоанализа составит 251, с пом о-щью линейного криптоанализа - 2 53. Сложность исчерпывающего перебора составит 2102.

Что хорошо в этом варианте DES так это то, что он может быть реализован в существующей аппаратуре. Различные поставщики микросхем DES продают микросхемы DES с возможностью загрузки S-блоков. Можно реализовать любой способ генерации S-блоков вне микросхемы и затем загрузить их в нее. Для дифференц и-ального и линейного криптоанализа нужно так много известных или выбранных открытых текстов, что эти сп особы вскрытия становятся неосуществимыми. Вскрытие грубой силой также трудно себе представить, не пом о-жет никакое увеличение скорости.

12.7 Насколько безопасен сегодня DES?

Ответ одновременно и прост, и труден. При простом ответе учитывается только длина ключа (см. раздел 7.1). Машина для вскрытия DES грубой силой, способная найти ключ в среднем за 3.5 часа, в 1993 году стоила 1 миллион долларов [1597, 1598]. DES используется очень широко, и наивно было бы предполагать, что NSA и аналогичные организации в других странах не построили по такому устройству. И не забывайте, что стоимость уменьшается в 5 раз каждые 10 лет. С течением времени DES будет становиться все менее и менее безопасным.

Для трудного ответа нужно попытаться оценить криптоаналитические методы. Дифференциальный крипто анализ был известен в NSA задолго до середины 70-х, когда DES впервые стал стандартом. Наивно считать, что с тех пор теоретики NSA ничего не делали, почти наверняка они разработали новые криптоаналитические мет оды, которые можно использовать против DES. Но фактов у нас нет, одни слухи.

Винн Шварцтау (Winn Schwartau) пишет, что NSA построило огромную параллельную машину для вскр ы-тия DES уже в середине 80-х [1404]. По крайней мере одна такая машина была построена в Harris Corp. С использованием Cray Y-MP. Предположительно существует ряд алгоритмов, которые на несколько порядков уменьшают сложность вскрытия DES грубой силой. Контекстные алгоритмы, основанные на внутренней работе DES, позволяют отбросить ряд ключей, используя частичные решения. Статистические алгоритмы уменьшают эффективную длину ключа еще сильнее. Другие алгоритмы также проверяют вероятные ключи - слова, печ а-таемые последовательности ASCII, и т.д. (см. раздел 8.1). По слухам NSA может вскрыть DES за время от 3 до 15 минут, в зависимости от того коков будет выполненный объем предварительной обработки. И каждая такая машина стоит порядка 50000 долларов.

Согласно другим слухам, если у NSA есть большое количество открытых текстов и шифротекстов, его эк сперты могут выполнить некоторые статистические расчеты и затем считать ключ из архива на оптических ди с-ках.

И то, что это только слухи, не дает мне чувство уверенности в DES. Этот алгоритм очень долго был очень большой мишенью. Почти любое изменение DES послужит дополнительной защитой, может быть получивши й-ся шифр и будет менее устойчив к вскрытию, но у NSA может не оказаться средств решения этой конкретной задачи.

Я рекомендую использовать схему Бихама для зависящих от ключа S-блоков. Она может быть легко реал и-зована программно или аппаратно (с помощью микросхем с загружаемыми S-блоками), и не приводит к потере эффективности по сравнению с DES. Эта схема повышает устойчивость алгоритма к вскрытию грубой силой, усложняет дифференциальный и линейный криптоанализ и заставляет NSA столкнуться с алгоритмом, по кра й-ней мере таким же сильным как DES, но другим.