Интерактивная демонстрация
Изучите работу сети Фейстеля и процесс шифрования DES
Сеть Фейстеля (Feistel Network)
L и R - левая и правая половины блока, F - функция шифрования
Результат
История
IBM и NBS
1972-1977
IBM (разработка) и NBS (стандартизация)
DES (Data Encryption Standard) был разработан компанией IBM на основе более раннего шифра Lucifer. В 1977 году он был принят Национальным бюро стандартов (NBS) США как федеральный стандарт шифрования.
Разработка велась под руководством Хорста Фейстеля, который создал архитектуру сети Фейстеля — фундаментальную концепцию, используемую во многих современных шифрах.
Интересный факт: Изначально NSA (Агентство национальной безопасности США) потребовало уменьшить длину ключа с 128 бит до 56 бит и изменить S-боксы. Позже выяснилось, что это было сделано для защиты от дифференциального криптоанализа — метода взлома, который тогда был засекречен.
Принципы работы
DES — блочный шифр, работающий с блоками по 64 бита и использующий ключ длиной 56 бит. Основан на сети Фейстеля из 16 раундов.
Начальная перестановка (IP)
64-битный блок открытого текста подвергается начальной перестановке.
16 раундов Фейстеля
Блок делится на две половины по 32 бита (L и R). В каждом раунде правая половина обрабатывается функцией F с подключом и складывается по XOR с левой половиной.
Функция F (ядро DES)
Расширяющая перестановка, XOR с подключом, 8 S-боксов (замен), прямая перестановка.
Генерация подключей
Из 56-битного ключа генерируются 16 48-битных подключей (по одному на каждый раунд).
Финальная перестановка (IP⁻¹)
После 16 раундов выполняется обратная перестановка.
Математическая модель
Для каждого раунда i = 1..16:
Li = Ri-1
Ri = Li-1 ⊕ F(Ri-1, Ki)
где ⊕ — операция XOR, F — функция Фейстеля, Ki — подключ раунда i
Безопасность
Предупреждение: DES считается устаревшим с 1999 года. Его 56-битный ключ недостаточен для защиты от современных атак.
Методы взлома
Полный перебор (Brute Force)
256 ≈ 72 квадриллиона вариантов ключа. В 1998 году сеть EFF DES Cracker взломала DES за 56 часов. Сегодня это занимает считанные часы.
Дифференциальный криптоанализ
Атака, изобретённая в 1990-х. Требует 247 выбранных открытых текстов. В DES защита от этой атаки была встроена в S-боксы.
Линейный криптоанализ
Атака Мацуи (1993). Требует 243 известных открытых текстов. Показал теоретическую уязвимость DES.
Оценка безопасности
Применение
Историческое применение
- Федеральный стандарт США (1977-2002)
- Банковские транзакции (ATM, POS-терминалы)
- WEP (первая версия Wi-Fi безопасности)
- UNIX-системы (шифрование паролей)
Наследие в криптографии
- Архитектура сети Фейстеля стала стандартом
- Тройной DES (3DES) — расширение с тремя ключами
- Образовательный стандарт для изучения блочных шифров
- Предшественник AES и других современных шифров
Современные варианты
Хотя сам DES устарел, его принципы живут в:
- 3DES — три последовательных применения DES
- DESX — усиленная версия с дополнительными ключами
- Встроенные системы с ограниченными ресурсами
Интересный факт
В 1998 году Electronic Frontier Foundation построила специализированный компьютер "DES Cracker" за $250,000, который мог перебирать все возможные ключи DES за несколько дней. Сегодня такая же вычислительная мощность доступна в обычном ноутбуке. Это наглядная демонстрация прогресса в вычислительной технике и устаревания криптографических стандартов.