Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТАРОГО И НОВОГО СТАНДАРТОВ РФ НА КРИПТОГРАФИЧЕСКУЮ ФУНКЦИЮ ХЭШИРОВАНИЯ

Научная статья
Санчес Р.Х.А.
DOI:
https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.45.002
Выпуск: № 3 (45), 2016
Опубликована:
2016/15/03
PDF

Санчес Р.Х.А.

Аспирант, Южный Федеральный Университет

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТАРОГО И НОВОГО СТАНДАРТОВ РФ НА КРИПТОГРАФИЧЕСКУЮ ФУНКЦИЮ ХЭШИРОВАНИЯ

Аннотация

В статье  приведен сравнительный анализ старого (ГОСТ Р 34.11–94) и нового (ГОСТ Р 34.11-2012) стандартов Российской Федерации, описывающих алгоритмы и процедуры вычисления хэш-функции, которые используются в процессах создания и верификации цифровой подписи.

Ключевые слова: криптография, шифрование, хэш-функция.

Sanchez R.J.A.

Postgraduate student, Southern Federal University

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE OLD AND NEW STANDARDS RF ON CRYPTOGRAPHIC HASH FUNCTION

Abstract

The article presents a comparative analysis of the old (GOST R 34.11-94 ) and the new ( GOST R 34.11-2012 ) standards of the Russian Federation, describing the algorithms and procedures for calculating the hash functions, which used in the process of creating and verifying digital signature.

Keywords: cryptography, encryption, hash function.

 

ГОСТ Р 34.11-2012 (функция «Стрибог») является новым российским криптографическим стандартом  хэш-функции для любого набора двоичных символов, которые используются в компьютерных методах криптографии [1].

Стандарт разработан для замены ГОСТ Р 34.11–94 (далее «ГОСТ») [2], обработка блоков в котором происходит по алгоритму шифрования ГОСТ 28147-89 [3-5], содержим нелинейные преобразования на S-блоках. Алгоритм ГОСТ является итеративным.

В процессе шифровки происходит 32 раунда преобразований (рис. 1):

08-02-2016 11-51-47

Рис. 1 Раунд алгоритма ГОСТ 28147-89

Разработка стандарта потребовалась для создания хэш-функции, отвечающей необходимым потребностям стандарта ГОСТ 34.10-2012 [6] на электронную цифровую подпись (ЦП). Данная функция хэширования применяется при практической реализации систем ЦП на основе ассиметричного криптографического алгоритма (один ключ используется для зашифрования данных, а другой для дешифрования), которые позволяют обойти недостатки, свойственные симметричным системам: при их использовании не нужен секретный обмен ключами (открытые ключи передаются динамически), а так же исчезает квадратичная корреляция количества ключей от количества пользователей.

В новом стандарте размер блока входных данных вдвое меньше, чем в ГОСТ при той же длине хэша, однако «Стрибог» может работать и при длине хэша в два раза большей.

Базовый алгоритм шифрования реализует перестановку элементов множества V128 в зависимости от значений итерационных ключей Ki ∈ V128, i=1,2,…,10.

Алгоритм зашифрования реализует преобразование множества V128 в соответствии с равенством

 08-02-2016 11-52-58 (1)

где a ∈ V128.

Алгоритм расшифрования реализует преобразование множества V128 в соответствии с равенством

 08-02-2016 11-53-04 (2)

где a ∈ V128.

Значения Ki ∈ V512, i = 1,…13 вычисляются как:

08-02-2016 11-53-15   (3)

В качестве функции сжатия  старый стандарт предусматривает использование симметричного блочного шифра ГОСТ 28147-89. Функция сжатия состоит из 4-х параллельных блоков шифрования по ГОСТ 28147-89, механизма генерации ключей для выполнения шифрования и выходного перемешивающего преобразования.

В «Стрибог» функция сжатия основана на конструкции Миагучи-Пренеля (рис. 2).

08-02-2016 11-53-26

Рис. 2 Схема конструкции Миагучи-Пренеля, где:

m i – исходное сообщение, h i – значение хеш-функции, h i-1 – значение предыдущей хеш-функции

Значение хэш-кода сообщения M ∈ V* рассчитывается при помощи итерационной процедуры. На каждом шаге вычисления хэш-кода применяется функция сжатия:

08-02-2016 11-53-35 (4)

значение которой определяется по формуле:

08-02-2016 11-53-43 (5)

где

08-02-2016 11-53-53 (6)

Еще одним значительным отличием нового стандарта от старого является  то, что значение инициализационного вектора в ГОСТ не определенно, а в новом стандарте определенно и фиксировано.

В [7] приводится исследование старого и нового стандартов Российской Федерации.

Тестирование производилось на ЦП Intel Core i7-920 CPU @ 2.67 GHz и видеокарте NVIDIA GTX 580. Использовалась авторская гибридная 32-битная схема для «Стрибог» и простая последовательная для ГОСТ.

Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты производительности

08-02-2016 11-50-46

В работе [8] были обнаружены некоторые слабые стороны алгоритма ГОСТ с теоретической точки зрения, в то время как из работы [9] можно сделать вывод, что на практике невозможно осуществить атаку на полнораундовую функцию «Стрибог».

Группа исследователей из университета «Конкордия» провели интегральный криптоанализ алгоритма AES, который является базовым для функции «Стрибог» [10]. Результатом исследования использования стало получение значении от 264 до 2120 входных или среднераундовых значений при разных условиях нахождения различителя.

Выводы

  1. Новый стандарт проще в реализации и оптимизации как алгебраически, так и для конкретной платформы.
  2. Криптографическая стойкость нового российского алгоритмы получения хэш-функции выше, чем у старого стандарта ГОСТ.
  3. Новая функция «Стрибог» обладает значительной криптостойкостью и на настоящий момент является недостижимой для полного теоретического взлома.

 

Литература

  1. Информационная технология. Криптографическая защита информации. Функция хэширования. ГОСТ Р 34.11-2012. М.: Стандартинформ, 2012. - 38с.
  2. Информационная технология. Криптографическая защита информации. Функция хэширования. ГОСТ Р 34.11-94. М.: Госстандарт России, 1994.- 23с.
  3. ГОСТ 28147-89 Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования – М.: Госстандарт СССР, 1989.
  4. Бабенко Л.К., Ищукова Е.А. Анализ алгоритма ГОСТ 28147-89: поиск слабых блоков // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Информационная безопасность». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ. – 2014. – № 2(151) – С. 148–157.
  5. Бабенко Л.К., Ищукова Е.А. Использование слабых блоков замены для линейного криптоанализа блочных шифров // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Информационная безопасность». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ. – 2014. – № 2(151). – С. 136–147.
  6. Криптографическая защита информации. Процессы формирования и проверки электронной цифровой подписи. ГОСТ Р 34.10-2012. М.: Стандарттинформ, 2012. - 38 с.
  7. Лебедев П.А. «Параллельные вычисления и задачи управления». Материалы конференции // Москва,  http://paco2012.ipu.ru/procdngs/F108.pdf // 2012 г. с. 266-272
  8. Mendel, N. Pramstaller, C. Rechberger, M. Kontak, and J. Szmidt. Cryptanalysis of the GOST hash function. In D. Wagner, editor, Advances in Cryptology CRYPTO 2008, volume 5157 of LNCS, pages 162–178.
  9. R. 2. 2. h. Riham AlTawy and Amr M. Youssef. Integral Distinguishers for Reduced-round Stribog. Cryptology ePrint Archive.
  10. Jian Guo and Jérémy Jean and Gaëtan Leurent and Thomas Peyrin and Lei Wang.The Usage of Counter Revisited: Second-Preimage Attack on New Russian Standardized Hash Funct. Cryptology ePrint Archive, Report 2014/675, 2014. http://eprint.iacr.org/2014/675.

References

  1. Informatsionnaya tekhnologiya. Kriptograficheskaya zashchita informatsii. Funktsiya kheshirovaniya. GOST R 34.11-2012. M.: Standartinform, 2012. - 38s.
  2. Informatsionnaya tekhnologiya. Kriptograficheskaya zashchita informatsii. Funktsiya kheshirovaniya. GOST R 34.11-94. M.: Gosstandart Rossii, 1994.- 23s.
  3. GOST 28147-89 Sistemy obrabotki informatsii. Zashchita kriptograficheskaya. Algoritm kriptograficheskogo preobrazovaniya – M.: Gosstandart SSSR, 1989.
  4. Babenko L.K., Ishchukova E.A. Analiz algoritma GOST 28147-89: poisk slabykh blokov // Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki. Tematicheskiy vypusk «Informatsionnaya bezopasnost'». – Taganrog: Izd-vo TTI YuFU. – 2014. – № 2(151) – S. 148–157.
  5. Babenko L.K., Ishchukova E.A. Ispol'zovanie slabykh blokov zameny dlya lineynogo kriptoanaliza blochnykh shifrov // Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki. Tematicheskiy vypusk «Informatsionnaya bezopasnost'». – Taganrog: Izd-vo TTI YuFU. – 2014. – № 2(151). – S. 136–147.
  6. Kriptograficheskaya zashchita informatsii. Protsessy formirovaniya i proverki elektronnoy tsifrovoy podpisi. GOST R 34.10-2012. M.: Standarttinform, 2012. - 38 s.
  7. Lebedev P.A. «Parallel'nye vychisleniya i zadachi upravleniya». Materialy konferentsii // Moskva, http://paco2012.ipu.ru/procdngs/F108.pdf // 2012 g. s. 266-272
  8. Mendel, N. Pramstaller, C. Rechberger, M. Kontak, and J. Szmidt. Cryptanalysis of the GOST hash function. In D. Wagner, editor, Advances in Cryptology CRYPTO 2008, volume 5157 of LNCS, pages 162–178.
  9. R. 2. 2. h. Riham AlTawy and Amr M. Youssef. Integral Distinguishers for Reduced-round Stribog. Cryptology ePrint Archive.
  10. Jian Guo and Jérémy Jean and Gaëtan Leurent and Thomas Peyrin and Lei Wang.The Usage of Counter Revisited: Second-Preimage Attack on New Russian Standardized Hash Funct. Cryptology ePrint Archive, Report 2014/675, 2014. http://eprint.iacr.org/2014/675.