Криптоанализ перебором всех возможных ключей
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
Высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М. А. Бонч-Бруевича»
_____________________________________________________________________________
Кафедра защищенных систем связи
Дисциплина «Основы криптографии»
Лабораторная работа №2
Криптоанализ блочного шифра тотальным перебором ключей
Выполнил: ст.гр. ИКТЗ-33
Кобзев Сергей
Проверил: Д.т.н., проф. Яковлев В.А.
Санкт-Петербург
Цель работы:
Целью данной работы является изучение структуры и основных свойств блочного шифра, основанного на подстановочно перестановочной сети (Substitution-Permutation Network или SPN), криптоанализа методом тотального перебора ключей и правила принятия решения о правильном ключе при переборе.
Ход работы:
1. Сначала мы вводим управляющий ключ из 7-ми бит для генерации 5 раундовых ключей по 16 бит, в данном случае: «1010111».
Рис.1 Раундовые ключи
2. Далее мы производим шифрование случайно выбранной двоичной последовательности длиной 16 бит с использованием выбранного в п.1
ключа. Выбранная двоичная последовательность:« 1110 1011 0111 0001»
Рис.2 Зашифрованная двоичная последовательность
3. На третьем шаге дешифруем криптограмму, полученную на выходе шифра в п. 2 с использованием ключа, выбранного в п. 1,затем последовательно инвертируя каждый отдельный бит криптограммы, эмулируем ошибки в канале связи и подсчитываем количество ошибок при расшифровании.
Рис.3 Расшифрованная криптограмма
Исходная криптограмма: 0100 0000 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 1110 1011 0111 0001
Рис.4 Расшифрованная криптограмма при инвертированном 1-ом бите
Расшифровка криптограммы при инвертировании 1-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 1100 0000 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 0001 1000 1001 0011
Количество ошибок: 10
Расшифровка криптограммы при инвертировании 2-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0000 0000 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 0000 1011 0100 0001
Количество ошибок: 5
Расшифровка криптограммы при инвертировании 3-его бита:
Криптограмма с ошибкой: 0110 0000 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 1110 0100 0111 0001
Количество ошибок: 4
Расшифровка криптограммы при инвертировании 4-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0101 0000 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 1101 0101 1000 1100
Количество ошибок: 11
Расшифровка криптограммы при инвертировании 5-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 1000 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 0010 0111 0001 0100
Количество ошибок: 8
Расшифровка криптограммы при инвертировании 6-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0100 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 1011 1100 0001 0111
Количество ошибок: 9
Расшифровка криптограммы при инвертировании 7-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0010 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 1011 1100 0001 0111
Количество ошибок: 9
Расшифровка криптограммы при инвертировании 8-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0010 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 0001 1011 0001 1001
Количество ошибок: 7
Расшифровка криптограммы при инвертировании 9-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0001 0101 0111
Расшифрованная криптограмма: 1101 1000 1011 0101
Количество ошибок: 7
Расшифровка криптограммы при инвертировании 10-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0000 1101 0111
Расшифрованная криптограмма: 0010 1011 0111 1100
Количество ошибок: 4
Расшифровка криптограммы при инвертировании 11-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0000 0001 0111
Расшифрованная криптограмма: 1101 0010 1110 0100
Количество ошибок: 8
Расшифровка криптограммы при инвертировании 12-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0000 0111 0111
Расшифрованная криптограмма: 0111 1011 1110 0101
Количество ошибок: 3
Расшифровка криптограммы при инвертировании 13-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0000 0100 1111
Расшифрованная криптограмма: 0010 0111 0110 0100
Количество ошибок: 7
Расшифровка криптограммы при инвертировании 14-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0000 0101 0011
Расшифрованная криптограмма: 0011 0011 1100 1101
Количество ошибок: 9
Расшифровка криптограммы при инвертировании 15-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0000 0101 0101
Расшифрованная криптограмма: 0101 1000 0111 0000
Количество ошибок: 6
Расшифровка криптограммы при инвертировании 16-ого бита:
Криптограмма с ошибкой: 0100 0000 0101 0110
Расшифрованная криптограмма: 0000 0100 1010 1111
Количество ошибок: 13
Среднее значение ошибок в дешифрованном сообщении при ошибочном приеме одного бита криптограммы:
Nош.ср. = (120)/16=7.5
4. Шифрование смыслового текста ключом, полученным в п.1:
Рис.5 Смысловой текст(исходный и зашифрованный)
5. Дешифровывание смыслового текста ключом из п.1 и ложным:
Рис.6 Дешифрование смыслового текста ключом из п.1
Рис.7 Дешифрование смыслового текста ложным ключом
6. Криптоанализ криптограммы, полученной в п.4:
Криптоанализ перебором всех возможных ключей
При отклонении в 6% частотные интервалы равны:
P(«о»)=( 3 , 15) %
P(«а»)=( 0.2 , 12.2) %
P(«и»)=(0.2 , 12.2 ) %
Проверялись ключи:
Ключ=0001101 P(«о»)=0.07% P(«а»)=0.04% P(«и»)=0.02%
Ключ=0010000 P(«о»)=0.07% P(«а»)=0.07% P(«и»)=0.04%
Ключ=0100011 P(«о»)=0.07% P(«а»)=0.03% P(«и»)=0.02%
Ключ=0101011 P(«о»)=0.07% P(«а»)=0.05% P(«и»)=0.03%
Ключ=1110000 P(«о»)=0.07% P(«а»)=0.08% P(«и»)=0.03%
Ключ=1110111 P(«о»)=0.07% P(«а»)=0.04% P(«и»)=0.04%
При отклонении в 5% частотные интервалы равны:
P(«о»)= ( 4 , 14) %
P(«а»)= ( 1.2 , 11.2) %
P(«и»)= (1.2 , 11.2 ) %
Проверялись ключи:
Ключ=0001010 P(«о»)=0.07% P(«а»)=0.05% P(«и»)=0.05%
Минимальные частотные интервалы, на которых извлекается ключ соответствуют отклонению в 1%
P(«о»)= ( 8 , 10) %
P(«а»)= ( 5.2 , 7.2) %
P(«и»)= (5.2 , 7.2 ) %
Рис.8 Исходный ключ
Вывод:Криптостойкость системы увеличивается при увеличении числа раундов шифрования. Ошибка в блоке приводит к тому, что весь блок дешифруется с ошибками, но при этом не влияет на соседние блоки