Мережа Файстеля

Мережа Файстеля (конструкція Файстеля) — різновид блочного шифру з певною ітеративною структурою. Багато сучасних алгоритмів використовують мережу Файстеля як основу.

Історія

В 1973 році Горст Файстель (Шаблон:Lang-en) в журналі Scientific American опублікував статтю «Криптографія і комп'ютерна безпека»(«Cryptography and Computer Privacy»), в якій розкрив деякі важливі аспекти шифрування, а також ввів конструкцію, названу пізніше мережею Файстеля. Ця схема була використана в проєкті Lucifer фірми IBM, над яким працював Файстель і Дон Коперсміт (Don Coppersmith). Цей проєкт був скоріше експериментальним, але став базисом для DES. Ітеративна структура алгоритму дозволяла спростити його реалізацію в апаратному середовищі.

Конструкція

Шифрування

Розшифрування

• блок відкритого тексту ділиться на 2 рівні частини ($L_0,R_0)$
• в кожному раунді вираховується ($i=1\dots n$ — номер раунду)

$L_i=R_{i-1}\oplus f(L_{i-1},K_{i-1})$
$R_i=L_{i-1}$,

де $f$ — деяка функція, а $K_{i-1}$ — ключ $i$-го раунду. Результатом виконання $n$ раундів є $(L_n,R_n)$. Але зазвичай в $n$-му раунді перестановка $L_n$ і $R_n$ не виконуються, що дозволяє використовувати ту ж процедуру і для розшифрування, просто інвертувавши порядок використання раундової ключової інформації:

$L_{i-1}=R_i\oplus f(L_i,K_{i-1})$
$R_{i-1}=L_i$,

Невеликі зміни дозволяють досягнути повної ідентичності процедур шифрування та розшифрування. Одною із переваг такої моделі є застосовність алгоритму незалежно від функції $f$, і вона може бути довільної складності.

Модифікації мережі Файстеля

При великому розмірі блоків шифрування (128 біт і більше) реалізація такої мережі Файстеля на 32-розрядних архітектурах може викликати складнощі, тому використовуються модифіковані варіанти цієї конструкції. У звичайних ситуаціях використовуються мережі з 4 гілками. На малюнку показано найбільш розповсюджені модифікації. Також існують схеми, в яких довжини половинок $L_0$ і $R_0$ не збігаються. Вони називаються незбалансованими.

• Модифікації мережі Файстеля
• 
  Тип 1
• 
  Тип 2
• 
  Тип 3

Шифри на основі мережі Файстеля

Такі шифри використовують класичну або модифіковану мережу Файстеля у своїй основі:

• Blowfish
• Camellia
• CAST
• DES
• FEAL
• ГОСТ 28147-89
• KASUMI
• LOKI97
• Lucifer
• MacGuffin
• MARS
• MAGENTA
• MISTY1
• RC2
• RC5
• RC6
• Skipjack
• TEA
• Triple DES
• Twofish
• XTEA

Посилання

• Стаття Cryptography and Computer Privacy Шаблон:Webarchive Шаблон:Ref-en

Шаблон:Crypto-stub Шаблон:Refimprove Шаблон:Крипто навігація Шаблон:Блочні алгоритми шифрування