Feistel şifresi

Teorik çalışma

Birçok modern simetrik blok şifre Feistel ağlarını kullanır ve Feistel şifrelerinin yapısı ve özellikleri kriptograflar tarafından kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Özellikle, Michael Luby ve Charles Rackoff Feistel blok şifre yapısını analiz etmiş ve eğer tur fonksiyonu kriptografik olarak güvenli bir sözde rasgele fonksiyon ise, K_i tohum olarak kullanıldığında, blok şifreyi bir sözde rasgele permütasyon yapmak için 3 turun yeterli olduğunu, "güçlü" bir sözde rasgele permütasyon yapmak için ise 4 turun yeterli olduğunu kanıtlamıştır (bu, ters permütasyonuna oracle erişimi olan bir düşman için bile sözde rasgele kaldığı anlamına gelir). Luby ve Rackoff'un bu çok önemli sonucu nedeniyle Feistel şifreleri bazen Luby-Rackoff blok şifreleri olarak adlandırılır. Daha sonraki teorik çalışmalar bu yapıyı genelleştirmiş ve güvenlik için daha kesin sınırlar tanımlamıştır.

İnşaat

F {\displaystyle {\rm {F}} tur fonksiyonu olsun ve K 1 , K 2 , ... , K n {\displaystyle K_{1},K_{2},\ldots ,K_{n}} sırasıyla 1 , 2 , ... , n {\displaystyle 1,2,\ldots ,n} turları için alt anahtarlar olsun.

O halde temel işlem aşağıdaki gibidir:

Düz metin bloğunu iki eşit parçaya bölün, ( L 1 {\displaystyle L_{1}} , R 1 {\displaystyle R_{1}} )

Her tur için i = 1 , 2 , ... , n {\displaystyle i=1,2,\dots ,n} , compute (hesapla)

L i + 1 = R i {\displaystyle L_{i+1}=R_{i}\,}

R i + 1 = L i ⊕ F ( R i , K i ) {\displaystyle R_{i+1}=L_{i}\oplus {\rm {F}}(R_{i},K_{i})} .

Bu durumda şifreli metin ( R n + 1 , L n + 1 ) {\displaystyle (R_{n+1},L_{n+1})} şeklindedir. (Genellikle iki parça R n {\displaystyle R_{n}} ve L n {\displaystyle L_{n}} son turdan sonra değiştirilmez).

Bir şifreli metnin ( R n , L n ) {\displaystyle (R_{n},L_{n})} şifresinin çözülmesi i = n , n - 1 , ... , 1 {\displaystyle i=n,n-1,\ldots ,1} için hesaplanarak gerçekleştirilir.

R i = L i + 1 {\displaystyle R_{i}=L_{i+1}\,}

L i = R i + 1 ⊕ F ( L i + 1 , K i ) {\displaystyle L_{i}=R_{i+1}\oplus {\rm {F}}(L_{i+1},K_{i})} .

Sonra ( L 1 , R 1 ) {\displaystyle (L_{1},R_{1})} yine düz metindir.

Bu modelin bir avantajı, F {\displaystyle {\rm {F}} yuvarlak fonksiyonunun ters çevrilebilir olması gerekmemesi ve çok karmaşık olabilmesidir.

Diyagram şifreleme sürecini göstermektedir. Şifre çözme işlemi yalnızca K n , K n - 1 , ... , K 1 {\displaystyle K_{n},K_{n-1},\ldots ,K_{1}} alt anahtarlarının sırasını aynı işlemi kullanarak tersine çevirmeyi gerektirir; şifreleme ve şifre çözme arasındaki tek fark budur:

Dengesiz Feistel şifreleri, L 1 {\displaystyle L_{1}} ve R 1 {\displaystyle R_{1}} eşit uzunlukta olmadığı değiştirilmiş bir yapı kullanır. MacGuffin şifresi böyle bir şifrenin deneysel bir örneğidir.

Feistel yapısı blok şifreler dışındaki kriptografik algoritmalarda da kullanılmaktadır. Örneğin, Optimal Asimetrik Şifreleme Dolgusu (OAEP) şeması, belirli asimetrik anahtar şifreleme şemalarında şifre metinlerini rastgele hale getirmek için basit bir Feistel ağı kullanır.

P'nin düz metin ve C'nin şifreli metin olduğu blok şifre üzerinde Feistel ağ işlemi

Feistel şifrelerinin listesi

Feistel veya değiştirilmiş Feistel: Blowfish, Camellia, CAST-128, DES, FEAL, ICE, KASUMI, LOKI97, Lucifer, MARS, MAGENTA, MISTY1, RC5, TEA, Triple DES, Twofish, XTEA, GOST 28147-89

Genelleştirilmiş Feistel: CAST-256, MacGuffin, RC2, RC6, Skipjack