Проектирование и разработка информационных систем

1.1.1 Сеть Фейстеля 
Блочные 
шифры, 
которые 
используют 
последовательность 
перестановок и подстановок, называют сетью перестановок-подстановок или 
SP-сетью. Большинство современных блочных алгоритмов, относятся к так 
называемым сетям Фейстеля. Это алгоритмы или стандарты DES, Lucifer, 
FEAL, ГОСТ 28147-89, CAST, Blowfish и другие [1], [2]. 
На вход блочного алгоритма шифрования подается блок открытого 
текста длиной m-битов и ключ K. Блок открытого текста разделяется на две 

---

18 
части - подблоки N1 и N2. Если размеры частей равны, такую архитектуру 
называют классической или сбалансированной сетью Фейстеля. Если части N1 
и N2 не равны, то алгоритм называют разбалансированной сетью Фейстеля. 
Все раунды обработки проходят по одной и той же схеме. Сначала 
выполняется операция подстановки. Она заключается в применении к 
подблоку N2 некоторой функции F использующей значение ключа, и 
последующем сложении полученного результата с подблоком N1 с помощью 
логической операции XOR. Для всех раундов функция раунда имеет одну и ту 
же структуру, но зависит от параметра — подключа раунда. Подключи раундов 
отличаются от общего ключа и друг от друга и вычисляются на основе общего 
ключа К. После подстановки выполняется перестановка, представляющая 
собой обмен местами двух половин блока данных.
Результат i-го раунда определяется по результату предыдущего раунда: 
{
𝑁1(𝑖 + 1) = 𝑁2(𝑖)
𝑁2(𝑖 + 1) = 𝑁1(𝑖) ⊕ 𝐹(𝑁2(𝑖), 𝐾(𝑖))
(1-1) 
где 
i - раунд 
N1, N2 – подблоки открытого текста 
K(i) – ключ раунда I 
Если параметры функции F изменяются после зашифрования каждого 
следующего символа, то сеть Фейстеля является гетерогенной. Если параметры 
функции F не изменяются, то сеть - гомогенная. 
Шифр, использующий такую конструкцию обратим. Процесс 
расшифрования шифра Фейстеля принципиально не отличается от процесса 
шифрования. Применяется тот же алгоритм, но на вход подается шифрованный 
текст, а подключи используются в обратной последовательности. 
Если рассматривать криптоаналитическую стойкость алгоритма сети 
Фейстеля, который является базой для симметричных алгоритмов шифрования, 
то можно выделить следующие основные параметры, от которых будет 
зависеть стойкость алгоритма к взлому:

---

19 
- Размер блока. Чем больше размер блока, тем выше надежность шифра, 
но скорость выполнения операций шифрования и расшифрования снижается.
- Размер ключа. Чем длиннее ключ, тем выше надежность шифра, но 
при этом скорость выполнения операций шифрования и расшифрования 
снижается.
- Число раундов обработки. Чем больше число раундов шифрования, 
тем более усложняется криптоанализ шифра. В общем случае число раундов 
должно выбираться так, чтобы все известные методы криптоанализа требовали 
больше усилий, чем анализ с помощью перебора всех ключей.
- Алгоритм вычисления подключей. Чем сложнее алгоритм вычисления 
подключей, тем в большей степени усложняется криптоанализ шифра.
- Функция раунда. Применение гетерогенных и разбалансированных 
сетей Фейстеля может значительно улучшить характеристики шифра. 
Основным 
недостатком 
симметричного 
шифрования 
является 
необходимость передачи ключей "из рук в руки". Недостаток этот весьма 
серьезен, поскольку делает невозможным использование симметричного 
шифрования в системах с неограниченным числом участников.