Block Ciphers

Block Cipher

plain text를 블록단위로 나누어 암호키와 알고리즘을 적용하는 암호화 방식.

 

 

Block Cipher는 반복으로 구성되어 있다.

- 키를 확장한다 (ex. 16byte를 길게만든다? round가 12개면 12개의 key)  
  => 라운드마다 다른 키를 넣는다 

- plaintext와 ciphertext가 고정된 크기의 블락으로 이루어져 있다. (64bit or more)

- ciphertext는 round-function의 반복으로 부터 얻어진다. (동일한 round function 반복) 

- round-function의 input에는 key와 이전 round의 output으로 이루어져 있다.

- round function 정의해야 한다.

- 주로 소프트웨어에서 실행된다.

 

Feistel Cipher: Encryption

- Block cipher의 타입중 하나이고, 특정한 block cipher를 의미하는 것은 아니다.

- plain text 블락을 Left와 Right로 나눈다. => P = (L0, R0)

- Ciphertext C = (Ln, Rn)

- 각 라운드에서 Li = Ri-1, Ri = Li-1 xor F(Ri-1,  ki

- Ki는 subkey 이다

 

Feistel Cipher: Decryption

- CiphertextC = (Ln, Rn)에서 부터 시작

- 각 라운드에서 Ri-1=Li, Li-1 = Ri xor F(Ri-1, Ki) 

- Plaintext P = (L0, R0)

 

 

 

DES (Data Encryption Standard)

 

- Feistel Cipher방식의 encryption 

  => 한번에 라운드를 거쳤을때 입력에 대해 절반만 변이가 나타난다.
- 핵심문제..각각의 라운드에서 round function이 필요한데 어떻게 디자인하는지?
- block size=64bit

  => encryption or decryption function으로는 64bit크기의 데이터블럭 입력이 주어져야하고 처리함 (AES는 128bit)
- key length=56bit (56bit 초기 공유키)
- 16 rounds
- 각각의 라운드에 48bits subkey가 필요

- 각 라운드 substitution과 permutation 반복

- 보안: 주로 S-box에 의존한다. (6bit->4bit으로 만듦. s=Substitution)

 

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initial permutation -> 16rounds function -> swap operateion -> final permutation

=> 64bit cipher text(output)

(initial permutation과 final permutation은 inverse관계. decryption에서 중요한 개념)

 

 

다음 그림은 각 라운드에서 일어나는 operation

각 라운드에서 일어나는 operation

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DES Expansion Permutation

32bit input을 48bit output으로 만든다. 

같은 값들이 들어가지만 위치가 다르고 순서가 바뀌어서 반복되는 숫자들이 있다.

 

DES S­‐box

처음과 마지막 비트는 열을 참조하고 중간에 비트들은 행을 참조한다.

(ex. 101101 => 열:11, 행:0110 => 0001)

 

DES P-box

32bit 값들의 위치를 뒤죽박죽으로 만들어 놓는다.

 

몇몇 중요한 내용

- initial permutation은 round1 이전에 일어난다.

- 마지막라운드가 끝난 후 나눠진 L, R은 스왑된다.

- last permutation은 R16과 L16에 적용된다.

- 이중 무엇도 보안목적을 제공하지 않는다.

 

-Security of DES 

- 보안이 S-box에 너무 의존적이다.

- 백도어는 존재하지 않는다

- 컴퓨터의 발전에 따라 56bit의 키 길이는 짧다. exhaustive key search 공격 가능하다.  

 

=> triple DES가 나타남


Triple DES

-56bit DES key는 너무 작기때문에 exhaustive key search 공격이 가능해져 나타났다.

-DES를 3번 수행한다. 

 => C= E(D(E(P,K1)),K2),K1) 

      P= D(E(D(C,K1),K2),K1) 
-2개의 서로 다른키가 필요하다.

 => 왜 3개가 아닐까?

       :Backward compatible (D(E(P,K1)),K2),K1) = E(P,K)

        112bits 키도 충분하다.