👩🏻‍🤝‍👨🏼 🍬 📙 ECBモードでのGOST R 34.12-2015の段階的な操作 🕢 🎮 🤛🏼

ECBモードのGrasshopper

少し前まで、ブロック暗号化の新しい標準-GOST R 34.12-2015 に関する記事が掲載されました。このアルゴリズムのすべての革新が十分に詳細に説明されています。この記事では、ユーザーが国内標準の利点をより明確に理解できるように、単純な置換モードでのアルゴリズムの段階的な操作を説明しようとします。ラウンドキーの展開プロセスと暗号化モードでは、同じ変換が使用されるため、この問題を個別に取り上げることはありません。理解を深めるために、各変換ではC ++の標準実装コードの一部を説明します

それでは始めましょう。

プレーンテキストa = 1122334455667700ffeeddccbbaa9988とマスターキーkey = 8899aabbccddeeff0011223344556677fedcba98765432100123456789abcdefがあります。

最初の変換は、プレーンテキストと最初のラウンドキーの2を法とするビット単位の加算です。

X変換：a-plaintext、b-roundキー（マスターキーの古い部分に一致）、outdata-resultの変換。

int funcX(unsigned char* a, unsigned char* b, unsigned char* outdata) { for (int i = 0; i < 16; ++i) { outdata[i] = a[i] ^ b[i]; } return -1; }

最初の変換の結果は128ビットのベクトルで、 99BB99FF99BB99FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFです。アルゴリズムの2番目の変換は、置換ブロックを使用した最初の操作の後に得られたベクトルの非線形全単射変換です。次のように機能します。

モジュロ2を追加した後、128ビットのベクトルがバイト単位で10進数に変換され、ルックアップテーブル（Sブロック）のバイトの位置が決定されます。その後、この位置から10進数が読み取られ、16進数に変換されます。たとえば、16進数99は10進数153に対応します。ルックアップテーブルの要素番号153の値は232で、16進数E8に対応します。

ソースデータの場合、この変換は次のようになります。

S変換（X変換のindata結果、S変換のoutdata結果）：

 void funcS(unsigned char* indata, unsigned char* outdata) { for (int i = 0; i < 16; ++i) { outdata[i] = kPi[indata[i]]; } }

kPi-arrayは同じSブロックです。

暗号化の次の手順は、線形フィードバックシフトレジスタを使用して実行される線形変換です。最初に、S変換の結果がバイト単位で読み取られ、次に読み取られた各バイトに256が乗算されます（これは、GOSTによるGFフィールド（2 ^ n）のすべての可能な乗算結果でtable.hテーブル内の数値の位置を計算するために必要です）。位置から数値が読み取られ、 148、32、133、16、194、192、1、251、1、192、194、16、133、32、148、1の係数が追加されます。反復数に応じて、次のようになります。バイト。バイトは2を法として加算され、128ビットすべて（S変換の結果）が下位にシフトされ、結果の16進数が読み取りバイトの代わりに書き込まれます。レジスタがシフトされ、16回上書きされます。

R変換（S変換のインデータ結果、レジスターの単一シフトのアウトデータ結果）：

 int funcR(unsigned char * indata, unsigned char *outdata) { unsigned long sum = 0; for (int i = 0; i < 16; ++i) { sum ^= multTable[indata[i] * 256 + kB[i]]; } outdata[0] = sum; memcpy(outdata + 1, indata, 15); return -1; }

直接L変換：

 int funcL(unsigned char* indata, unsigned char* outdata) { unsigned char tmp[16]; int i = 0; memcpy(tmp, indata, 16); for (i = 0; i < 16; ++i) { funcR(tmp, outdata); memcpy(tmp, outdata, 16); } return 0; }

L変換の結果は、次の128ビットベクトルE297B686E355B0A1CF4A2F9249140830になります。これは、アルゴリズムの最初のラウンドの結果です。次の8ラウンドも同じように進み、標準の説明でその結果を確認できます。最後の10ラウンドには、9ラウンドの結果と10ラウンドのキーのX変換のみが含まれます。

Grasshopper実装のソースコードを掘り下げるのが面倒な人向け

非線形全単射変換

 static const unsigned char kPi[256] = { 252, 238, 221, 17, 207, 110, 49, 22, 251, 196, 250, 218, 35, 197, 4, 77, 233, 119, 240, 219, 147, 46, 153, 186, 23, 54, 241, 187, 20, 205, 95, 193, 249, 24, 101, 90, 226, 92, 239, 33, 129, 28, 60, 66, 139, 1, 142, 79, 5, 132, 2, 174, 227, 106, 143, 160, 6, 11, 237, 152, 127, 212, 211, 31, 235, 52, 44, 81, 234, 200, 72, 171, 242, 42, 104, 162, 253, 58, 206, 204, 181, 112, 14, 86, 8, 12, 118, 18, 191, 114, 19, 71, 156, 183, 93, 135, 21, 161, 150, 41, 16, 123, 154, 199, 243, 145, 120, 111, 157, 158, 178, 177, 50, 117, 25, 61, 255, 53, 138, 126, 109, 84, 198, 128, 195, 189, 13, 87, 223, 245, 36, 169, 62, 168, 67, 201, 215, 121, 214, 246, 124, 34, 185, 3, 224, 15, 236, 222, 122, 148, 176, 188, 220, 232, 40, 80, 78, 51, 10, 74, 167, 151, 96, 115, 30, 0, 98, 68, 26, 184, 56, 130, 100, 159, 38, 65, 173, 69, 70, 146, 39, 94, 85, 47, 140, 163, 165, 125, 105, 213, 149, 59, 7, 88, 179, 64, 134, 172, 29, 247, 48, 55, 107, 228, 136, 217, 231, 137, 225, 27, 131, 73, 76, 63, 248, 254, 141, 83, 170, 144, 202, 216, 133, 97, 32, 113, 103, 164, 45, 43, 9, 91, 203, 155, 37, 208, 190, 229, 108, 82, 89, 166, 116, 210, 230, 244, 180, 192, 209, 102, 175, 194, 57, 75, 99, 182};

バイナリベクトルのセットの逆非線形全単射変換：

 static const unsigned char kReversePi[256] = { 0xa5, 0x2d, 0x32, 0x8f, 0x0e, 0x30, 0x38, 0xc0, 0x54, 0xe6, 0x9e, 0x39, 0x55, 0x7e, 0x52, 0x91, 0x64, 0x03, 0x57, 0x5a, 0x1c, 0x60, 0x07, 0x18, 0x21, 0x72, 0xa8, 0xd1, 0x29, 0xc6, 0xa4, 0x3f, 0xe0, 0x27, 0x8d, 0x0c, 0x82, 0xea, 0xae, 0xb4, 0x9a, 0x63, 0x49, 0xe5, 0x42, 0xe4, 0x15, 0xb7, 0xc8, 0x06, 0x70, 0x9d, 0x41, 0x75, 0x19, 0xc9, 0xaa, 0xfc, 0x4d, 0xbf, 0x2a, 0x73, 0x84, 0xd5, 0xc3, 0xaf, 0x2b, 0x86, 0xa7, 0xb1, 0xb2, 0x5b, 0x46, 0xd3, 0x9f, 0xfd, 0xd4, 0x0f, 0x9c, 0x2f, 0x9b, 0x43, 0xef, 0xd9, 0x79, 0xb6, 0x53, 0x7f, 0xc1, 0xf0, 0x23, 0xe7, 0x25, 0x5e, 0xb5, 0x1e, 0xa2, 0xdf, 0xa6, 0xfe, 0xac, 0x22, 0xf9, 0xe2, 0x4a, 0xbc, 0x35, 0xca, 0xee, 0x78, 0x05, 0x6b, 0x51, 0xe1, 0x59, 0xa3, 0xf2, 0x71, 0x56, 0x11, 0x6a, 0x89, 0x94, 0x65, 0x8c, 0xbb, 0x77, 0x3c, 0x7b, 0x28, 0xab, 0xd2, 0x31, 0xde, 0xc4, 0x5f, 0xcc, 0xcf, 0x76, 0x2c, 0xb8, 0xd8, 0x2e, 0x36, 0xdb, 0x69, 0xb3, 0x14, 0x95, 0xbe, 0x62, 0xa1, 0x3b, 0x16, 0x66, 0xe9, 0x5c, 0x6c, 0x6d, 0xad, 0x37, 0x61, 0x4b, 0xb9, 0xe3, 0xba, 0xf1, 0xa0, 0x85, 0x83, 0xda, 0x47, 0xc5, 0xb0, 0x33, 0xfa, 0x96, 0x6f, 0x6e, 0xc2, 0xf6, 0x50, 0xff, 0x5d, 0xa9, 0x8e, 0x17, 0x1b, 0x97, 0x7d, 0xec, 0x58, 0xf7, 0x1f, 0xfb, 0x7c, 0x09, 0x0d, 0x7a, 0x67, 0x45, 0x87, 0xdc, 0xe8, 0x4f, 0x1d, 0x4e, 0x04, 0xeb, 0xf8, 0xf3, 0x3e, 0x3d, 0xbd, 0x8a, 0x88, 0xdd, 0xcd, 0x0b, 0x13, 0x98, 0x02, 0x93, 0x80, 0x90, 0xd0, 0x24, 0x34, 0xcb, 0xed, 0xf4, 0xce, 0x99, 0x10, 0x44, 0x40, 0x92, 0x3a, 0x01, 0x26, 0x12, 0x1a, 0x48, 0x68, 0xf5, 0x81, 0x8b, 0xc7, 0xd6, 0x20, 0x0a, 0x08, 0x00, 0x4c, 0xd7, 0x74};

lの形成における乗算因子：

 static const unsigned char kB[16] = { 148, 32, 133, 16, 194, 192, 1, 251, 1, 192, 194, 16, 133, 32, 148, 1};

Xに変換：

 int funcX(unsigned char* a, unsigned char* b, unsigned char* outdata) { for(int i = 0; i < 16; ++i) { outdata[i] = a[i] ^ b[i]; } return -1; }

Sを変換：

 void funcS(unsigned char* indata, unsigned char* outdata){ for(int i = 0; i < 16; ++i) { outdata[i] = kPi[indata[i]]; } }

Lを変換

 int funcL(unsigned char* indata, unsigned char* outdata) { unsigned char tmp[16]; int i = 0; memcpy(tmp, indata, 16); for(i = 0; i < 16; ++i) { funcR(tmp, outdata); memcpy(tmp, outdata, 16); } return 0; }

R変換：

 int funcR(unsigned char * indata , unsigned char *outdata ){ unsigned long sum=0; for(int i = 0; i < 16; ++i) { sum ^= multTable[indata[i]*256 + kB[i]]; } outdata[0] = sum; memcpy(outdata+1, indata, 15); return -1; }

逆変換S：

 int funcReverseS(unsigned char* indata, unsigned char* outdata) { unsigned int i; for(i = 0; i < 16; ++i) { outdata[i] = kReversePi[indata[i]]; } return 0; }

逆L変換：

 int funcReverseL(unsigned char* indata, unsigned char* outdata) { unsigned char tmp[16]; unsigned int i; memcpy(tmp, indata, 16); for(i = 0; i < 16; ++i) { funcReverseR(tmp, outdata); memcpy(tmp, outdata, 16); } return 0; }

逆変換R：

 int funcReverseR(unsigned char* indata, unsigned char* outdata) { unsigned char tmp[16] = {0}; unsigned char sum = 0; unsigned int i; memcpy(tmp, indata+1, 15); tmp[15] = indata[0]; for(i = 0; i < 16; ++i) { sum ^= multTable[tmp[i]*256 + kB[i]]; } memcpy(outdata, tmp, 15); outdata[15] = sum; return 0; }

反復キーを生成する機能：

 int funcF(unsigned char* inputKey, unsigned char* inputKeySecond, unsigned char* iterationConst, unsigned char* outputKey, unsigned char* outputKeySecond) { unsigned char temp1[16] = {0}; unsigned char temp2[16] = {0}; funcLSX(inputKey, iterationConst, temp1); funcX(temp1, inputKeySecond, temp2); memcpy(outputKeySecond, inputKey, 16); memcpy(outputKey, temp2, 16); return 0; }

反復定数を生成する機能：

 int funcC(unsigned char number, unsigned char* output) { unsigned char tempI[16] = {0}; tempI[15] = number; funcL(tempI, output); return 0; }

ラウンドキーを取得するためのわずかに変更された手順：

 int ExpandKey(unsigned char* masterKey, unsigned char mass[8][16] ) { unsigned char C[16] = {0}; unsigned char temp1[16] = {0}; unsigned char temp2[16] = {0}; unsigned char j, i; unsigned char keys[16]; int g=0; memcpy(keys, masterKey, 16); memcpy(keys + 16, masterKey + 16, 16); memcpy(temp1, keys,16); memcpy(temp1+16, keys+16,16); for(j = 0; j < 4; ++j) { for( i = 1; i <8; ++i ) { funcC(j*8+i, C); funcF(temp1, temp2, C, temp1, temp2); } funcC(j*8+8, C); funcF(temp1, temp2, C, temp1, temp2); //  ! memcpy(keys , temp1, 16); memcpy(keys + 16, temp2, 16); memcpy(mass[g],temp1,16); g++; memcpy(mass[g],temp2,16); g++; } return 0; }

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