Конкурсы по выбору симметричных функций в криптографии. AES. NESSIE. CRYPTREC

Wi – ключ раунда, вычисляемый из 512-битного ключа шифрования на этапе расширения ключа,
Ki – константы, различные для каждого раунда,
T1, T2 – промежуточные величины,
Ch(E, F, G) = (E AND F) ⊕ ( NOT E AND G),
Maj(A, B, C) = (A AND B) ⊕ (A AND C) ⊕ (B AND C),
Sum0(A) = (A >> 2) ⊕ (A >> 13) ⊕ (A >> 22),
Sum1(E) = (E >> 6) ⊕ (E >> 11) ⊕ (E >> 25).

Эксперты не нашли уязвимостей и у данного алгоритма.

2.7. Политика

Изначально многие специалисты считали, что конкурс NESSIE – это противопоставление конкурсу AES – «не могут же американцы выбрать алгоритм из Европы, поэтому будем выбирать сами». После того, как в конкурсе AES победил алгоритм из Бельгии, европейские страсти несколько поутихли. А выбор алгоритмов блочного шифрования и вовсе нельзя считать политизированным – видно «победное шествие» японских криптографов на конкурсе NESSIE.
Еще более интересна судьба на этом конкурсе алгоритма Rijndael - победителя AES. Vincent Rijmen, один из его разработчиков, по окончании конкурса AES считал, что в Европе совершенно логично выбрать тот же Rijndael в качестве стандарта. Однако, несмотря на то, что данный алгоритм был назван одним из победителей, он был одновременно «не рекомендован к стандартизации».
Если же сравнивать сами конкурсы криптоалгоритмов: AES и NESSIE, - то по многим параметрам NESSIE явно уступает американскому конкурсу. Во-первых, AES был весьма конкретен – только выбор алгоритма блочного шифрования, тогда как NESSIE явно не хватило фокусировки на более узких задачах. Во-вторых, конкурс AES организовывал и проводил государственный институт США, именно уполномоченный на выбор нового стандарта, а консорциум, проводящий NESSIE, состоял из именно научных организаций, что навевало мысли на «инициативу снизу» и вызывало сомнения в будущем победителей конкурса как «криптостандартов единой Европы». Ну и, наконец, США уже имеют опыт стандартизации криптоалгоритмов – вспомним DES, который был стандартом блочного шифрования почти во всем мире в течение 20 лет, причем, в нем не было найдено уязвимостей (не считая конструктивных – короткого ключа) за все это время. А вот в Евросоюзе подобного стандарта до сих пор не было.

3.      CRYPTREC – проект по выбору криптостандартов Японии

Название проекта CRYPTREC – это аббревиатура от Cryptography Research and Evaluation Committee, т. е. комитет по криптографическим исследованиям. CRYPTREC создан Правительством Японии в 2000 г. с целью исследования криптоалгоритмов и последующей рекомендации конкретных алгоритмов для использования в государственных и частных организациях.

 Данный комитет является межведомственным, он создан следующими организациями:

 МВД Японии;

 Министерство Экономики, Торговли и Промышленности;

 Национальный Институт Информационных и Коммуникационных Технологий;

 Агентство по развитию информационных технологий.

Кроме того, в создании CRYPTREC и его работе принимали участие МИД Японии, Министерство Обороны, Министерство Финансов и ряд университетов Японии.

3.1. Цели и этапы CRYPTREC

При старте проекта перед ним ставились следующие основные цели:

 выбор криптографических алгоритмов для рекомендации к использованию;

 мониторинг текущих исследований по криптографии и криптоанализу с целью своевременной коррекции рекомендаций;

 действия по стандартизации выбранных криптоалгоритмов.

В соответствии с первой из перечисленных целей, в начале проекта был проведен конкурс по выбору криптоалгоритмов, на основе которых могли быть сформированы национальные криптостандарты. Сам конкурс проходил в несколько этапов весьма похоже на проходившие примерно в то же время аналогичные конкурсы по выбору стандарта шифрования США (конкурс AES) и по выбору криптостандартов Евросоюза (конкурс NESSIE). Таким образом, хронология проекта CRYPTREC выглядит так:

 в мае 2000 г. проект был создан;

 с июля 2000 г. по апрель 2001 г. производился сбор заявок от организаций-разработчиков криптоалгоритмов (или организаций-владельцев прав на алгоритмы) на участие в проекте;

 с мая 2001 г. по ноябрь 2002 г. авторитетными специалистами и научными институтами Японии участвующие в конкурсе алгоритмы досконально изучались; принимались в расчет и исследования, проведенные в рамках конкурсов AES и NESSIE, поскольку некоторые из алгоритмов-участников CRYPTREC участвовали и в этих конкурсах;

 с ноября 2002 г. по август 2003 г. эксперты проекта подводили итоги предыдущего этапа; в конце данного этапа был выпущен отчет по предыдущим этапам проекта, содержащий, в числе прочего, список рекомендуемых криптоалгоритмов;

 в августе 2003 г. начался самый большой этап проекта – этап мониторинга, который продолжается по настоящее время; данный этап будет описан ниже.

3.2. Технологии и алгоритмы, рассматриваемые в рамках проекта

В рамках конкурса, проводимого на первых этапах проекта CRYPTREC, рассматривались следующие криптографические технологии:

 алгоритмы симметричного шифрования;

 алгоритмы асимметричного шифрования;

 хэш-функции;

 алгоритмы электронной подписи;

 алгоритмы выработки общего ключа;

 криптографические генераторы псевдослучайных чисел.

По каждой из перечисленных категорий определялся набор исследуемых алгоритмов, которые отбирались по одному из трех критериев:

 алгоритмы, заявленные на конкурс их изобретателями или владельцами прав на алгоритм;

 «обязательные для изучения алгоритмы», к которым, по мнению экспертов проекта, относились текущие стандарты и широко используемые алгоритмы;

 «особенные» алгоритмы (алгоритмы регионального значения).

Рассмотрим перечень исследуемых алгоритмов более подробно на примере алгоритмов блочного симметричного шифрования (полный список рассматриваемых в проекте алгоритмов весьма обширен). На конкурс из алгоритмов данной категории были заявлены следующие:

 64-битные (т. е. с 64-битным размером шифруемого блока данных):

o                          Hierocrypt-L1 (разработан фирмой Toshiba, Япония);

o                          MISTY1 (Mitsubishi Electric, Япония);

o                          CIPHERUNICORN-E (NEC, Япония);

 128-битные:

o                          Camellia (разработан совместно компаниями Mitsubishi Electric и NTT, Япония);

o                          CIPHERUNICORN-A (NEC, Япония);

o                          Hierocrypt-3 (Toshiba, Япония);

o                          RC6 (RSA, США);

o                          SC2000 (разработан совместно компанией Fujitsu и Университетом г. Токио, Япония).

Стоит отметить, что все перечисленные выше алгоритмы, кроме RC6, разработаны в Японии. Мало того, алгоритм RC6 вскоре после начала конкурса был отозван его автором Рональдом Ривестом – на конкурсе в данной категории остались только японские алгоритмы. Нельзя сказать, что данный факт говорит о предпочтении, которое эксперты конкурса давали собственным разработкам. Скорее, фактическое отсутствие в заявках на конкурс алгоритмов, разработанных за пределами Японии, говорит о недостаточном интересе к конкурсу со стороны мирового криптологического сообщества. Особенно это заметно в сравнении с проходящим параллельно конкурсом NESSIE.
Обязательными для изучения алгоритмами эксперты посчитали следующие:

 64-битные:

o                          DES (стандарт США);

o                          Triple DES (стандарт США);

 128-битный:

o                          AES (стандарт США).

Т. е. в качестве обязательных были рассмотрены текущий и предыдущие стандарты шифрования США – действительно, наиболее широко реализованные в мире алгоритмы шифрования.
В ранге «особенных» алгоритмов среди блочных шифров были рассмотрены 64-битные алгоритмы RC2 и SEED. Видимо, RC2 широко использовался в Японии (причем, рассмотрению подлежал даже вариант данного алгоритма с 40-битным ключом – в таком варианте алгоритм RC2 соответствовал существовавшим ранее экспортным ограничениям США). А алгоритм SEED являлся на момент проведения конкурса стандартом шифрования Южной Кореи, поэтому его рассмотрение в рамках конкурса криптостандартов Японии (как страны, обладающей большими экономическими и политическими связями с Японией) не выглядит удивительным.
Кроме того, в процессе исследовательской фазы проекта CRYPTREC были рассмотрены алгоритмы, не относящиеся ни к одной из трех вышеперечисленных категорий (т. е. не являющиеся участниками конкурса), а именно:

 64-битный:

o                          FEAL-NX (NTT, Япония);

 128-битные:

o                          RC6 (RSA, США);

o                          MARS (IBM, США).

Как было сказано выше, в проекте CRYPTREC рассматривалось немало алгоритмов-участников конкурсов AES и NESSIE. Среди перечисленных выше алгоритмов это следующие:

 алгоритм AES (т. е. победитель конкурса AES – алгоритм Rijndael);

 финалисты конкурса AES: MARS и RC6;

 алгоритм SC2000 – участник конкурса AES;

 победители конкурса NESSIE среди 64-битных и 128-битных блочных шифров – алгоритмы MISTY1 и Camellia);

 участники конкурса NESSIE Hierocrypt-L1 и Hierocrypt-3.

В результате исследований всех этих алгоритмов эксперты CRYPTREC рекомендовали использовать следующие алгоритмы:

 64-битные:

o                          CIPHERUNICORN-E;

o                          Hierocrypt-L1;

o                          MISTY1;

o                          Трехключевой вариант алгоритма Triple DES;

 128-битные:

o                          AES;

o                          Camellia;

o                          CIPHERUNICORN-A;

o                          Hierocrypt-3;

o                          SC2000.

При этом эксперты рекомендовали везде, где это возможно, вместо 64-битных алгоритмов использовать 128-битные, а алгоритм Triple DES использовать только в существующих реализациях.
И снова отметим, что среди рекомендованных алгоритмов подавляющее большинство – японские. Причем, экспертами рекомендованы все японские алгоритмы, рассматриваемые на конкурсе, за исключением FEAL-NX, который участником конкурса не являлся.
Стоит сказать, что на конкурсе AES, среди прочего, дискутировался вопрос, должен ли стандартом блочного симметричного шифрования быть один конкретный алгоритм, а не несколько алгоритмов, оптимизированных для реализации в различных средах. Эксперты CRYPTREC пошли тем же путем, что и устроители конкурса NESSIE – и там, и здесь было рекомендовано по несколько алгоритмов. 
 

3.3. Сравнение CRYPTREC с конкурсом NESSIE

Как было сказано выше, проект CRYPTREC имеет много сходств с конкурсом NESSIE, а именно:

 широта охвата криптографических технологий и алгоритмов;

 детальное изучение алгоритмов-участников конкурса с привлечением авторитетных мировых экспертов;

 рекомендательный характер выводов проекта;

 пересечение в ряде изучаемых алгоритмов и сходство в ряде рекомендаций.

При этом, CRYPTREC имеет два важных преимущества:

 в отличие от NESSIE, участники проекта – преимущественно государственные, а не научные организации, что должно упростить продвижение результатов проекта;

 наличие целей и фазы мониторинга.

И, конечно, немаловажен и упомянутый выше недостаток CRYPTREC – конкурс NESSIE вызвал существенно больший интерес и собрал на изучение алгоритмы со всего мира.

Мониторинг

Весьма немаловажной является и фаза мониторинга в данном проекте, которая состоит в следующем:

 анализ материалов конференций по криптологии;

 анализ публикаций по данной теме в научно-технических журналах и в сети Internet;

 спонсирование ряда международных конференций (среди которых такие масштабные конференции, как EUROCRYPT и AsiaCrypt) и участие в них наблюдателей от CRYPTREC;

 наблюдение за принятием международных, региональных и государственных стандартов в данной области;

 исследование новых алгоритмов (например, большой интерес экспертов CRYPTREC вызвал еще один японский алгоритм – появившийся недавно блочный шифр CLEFIA, разработанный компанией Sony);

 анализ криптографических протоколов, формирование требований к ним;

 рекомендации по реализации криптоалгоритмов и протоколов и по выбору оптимальных параметров;

 анализ проблемы миграции на рекомендуемые протоколы и алгоритмы; рекомендации по миграции.

Об участии экспертов CRYPTREC в стандартизации стоит сказать особо. Только в отчете CRYPTREC за 2007 г. (отчет опубликован в марте 2008 г.) упоминаются 4 стандарта, в разработке которых CRYPTREC принимает активное участие:

 Международный стандарт ISO/IEC 19790:2006 и его техническая поправка № 1 ISO/IEC 19790-1:2008. Данный стандарт описывает требования безопасности применительно к криптографическим модулям; он представляет собой международный вариант принятого в мае 2001 г. стандарта США FIPS 140-2.

 Стандарт FIPS 140-2 в настоящее время также модифицируется – на смену ему в ближайшее время должен прийти стандарт FIPS 140-3, черновой вариант которого уже сейчас можно посмотреть на сайте Национального Института Стандартов и Технологий США NIST (http://csrc.nist.gov). В разработке FIPS 140-3 также участвуют специалисты CRYPTREC.

 Еще один находящийся в разработке международный стандарт – ISO/IEC 24795 – посвящен вопросам архитектуры домашних электронных сетей; он попал в поле зрения CRYPREC по причине того, что в стандарте рассматриваются также вопросы безопасности локальных («домашних») сетей.

 И, наконец, CRYPTREC принимает активное участие в конкурсе SHA-3, проводимом NIST. Данный конкурс посвящен созданию нового стандарта хэширования США, который должен заменить текущий (с августа 2002 г.) стандарт хэширования FIPS 180-2, который описывает семейство алгоритмов SHA: SHA-1, -224, -256, -384, -512. 31 октября 2008 г. на конкурсе SHA-3 завершен этап сбора заявок на участие в конкурсе; эксперты приступили к изучению алгоритмов хэширования.