А,В,Соколов, 0,М, Степанюк - Скачать документы

Глава 4. Криптографические методы защиты информации 355
реализации дают возможность попарно объединить и выполнить замену в 8-битных
группах, что существенно эффективнее. Надлежащая организация замены позволяет
также избежать вращения слова на выходе функции шифрования, если хранить узлы
замены как массивы 4-байтовых слов, в которых уже выполнено вращение.
Такая «раздутая» таблица замен потребует для своего хранения 4*28*4 = 212 байт
или 4К оперативной памяти. Указанные шаги оптимизации позволяют реализовать
раунд шифрования по ГОСТу за 10 машинных команд, включая выделение и загрузку
в регистры отдельных байтов из 4-байтовых слов. С учетом способности процессоров
Intel Pentium параллельно выполнять команды, раунд ГОСТа может быть реализован
за 6 тактов работы процессора, а весь процесс шифрования — за 32*6 = 192 такта.
Добавляя еще 8 тактов на различные внутрипроцессорные задержки, получим оценку
затрат процессорного времени на реализацию цикла шифрования по алгоритму ГОСТ
28147-89 в 200 тактов. На процессоре Pentium Pro 200 это позволит достичь предела
быстродействия шифрования миллион блоков в секунду, или 8 Мбайт/с (на самом деле
эта величина будет меньше).
Рассматриваемый алгоритм шифрования может быть также эффективно реализован
и на 8-битных микроконтроллерах, поскольку составляющие его элементарные операции
входят в систему команд большинства наиболее распространенных контроллеров.
При этом суммирование по модулю 232 придется разделить на одну операцию сложения
без переноса и три операции сложения с переносом, выполняемые каскадно. Все остальные
операции также легко могут быть представлены в виде 8-байтовых операндов.
При аппаратной реализации ГОСТа один раунд предполагает последовательное
выполнение трех операций над 32-битными аргументами: суммирование, замена, выполняемая
одновременно во всех восьми 4-битных группах, и побитовое суммирование
по модулю 2. Циклический сдвиг не является отдельной операцией, так как обеспечивается
простой коммутацией проводников. Таким образом, при аппаратной
реализации цикл шифрования требует выполнения 106 элементарных операций, и эту
работу нельзя распараллелить.
Характеристики быстродействия программных реализаций, выполненных по алгоритму
ГОСТ 28147-89 и новому американскому стандарту шифрования — шифру
Rijndael, представлены в табл. 4.5.
Таблица 4.5. Показатели быстродействия реализаций алгоритмов шифрования
Процессор
Pentium 166
Pentium III 433
ГОСТ 281 47-89
2,04 Мбайт/с
8,30 Мбайт/с
Rijndael, 14 раундов
2,46 Мбайт/с
9,36 Мбайт/с
Из табл. 4.5 видно, что рассмотренные алгоритмы обладают сопоставимыми характеристиками
быстродействия при реализации на 32-битных платформах. При использовании
8-битных платформ картина будет примерно такой же.
Что касается аппаратной реализации, то, в отличие от алгоритмов шифрования
ГОСТа, Rijnael позволяет достичь высокой степени параллелизма при выполнении
шифрования, оперирует блоками меньшего размера и содержит меньшее число раундов,
в силу чего его аппаратная реализация на базе одной и той же технологии теоретически
может быть более быстродействующей (примерно в 4 раза).