Threefish

Threefish
Создатель:	Брюс Шнайер
Создан:	2008 г.
Опубликован:	2008 г.
Размер ключа:	256/512/1024 бит
Размер блока:	256/512/1024 бит
Число раундов:	72 (80 при ключе 1024 бит)
Тип:	Подстановочно-перестановочная сеть

Threefish — в криптографии симметричный блочный криптоалгоритм, разработанный автором Blowfish и Twofish, американским криптографом Брюсом Шнайером в 2008-м году для использования в хэш-функции Skein и в качестве универсальной замены существующим блочным шифрам. Основными принципами разработки шифра были: минимальное использование памяти, необходимая для использования в хэш-функции устойчивость к атакам, простота реализации и оптимизация под 64-разрядные процессоры.

Структура алгоритма

Четыре из 72 раундов алгоритма Threefish-512

Threefish имеет очень простую структуру и может быть использован для замены алгоритмов блочного шифрования, будучи быстрым и гибким шифром, работающим в произвольном режиме шифрования. Threefish S-блоки не использует, основан на комбинации инструкций исключающего или, сложения и циклического сдвига.

Как и AES, шифр реализован в виде подстановочно-перестановочной сети на обратимых операциях, не являясь шифром сети Фейстеля.

Алгоритм предусматривает использование tweak-значения, своего рода вектора инициализации, позволяя изменять таким образом значение выхода, без изменения ключа, что имеет положительный эффект как для реализации новых режимов шифрования, так и на криптостойкости алгоритма.

Как результат мнения авторов, что несколько сложных раундов зачастую хуже применения большого числа простых раундов, алгоритм имеет нетрадиционно большое число раундов - 72 или 80 при ключе 1024 бит, однако, по заявлению создателей, его скоростные характеристики опережают AES примерно в два раза. Стоит заметить, что по причине 64-битной структуры шифра, данное заявление имеет местно лишь на 64-разрядной архитектуре. Поэтому, Threefish, как и Skein^[1], основанный на нём, на 32-разрядных процессорах показывает значительно худшие результаты чем на «родном» оборудовании.

Ядром шифра является простая функция «MIX», преобразующая два 64-битных беззнаковых числа, в процессе которой происходит сложение, циклический сдвиг (ROL/ROR), и сложение по модулю 2 (XOR).

Ниже представлен код MIX-функции для Threefish-1024^[2]:

// Константы для циклического сдвига
 
int R16[8][8] =
{
   { 55, 43, 37, 40, 16, 22, 38, 12 },
   { 25, 25, 46, 13, 14, 13, 52, 57 },
   { 33,  8, 18, 57, 21, 12, 32, 54 },
   { 34, 43, 25, 60, 44,  9, 59, 34 },
   { 28,  7, 47, 48, 51,  9, 35, 41 },
   { 17,  6, 18, 25, 43, 42, 40, 15 },
   { 58,  7, 32, 45, 19, 18,  2, 56 },
   { 47, 49, 27, 58, 37, 48, 53, 56 },
};
 
// d - раунд, j - индекс в таблице циклического сдвига
 
void mix(int j, int d)
{
   usigned long long rotl;
 
   y[0]  = x[0] + x[1];
   rotl  = R16[d % 8][j];
   y[1]  = (x[1] << rotl) | (x[1] >> (64 - rotl));
   y[1] ^= y[0];
}

Процедура расшифрования обратна процедуре зашифрования и содержит обратную функцию DEMIX.

Каждый из 72 раундов Threefish-256 и Threefish-512 имеет четыре MIX преобразования, Threefish-1024 - восемь обращений к MIX функции.

Безопасность

По заявлению авторов, алгоритм имеет более высокий уровень безопасности, чем AES. Существует атака на 25 из 72 раундов Threefish, в то время как для AES - на 6 из 10. Threefish имеет показатель фактора безопасности 2.9, в свою очередь, AES всего 1.7^[3]

Для достижения полной диффузии, шифру Threefish-256 достаточно 9 раундов, Threefish-512 - 10 раундов и Threefish-1024 - 11 раундов. Исходя из этого, 72 и 80 раундов соответственно в среднем, обеспечат лучшие результаты, чем существующие шифры.^[4]

В то же время, алгоритм имеет гораздо более простую структуру и функцию преобразования, однако выполнение 72-80 раундов, по мнению исследователей, обеспечивает необходимую стойкость. Применяемый размер ключа от 256 до 1024 бит сводит на нет возможность полного перебора паролей при так называемой атаке грубой силой (brute force attack) на современном оборудовании.

Ссылки

• Официальная страница Skein и Threefish (англ.)
• Информация по шифру Threefish
• Исходный код алгоритма Threefish-512 на языках C и Delphi

См. также

Skein - хэш-функция, основанная на Threefish

Примечания

1. ↑ Skein опережает в два раза SHA-512 и входит в пятерку наиболее быстрых хэш-функций-кандидатов SHA-3 на 64-битной архитектуре
2. ↑ Исходный код Threefish-1024 на языке C и на языке Delphi
3. ↑ Информация по шифру в статье „The Skein Hash Function“
4. ↑ The Skein Hash Function Family  (англ.)