Алгоритм шифрования BlowFish на D

Сегодня мы поговорим о том, как реализовать алгоритм шифрования BlowFish на языке программирования D. Если вы интересуетесь безопасностью данных или просто хотите узнать что-то новое, то эта статья для вас. Будем разбирать всё по шагам, с примерами кода, чтобы даже новички смогли всё понять.

Что такое BlowFish?

BlowFish — это алгоритм симметричного блочного шифрования, разработанный Брюсом Шнайером в 1993 году. Он стал известен благодаря своей высокой скорости и безопасности. В отличие от многих других алгоритмов, BlowFish свободно доступен и не патентован, что делает его отличным выбором для многих разработчиков.

Преимущества BlowFish:

• Скорость: Быстрое шифрование и дешифрование.
• Гибкость: Ключи могут быть длиной от 32 до 448 бит.
• Безопасность: Устойчив к большинству известных атак.

Основные концепции BlowFish

Перед тем как погрузиться в код, давайте разберём основные концепции BlowFish:

1. Блочный шифр: BlowFish обрабатывает данные блоками по 64 бита.
2. Ключ: Ключ используется для шифрования и дешифрования данных. Его длина может быть от 32 до 448 бит.
3. S-блоки и P-блоки: Алгоритм использует матрицы замены (S-блоки) и массивы перестановок (P-блоки) для обеспечения безопасности.

Реализация BlowFish на языке D

Подготовка окружения

Для начала, установим компилятор D. Если у вас ещё нету D-компилятора, вы можете скачать его с официального сайта D.

Шаг 1: Создание базовой структуры

Создадим файл blowfish.d и определим базовую структуру для нашего BlowFish-класса.

module blowfish;

class BlowFish {
    private:
        uint[] P; // P-блоки
        uint[][] S; // S-блоки

    public:
        this(byte[] key) {
            initialize(key);
        }

        void initialize(byte[] key) {
            // Инициализация P и S блоков
        }

        uint encrypt(uint data) {
            // Шифрование данных
            return data;
        }

        uint decrypt(uint data) {
            // Дешифрование данных
            return data;
        }
}

Шаг 2: Инициализация P и S блоков

BlowFish использует предварительно заданные массивы P и S, которые должны быть инициализированы в начале. Мы также будем использовать функцию для расширения ключа.

import std.conv : to;
import std.bitmanip : bitfields;

uint[18] P_INIT = [ ... ]; // Инициализационные значения P-блоков
uint[4][256] S_INIT = [ ... ]; // Инициализационные значения S-блоков

void BlowFish.initialize(byte[] key) {
    P = P_INIT.dup;
    S = S_INIT.dup;

    int keyLength = key.length;
    int keyIndex = 0;

    // XOR ключа с P-блоками
    foreach (i; 0 .. 18) {
        uint data = 0;
        foreach (j; 0 .. 4) {
            data = (data << 8) | key[keyIndex % keyLength];
            keyIndex++;
        }
        P[i] ^= data;
    }

    uint left = 0;
    uint right = 0;

    // Шифрование нулевых данных для инициализации P и S блоков
    foreach (i; 0 .. 18 by 2) {
        auto encrypted = encryptBlock(left, right);
        P[i] = encrypted[0];
        P[i + 1] = encrypted[1];
    }

    foreach (i; 0 .. 4) {
        foreach (j; 0 .. 256 by 2) {
            auto encrypted = encryptBlock(left, right);
            S[i][j] = encrypted[0];
            S[i][j + 1] = encrypted[1];
        }
    }
}

uint[2] BlowFish.encryptBlock(uint left, uint right) {
    // Реализация шифрования одного блока
    foreach (i; 0 .. 16) {
        left ^= P[i];
        right ^= F(left);
        auto temp = left;
        left = right;
        right = temp;
    }

    auto temp = left;
    left = right;
    right = temp;

    right ^= P[16];
    left ^= P[17];

    return [left, right];
}

uint BlowFish.F(uint x) {
    // Функция F для шифрования
    auto a = (x >> 24) & 0xFF;
    auto b = (x >> 16) & 0xFF;
    auto c = (x >> 8) & 0xFF;
    auto d = x & 0xFF;

    return ((S[0][a] + S[1][b]) ^ S[2][c]) + S[3][d];
}

Шаг 3: Шифрование и дешифрование данных

Теперь добавим методы для шифрования и дешифрования данных.

uint BlowFish.encrypt(uint data) {
    auto left = data >> 32;
    auto right = data & 0xFFFFFFFF;

    auto encrypted = encryptBlock(left, right);
    return (encrypted[0] << 32) | encrypted[1];
}

uint BlowFish.decrypt(uint data) {
    auto left = data >> 32;
    auto right = data & 0xFFFFFFFF;

    auto decrypted = decryptBlock(left, right);
    return (decrypted[0] << 32) | decrypted[1];
}

uint[2] BlowFish.decryptBlock(uint left, uint right) {
    // Реализация дешифрования одного блока
    foreach_reverse (i; 0 .. 16) {
        left ^= P[i + 2];
        right ^= F(left);
        auto temp = left;
        left = right;
        right = temp;
    }

    auto temp = left;
    left = right;
    right = temp;

    right ^= P[1];
    left ^= P[0];

    return [left, right];
}

Пример использования

Создадим отдельный файл main.d и протестируем наш BlowFish-класс.

import blowfish;
import std.stdio;

void main() {
    byte[] key = [0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07];
    BlowFish blowfish = new BlowFish(key);

    uint data = 0x12345678;
    uint encrypted = blowfish.encrypt(data);
    uint decrypted = blowfish.decrypt(encrypted);

    writeln("Original: ", data);
    writeln("Encrypted: ", encrypted);
    writeln("Decrypted: ", decrypted);
}

Вот и всё! Мы реализовали алгоритм шифрования BlowFish на языке программирования D. Надеюсь, вам было интересно и полезно. Если у вас есть вопросы или предложения, не стесняйтесь оставить комментарий.

---

---