Реализация криптоалгоритма Threefish на языке D

Вы когда-нибудь задумывались, как работают современные системы шифрования? Сегодня я расскажу вам о блочном криптографическом алгоритме Threefish и о том, как его реализовать на языке программирования D. Давайте вместе разберёмся в этой теме, погрузимся в детали и даже напишем немного кода.

Что такое Threefish?

Threefish — это блочный криптографический алгоритм, разработанный как часть криптографического семейства Skein. Он был создан Брюсом Шнайером и его командой. Алгоритм известен своей высокой скоростью и простотой реализации, что делает его привлекательным для разнообразных приложений, требующих защиты данных.

Основные особенности Threefish

• Размер блока: Threefish поддерживает размеры блоков 256, 512 и 1024 бита.
• Размер ключа: Размеры ключа соответствуют размерам блоков — 256, 512 и 1024 бита.
• Структура: Использует сеть Фейстеля и циклические сложения, сдвиги и побитовые операции.

Эти особенности делают Threefish чрезвычайно гибким и подходящим для широкого спектра криптографических задач.

Реализация Threefish на языке D

Основные шаги реализации

1. Определение структуры данных:
   • Ключ
   • Блок данных
2. Инициализация ключа:
   • Генерация подпоключей
3. Основной цикл шифрования:
   • Выполнение раундов шифрования
4. Функция расшифрования:
   • Обратное преобразование шифрования

Шаг 1: Определение структуры данных

Первым шагом будет определение структуры данных для ключа и блока. Вот пример кода:

struct ThreefishKey {
    ubyte[32] key; // 256-битный ключ
}

struct ThreefishBlock {
    ubyte[32] block; // 256-битный блок данных
}

Шаг 2: Инициализация ключа

Threefish использует несколько подпоключей, которые генерируются из основного ключа. Для генерации подпоключей нам потребуется дополнительная функция.

void generateSubkeys(ref ThreefishKey k, out ThreefishKey[] subkeys) {
    // Пример генерации подпоключей
    subkeys.length = 72; // Для 72 раундов
    foreach (i; 0 .. 72) {
        subkeys[i] = k; // Замена на реальную генерацию
    }
}

Шаг 3: Основной цикл шифрования

Выполним основной цикл шифрования, состоящий из 72 раундов, где на каждом этапе данные будут подвергаться различным преобразованиям.

void encrypt(ref ThreefishBlock data, ThreefishKey[] subkeys) {
    foreach (round; 0 .. 72) {
        // Выполнение операций сложения, сдвигов и XOR
        // Псевдокод:
        // data.block = (data.block + subkeys[round].key) ^ (data.block >>> round);
    }
}

Шаг 4: Функция расшифрования

Функция расшифрования является обратным процессом шифрования.

void decrypt(ref ThreefishBlock data, ThreefishKey[] subkeys) {
    foreach_reverse (round; 0 .. 72) {
        // Обратные операции сложения, сдвигов и XOR
        // Псевдокод:
        // data.block = (data.block ^ (data.block >>> round)) - subkeys[round].key;
    }
}

Пример кода для полного процесса

Теперь давайте объединим всё это в один полный пример, который можно скомпилировать и запустить.

import std.stdio;
import std.conv;

struct ThreefishKey {
    ubyte[32] key;
}

struct ThreefishBlock {
    ubyte[32] block;
}

void generateSubkeys(ref ThreefishKey k, out ThreefishKey[] subkeys) {
    subkeys.length = 72;
    foreach (i; 0 .. 72) {
        subkeys[i] = k; // Замена на реальную генерацию
    }
}

void encrypt(ref ThreefishBlock data, ThreefishKey[] subkeys) {
    foreach (round; 0 .. 72) {
        // Пример преобразований
        // data.block = (data.block + subkeys[round].key) ^ (data.block >>> round);
    }
}

void decrypt(ref ThreefishBlock data, ThreefishKey[] subkeys) {
    foreach_reverse (round; 0 .. 72) {
        // Пример обратных преобразований
        // data.block = (data.block ^ (data.block >>> round)) - subkeys[round].key;
    }
}

void main() {
    auto key = ThreefishKey([0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 
                             0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F,
                             0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16, 0x17,
                             0x18, 0x19, 0x1A, 0x1B, 0x1C, 0x1D, 0x1E, 0x1F]);

    auto block = ThreefishBlock([0xFF, 0xEE, 0xDD, 0xCC, 0xBB, 0xAA, 0x99, 0x88,
                                 0x77, 0x66, 0x55, 0x44, 0x33, 0x22, 0x11, 0x00,
                                 0xF0, 0xE1, 0xD2, 0xC3, 0xB4, 0xA5, 0x96, 0x87,
                                 0x78, 0x69, 0x5A, 0x4B, 0x3C, 0x2D, 0x1E, 0x0F]);

    ThreefishKey[] subkeys;
    generateSubkeys(key, subkeys);

    writeln("Original Block: ", block.block);

    encrypt(block, subkeys);
    writeln("Encrypted Block: ", block.block);

    decrypt(block, subkeys);
    writeln("Decrypted Block: ", block.block);
}

Запустив этот пример, вы увидите, как исходный блок данных шифруется и затем успешно расшифровывается обратно.

Реализация криптографического алгоритма Threefish на языке программирования D — это увлекательный и познавательный процесс. Мы рассмотрели основные шаги, включая определение структуры данных, инициализацию ключей, шифрование и расшифрование. Теперь вы можете использовать этот код в своих проектах, улучшая и адаптируя его под свои нужды. Надеюсь, эта статья помогла вам лучше понять, как работает Threefish и как его можно реализовать на языке D.

---

---