شفرة فيستل

في علم التشفير ، تُعدّ شيفرة فيستل (المعروفة أيضًا باسم شيفرة لوبي-راكوف الكتلية ) بنيةً متناظرةً تُستخدم في بناء الشفرات الكتلية ، وقد سُمّيت نسبةً إلى الفيزيائي وعالم التشفير الألماني هورست فيستل ، الذي أجرى أبحاثًا رائدةً أثناء عمله في شركة IBM . وتُعرف أيضًا باسم شبكة فيستل . يستخدم عدد كبير من الشفرات الكتلية هذه الشيفرة، بما في ذلك معيار تشفير البيانات الأمريكي ، ومعيار GOST السوفيتي/الروسي (المعروف أيضًا باسم ماغما)، وشفرات بلوفيش وتوفيش الأحدث . في شيفرة فيستل، تتشابه عمليتا التشفير وفك التشفير إلى حد كبير، وتتألف كلتاهما من تشغيل دالة تُسمى " دالة الجولة " بشكل متكرر لعدد ثابت من المرات.

تعتمد العديد من خوارزميات التشفير المتناظر الحديثة على شبكات فيستل. ظهرت شبكات فيستل تجاريًا لأول مرة في خوارزمية لوسيفر من شركة IBM ، التي صممها هورست فيستل ودون كوبرسميث عام 1973. اكتسبت شبكات فيستل مصداقيةً عندما اعتمدت الحكومة الفيدرالية الأمريكية معيار التشفير الموزع (DES) (وهو خوارزمية تشفير مبنية على لوسيفر، مع تعديلات أجرتها وكالة الأمن القومي الأمريكية ) عام 1976. ومثل المكونات الأخرى لمعيار DES، فإن الطبيعة التكرارية لبنية فيستل تُسهّل تنفيذ نظام التشفير في الأجهزة (خاصةً على الأجهزة المتاحة وقت تصميم معيار DES).

تستخدم شبكة فيستل دالة دائرية ، وهي دالة تأخذ مدخلين - كتلة بيانات ومفتاح فرعي - وتُخرج قيمة واحدة بنفس حجم كتلة البيانات. ^{[ 1 ]} في كل دورة، تُنفذ الدالة الدائرية على نصف البيانات المراد تشفيرها، ثم تُجرى عملية XOR بين مخرجاتها والنصف الآخر من البيانات. تُكرر هذه العملية عددًا ثابتًا من المرات، وتكون النتيجة النهائية هي البيانات المشفرة. من أهم مزايا شبكات فيستل، مقارنةً بتصاميم التشفير الأخرى مثل شبكات الاستبدال والتبديل (شبكات SP)، ضمان إمكانية عكس العملية برمتها (أي إمكانية فك تشفير البيانات المشفرة)، حتى لو لم تكن الدالة الدائرية نفسها قابلة للعكس. يمكن جعل الدالة الدائرية معقدة كيفما تشاء، إذ لا يشترط تصميمها لتكون قابلة للعكس. ^{[ 2 ] : 465 [ 3 ] : 347} علاوة على ذلك، فإن عمليات التشفير وفك التشفير متشابهة للغاية، بل ومتطابقة في بعض الحالات، ولا تتطلب سوى عكس جدول المفاتيح . لذلك، ينخفض ​​حجم الشفرة أو الدوائر اللازمة لتنفيذ مثل هذه الخوارزمية إلى النصف تقريبًا. على عكس شبكات SP، لا تعتمد شبكات Feistel أيضًا على صندوق استبدال قد يتسبب في قنوات جانبية زمنية في تطبيقات البرمجيات.  

قام علماء التشفير بتحليل بنية وخصائص تشفيرات فيستل بشكل مكثف .

قام مايكل لوبي وتشارلز راكوف بتحليل بنية تشفير فيستل، وأثبتا أنه إذا كانت دالة الجولة دالة شبه عشوائية آمنة _{تشفيرياً} ، مع استخدام Ki كبذرة، فإن ثلاث جولات كافية لجعل تشفير الكتلة تبديلاً شبه عشوائي ، بينما أربع جولات كافية لجعله تبديلاً شبه عشوائي "قوياً" (أي أنه يظل شبه عشوائي حتى بالنسبة لخصم يحصل على إمكانية الوصول إلى تبديله العكسي). [ ^{4 ] وبسبب} هذه النتيجة المهمة للوبي وراكوف، تُسمى تشفيرات فيستل أحياناً بتشفيرات كتلة لوبي-راكوف.

وقد عممت أعمال نظرية أخرى هذا البناء إلى حد ما، وقدمت حدودًا أكثر دقة للأمان. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

يترك${\displaystyle \mathrm {F} }$لتكن دالة التقريب ولتكن${\displaystyle K_{0},K_{1},\ldots ,K_{n}}$كن المفاتيح الفرعية للجولات${\displaystyle 0,1,\ldots ,n}$على التوالى.

ثم تكون العملية الأساسية كما يلي:

قسّم كتلة النص العادي إلى جزأين متساويين: (${\displaystyle L_{0}}$،${\displaystyle R_{0}}$).

لكل جولة${\displaystyle i=0,1,\dots ,n}$، احسب

${\displaystyle L_{i+1}=R_{i},}$

${\displaystyle R_{i+1}=L_{i}\oplus \mathrm {F} (R_{i},K_{i}),}$

أين${\displaystyle \oplus }$يعني XOR . ثم يكون النص المشفر هو${\displaystyle (R_{n+1},L_{n+1})}$.

فك تشفير نص مشفر${\displaystyle (R_{n+1},L_{n+1})}$يتم ذلك عن طريق حساب لـ${\displaystyle i=n,n-1,\ldots ,0}$

${\displaystyle R_{i}=L_{i+1},}$

${\displaystyle L_{i}=R_{i+1}\oplus \operatorname {F} (L_{i+1},K_{i}).}$

ثم${\displaystyle (L_{0},R_{0})}$النص الصريح مرة أخرى.

يوضح الرسم التخطيطي كلاً من التشفير وفك التشفير. لاحظ عكس ترتيب المفاتيح الفرعية في عملية فك التشفير؛ هذا هو الفرق الوحيد بين التشفير وفك التشفير.

فيستل أو فيستل المعدل:

فيستل المعمم:

• CAST-256
• كليفيا
• ماكغافين
• RC2
• RC6
• سمك السكيبجاك
• SMS4

• علم التشفير
• تشفير التدفق
• شبكة الاستبدال والتباديل
• تتمتع خوارزمية الرفع لتحويل المويجات المنفصلة بنفس البنية تقريبًا
• التشفير الذي يحافظ على التنسيق
• مخطط لاي-ماسي