Инструмент шифрования и дешифрования DES

DES (Data Encryption Standard) появился в 1977 году, разработан IBM и доработан АНБ перед утверждением в качестве федерального стандарта США. Использует сеть Фейстеля, разделяющую 64-битный открытый текст на две половины и проходящую 16 раундов преобразований. Ключ номинально составляет 64 бита, но 8 бит зарезервированы для проверки чётности — остаётся 56 бит полезной длины ключа. В своё время 56 бит считались надёжными, но в 1999 году специализированное оборудование смогло подобрать ключ методом перебора за 22 часа. Triple DES (3DES) был разработан для продления жизни DES: он применяет шифрование DES трижды с тремя разными ключами, достигая 168 бит полезной длины. 3DES по-прежнему широко используется в финансовом секторе — в EMV-чип картах и банковских протоколах. Хотя AES официально заменил DES как стандарт шифрования, оба алгоритма продолжают работать в унаследованных системах, финансовых протоколах и встроенных устройствах. Этот инструмент поддерживает оба алгоритма с режимами CBC, ECB, CFB, OFB и CTR.

DES — блочный шифр сети Фейстеля, опубликованный как FIPS 46 в 1977 году. Он работает с 64-битными блоками при 64-битном ключе, из которых 8 бит — контрольные (parity), оставляя 56 бит полезного ключевого материала. Шифрование начинается с начальной перестановки (IP), разделяет 64-битное состояние на две 32-битные половины L0 и R0 и выполняет 16 раундов Фейстеля вида (L_{i+1}, R_{i+1}) = (R_i, L_i XOR F(R_i, K_i)). Раундовая функция F расширяет 32 бита до 48 бит через E-блок, выполняет XOR с 48-битным раундовым ключом K_i, полученным по расписанию ключей PC-1 / PC-2, применяет восемь S-блоков 6→4 бита (S1..S8) и выполняет перестановку P-блока. Финальная перестановка (FP = IP^-1) даёт шифротекст. Triple DES, определённый в NIST SP 800-67, применяет DES трижды в конструкции «зашифровать-расшифровать-зашифровать» (EDE): C = E_{K3}(D_{K2}(E_{K1}(P))). Вариант ключа 1 использует три независимых 56-битных ключа (168 бит «сырого» материала, ~112 бит эффективной защиты от атаки «встреча посередине»); вариант ключа 2 устанавливает K1 = K3 (~80 бит эффективной защиты). Режимы блочных шифров оборачивают DES/3DES для обработки сообщений длиннее 64 бит: ECB шифрует каждый блок независимо и раскрывает закономерности открытого текста; CBC связывает блоки по формуле C_i = E_K(P_i XOR C_{i-1}) со случайным 8-байтовым IV; CFB и OFB превращают блочный шифр в самосинхронизирующийся или синхронный потоковый шифр; CTR выполняет XOR открытого текста с E_K(nonce || counter). Пространство ключей DES в 2^56 ≈ 7,2 × 10^16 допускает полный перебор: машина EFF DES Cracker вскрыла DES-задачу за 22 часа в 1998 году на специализированных ASIC, а современные GPU/FPGA-кластеры справляются за часы. NIST SP 800-131A вывел одинарный DES из употребления в 2005 году и запретил Triple DES для шифрования после 2023 года; атака Sweet32 по принципу дня рождения (CVE-2016-2183) дополнительно ослабляет 3DES в TLS, поскольку его 64-битный размер блока допускает коллизии после ~2^32 блоков (~32 ГБ) при одном ключе. Современные системы должны использовать AES-128 или AES-256 в аутентифицированном режиме, таком как GCM или ChaCha20-Poly1305.

• Ключ DES — 8 байт, включая контрольные биты (56 полезных бит); ключи 3DES — 16 байт (2-ключевой, ~80 бит защиты) или 24 байта (3-ключевой, ~112 бит защиты от атаки «встреча посередине»).
• Размер блока — 64 бита / 8 байт; CBC, CFB, OFB и CTR требуют 8-байтовый IV/nonce, ECB не использует IV (и раскрывает закономерности на уровне блоков).
• Дополнение PKCS#7 добавляет N байт со значением N (1 ≤ N ≤ 8); полный 8-байтовый блок 0x08 добавляется, когда длина открытого текста уже кратна 8.
• Слабые ключи 0x0101010101010101, 0xFEFEFEFEFEFEFEFE и четыре пары полуслабых ключей дают K1 = K2 в расписании ключей, поэтому E_K = D_K — избегайте их при генерации случайных ключей.
• Sweet32 (CVE-2016-2183) эксплуатирует 64-битный блок 3DES: при одном ключе коллизии возникают после ~2^32 блоков (~32 ГБ открытого текста при одном ключе в режиме CBC).
• NIST SP 800-67 Rev. 2 запретил Triple DES для шифрования после 31 декабря 2023 года; в новых решениях следует использовать AES-GCM или ChaCha20-Poly1305, а не DES или 3DES.
• EFF DES Cracker (Deep Crack) взломал DES за 22 часа в июле 1998 года менее чем за $250 000 в ценах 1998 года; современные GPU-кластеры справляются за часы, поэтому одинарный DES не обеспечивает конфиденциальность.