CryptoCypher

Projekt edukacyjny w pythonie mający na celu eksplorację różnych sposobów szyfrowania plików.

Zasada Działania

DES

Data Encryption Standard to algorytm szyfrowania symetrycznego opracowany we wczesnych latach 70. Bazowany jest na wcześniejszym algorytmie znanym jako Sieć Feistela. Obecnie jest powszechnie uznawany za

Szczegóły techniczne

DES w teorii używa 64-bitowego klucza, w praktyce jednak ostatnie 8 bitów nieużywane jest w procesie szyfrowania. W pierwszym kroku tekst jawny dzielony jest na 64-bitowe bloki. Jeśli rozmiar szyfrowanych danych nie jest wielokrotnością 64 to ostatni blok jest wypełniony aby był. Następnie dla każdego bloku wykonywany jest następujący algorytm:

1. Podziel blok wejściowy na lewą i prawą część $L_0$ i $P_0$

2. Przesuń bity klucza zgodnie z tabelą permutacji (po tym kroku klucz będzie miał 56 bitów).

3. Podziel klucz na dwie, 28-bitowe części $C_0$ i $D_0$

4. Wykonaj następne 3 kroki 16 razy

   1. Wykonaj przesunięcie cykliczne w lewo $C_i$ i $D_i$ o 1 w iteracji=1, 2 i 16, i o 2 w każdej innej, uzyskując podklucze $C_i$ i $D_i$
   2. Złącz ze sobą podklucze $C_i$ i $D_i$ uzyskując klucz $K_i$
   3. Stwórz lokalne dla iteracji $L_i = R_{i-1}$ i $R_i = f(R_{i-1}, K_i)$ gdzie f zdefiniujemy poniżej

5. Po wykonaniu tych iteracji otrzymujemy blok wyjściowy $O = R_{16} + L_{16}$

6. Blok wyjściowy permutujemy finalnie za pomocą tabeli permutacji.

Funkcja $f$ przyjmuje jako parametry 32-bitowy blok danych $D$ oraz 48-bitowy klucz $K$, zwraca liczbę 32-bitową.

1. Rozszerz $D$ do 48 bitów używając tabeli permutacji, wynik tej opracji nazwijmy $E$
2. Wykonaj xor $E$ i $K$, nazwijmy wynik X.
3. Podziel X na 8 grup po 6 bitów od $B_1$ do $B_8$. Dokonaj konwersji X na 32-bitową liczbę w następujący sposób: z tych najstarszego i najmłodszego bitu złóż liczbę 2-bitową (0..3). Liczba ta wskazuje na rząd w tabeli dekodowania $S_i$. Na kolumnę w owej tableki wskazuję środkowe 4 bity. Z tabeli tej odczytaj liczbę która będzie z przedziału 0..15 (4-bity). Złóż wszystkie wyniki w kolejności, wynik nazwijmy $O$
4. Wykonaj permutację $O$ zgodnie z tablą permutacji, otrzymana permutacja to wynik funkcji.

Tryby szyfrowania

Zarówno DES jak i AES korzystają z trybów szyfrowania. Są to warianty algorytmu w które różnią się sposobem tworzenia bloków wejściowych lub wyjściowych. W projekcie zastosowano trzy rózne tryby szyfrowania.

ECB

ECB - z ang. Electronic Codebook. Jest to tryb w którym każdy blok tekstu jawnego szyfrowany jest oddzielnie w jeden blok szyfrogramu.

CBC

CBC - z ang. Cipher Blokck Chaining. W tym trybie pracy każdy blok wejściowy jest XORem poprzedniego bloku szyfrogramu i obecnego bloku tekstu jawnego. Pierwszy blok zamiast poprzedniego bloku szyfrogramu używa tzw. wektora inicjalizyjnego.

CTR

Ctr - z ang. Counter. W tym unikalnym trybie pracy tekst jawny nie jest wejściem algorytmu szyfrowania blokowego. Zamiast tego używa się połączenia bajtów nonce wraz z licznikiem który inkrementowany jest co blok. Wyjście algorytmu szyfrującego XORuje się z blokiem tekstu jawnego.

Funkcjonalności

1. Szyfrowanie i deszyfrowanie plików
2. Dostępne algorytmy: AES i DES
3. Dostępne tryby szyfrowania: ECB, CBC i CTR
4. Specjalna funkcjonalność demonstracyjna dla obrazów w formacie .bmp.

Szczegóły techniczne aplikacji

Interfejs aplikacji napisany jest za pomocą biblioteki PySide6, funkcje kryptograficzne wzięte są z biblioteki pycryptodome.

Budowanie

Projekt wymaga pythona 3.11+, oraz bibliotek: PySide6 i pycryptodome.

pip install -r requirements.txt
<path_to_interpreter> main.py

Referencje

Strona z obrazami testowymi: https://openclipart.org

Dobry opis DES: https://pl.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standard

Kolejny dobry opis DES: https://billstclair.com/grabbe/des.htm