密碼學 - CAST5 加密演算法

建立分組密碼系列的一般過程稱為 CAST。各個密碼的名稱包括 CAST-128 和 CAST-256。CAST 密碼演算法是本章討論的主要主題。

什麼是 CAST 加密演算法？

CAST 方法通常用於 IP 安全，指的是 Feistel 結構，它將明文分成相等的部分並執行加密。

• 它們不使用 DES 的 6*4 S 盒，而是使用更大的 8*32 S 盒。
• 它們旨在與軟體一起使用。
• 彎曲函式用作 CAST S 盒中的列。
• S 盒滿足雪崩效應的要求，該要求指出輸入的每個位元和輪金鑰的每個位元都會影響輪輸出的每個位元，並使每個給定輸出位元改變的機率正好為 50%。

什麼是 CAST5？

最流行的 CAST 密碼是 CAST-128，也稱為 CAST5。它是一種對稱金鑰分組密碼，是 GPG 和 PGF 版本的預設密碼，並用於各種產品中。它的開發人員將其免費提供給全球商業和非商業用途。

CAST5 加密技術旨在支援 40 到 128 位的金鑰大小，每次增加 8 位。這意味著可以使用 40、48、56、64、...、112、120 和 128 位的金鑰大小。

• 它是一個具有 16 輪和 64 位塊的 Feistel 密碼。
• 金鑰大小範圍為 40 位到 128 位。
• 存在八個 8*32 S 盒。在這八個盒子裡，四個用於金鑰排程，其餘四個用於加密。
• 輪金鑰為 37 位。
• F 函式將輸出分成位元組，將輸入與 32 位輪金鑰進行異或，然後將每個位元組透過單獨的 S 盒傳遞以獲得四個 32 位結果。
• 在不同的輪次中，這些結果使用不同的組合函式進行非線性混合。
• 另外五個輪金鑰位用於控制輸出的旋轉。

使用 Python 實現

為了實現 CAST5 加密演算法，我們將使用 Python 的 Crypto.Cipher 子模組，該模組用於實現各種加密技術的加密和解密。要使用此模組，我們需要首先安裝 pycryptodome 庫，它提供了各種加密演算法。

使用 Crypto.Cipher 實現 CAST5 演算法如下：

示例

from Crypto.Cipher import CAST

#Encryption function
def encrypt(plaintext, key):
   cipher = CAST.new(key, CAST.MODE_ECB)
   # Ensure plaintext is a multiple of 8 bytes (64 bits)
   if len(plaintext) % 8 != 0:
      plaintext += ' ' * (8 - len(plaintext) % 8)
   ciphertext = cipher.encrypt(plaintext.encode('utf-8'))
   return ciphertext.hex()

#Decryption function
def decrypt(ciphertext, key):
   cipher = CAST.new(key, CAST.MODE_ECB)
   decrypted = cipher.decrypt(bytes.fromhex(ciphertext))
   return decrypted.decode('utf-8').rstrip()

# Plaintext message:
plaintext = "Hello, this is a test message for CAST5 encryption."
key = b'0123456789abcdef'  # 16 bytes (128 bits) key
encrypted_text = encrypt(plaintext, key)
print("Encrypted:", encrypted_text)

decrypted_text = decrypt(encrypted_text, key)
print("Decrypted:", decrypted_text)

以下是上述示例的輸出：

輸入/輸出

Encrypted: c9c8791f5b73c78e5fbf3c47c7d43be7a773cf757c98d2b35073e2a4d5f454f9c9b9bce4416016b57a1872ef1c19e3f51a778be27a17f11
Decrypted: Hello, this is a test message for CAST5 encryption.

CAST5 的優點

CAST5 具有許多優點：

• 人們認為 CAST5 是安全的。儘管它是一個較舊的演算法，但沒有多少駭客攻擊或安全漏洞。它利用 Feistel 網路結構來增強安全性。
• 對於記憶體使用和計算能力，CAST5 提供了合理的效率水平。高效的資料加密和解密使其適用於速度至關重要的場景。
• CAST5 不基於任何特定的硬體或軟體配置。由於它是在軟體中實現的，因此可以在各種作業系統和體系結構上使用而無需更改。
• CAST5 的金鑰大小範圍為 40 到 128 位，允許使用者選擇適合特定應用的安全級別。透過允許使用單個金鑰進行加密和解密，它簡化了金鑰管理。
• 可以檢視 CAST5 的詳細資訊，因為它是一個開放演算法。這使得它值得信賴，因為密碼學界可以相互檢查和審查它。

CAST5 的缺點

CAST5 也有一些侷限性和缺點：

• CAST5 支援長度範圍為 40 到 128 位的金鑰。這種靈活性允許不同的安全級別，但是 40 位的最小金鑰長度被認為不足以滿足現代加密標準。更長的金鑰提供了更強的抗暴力破解攻擊能力。

• CAST5 使用 64 位資料塊進行操作。雖然在該方法開發時這還算合理，但與具有更大塊大小的更現代的塊密碼相比，現在看來相對較小。這可能會導致安全問題，尤其是在加密大量資料時。
• 即使 CAST5 在現實中沒有被攻破，它也可能無法提供與 AES（高階加密標準）等更新的加密演算法相同的安全級別。更多的計算機算力和密碼學的進步可能會使舊方法更容易受到攻擊。