Repositório para o trabalho T4 da cadeira de Teoria da Informação

Objetivo do T4:

Elaborar um cifrador simétrico de bloco (para blocos de 48 bits), que permita criptografar e decriptografar um arquivo (de qualquer tamanho) utilizando uma chave de 32 bits (o valor da chave é inicialmente fornecido pelo usuário como valor de entrada do processo de key scheduling). Implementar também a camada do modo de operação, que deve ser o modo CBC.

Modo de usar

Na raíz do projeto está o executável entrypting.jar, a partir dele é possível rodar o programa passando argumentos no formato chave:valor para parametrizá-lo (apesar de todos os parâmetros terem valores padrão, fazendo com que nenhum seja obrigatório).

Exemplo de execução:

$ java -jar encrypting.jar action:encryptAndDecrypt file:alice29.txt key:28292A2B

---- Par▒metros aplicados: ----
        action:encryptAndDecrypt
        file:alice29.txt
        key:28292A2B
        USER_KEY_SIZE:4
        BLOCK_SIZE:6
-------------------------------

key: [40, 41, 42, 43]
Encrypted C:\git\encrypting\alice29.txt to C:\git\encrypting\alice29.ecc
Decrypted C:\git\encrypting\alice29.ecc to C:\git\encrypting\alice29.dcc

Argumentos recebidos por linha de comando:

action
- Tipo: String
- Valor padrão: ´encryptAndDecrypt´
- Descrição: Define qual fluxo será executado, tem as seguintes opções:
  - encrypt: realiza o ciframento em blocos do arquivo especificado para um arquivo [nome].ecc;
  - decrypt: realiza o deciframento do arquivo especificado para um arquivo [nome].dcc;
  - encryptAndDecrypt: realiza ambas, gera os arquivos [nome].ecc --> [nome].dcc;
file
- Tipo: String
- Valor padrão: alice29.txt
- Descrição: Caminho do arquico que será codificado (caso a ação seja encrypt ou encryptAndDecrypt) ou decodificado (caso a ação seja decrypt).
key
- Tipo: String
- Valor padrão: 01020304
- Descrição: chave de 32 bits que será usada para o Key Schedule do processo de ciframento. Deve estar no formato de 4 bytes hexadecimais concatenados.

Obs.: USER_KEY_SIZE e BLOCK_SIZE não são editáveis.

Passos da Encriptação

Modo de Operação - Cipher block chaining (CBC)

O modo de operação CBC consiste na divisão em blocos da informação que se deseja encryptar. Antes do ciframento de cada bloco, é aplicada uma operação XOR com o resultado do ciframento do bloco anterior (com a exceção do primeiro, que sofre XOR com um vetor pré-definido). Em cima do bloco resultante desse XOR é aplicado o ciframento usando as chaves geradas a partir do key schedule.

O deciframento consiste em aplicar os mesmos passos, mas na ordem inversa:

Para esse trabalho, os tamanhos dos blocos e das chaves é de 48 bits (6 bytes);

Key Schedule

A chave do usuário de 32 bits, antes de ser consumida, é expandida para 48 bits, nessa operação é realizada a replicação dos 16 primeiros bits, por exemplo: A chave (em hex) 0x28 0x2A 0x2C 0x2E será expandido para 0x28 0x2A 0x2C 0x2E 0x28 0x2A. Após a expansão, essa chave passa por XOR com um vetor de inicialização, e o resultado será usado para fazer o key scheduling, onde é realizado um shift para a esquerda da chave em um byte, essa operação é realizada 6 vezes, gerando 6 chaves. Exemplo: subkey1: 0x11 0x22 0x33 0x44 0x55 0x66 subkey2: 0x22 0x33 0x44 0x55 0x66 0x11 subkey3: 0x33 0x44 0x55 0x66 0x11 0x22 subkey4: 0x44 0x55 0x66 0x11 0x22 0x33 subkey5: 0x55 0x66 0x11 0x22 0x33 0x44 subkey6: 0x66 0x11 0x22 0x33 0x44 0x55

Ciframento/Deciframento de blocos

Para cada bloco do CBC é realizado o passo de encriptação, dentro dele são executados os seguintes passos (Que são repetidos para cada uma das 6 chaves geradas no key schedule):

XOR com a chave correspontrente ao passo atual (1 a 6);
Confusão utilizando Cifra de Substituição
Difusão utilizando Cifra de Permutação

Para a decriptação, são realizados os mesmos passos mas no modo inverso, e indo da chave 6 até a 1.

Cifra de Substituição

Para confusão, foi utilizada uma cifra de substituição, onde as codewords são mapeados para outras seguindo uma matriz de substituição. Exemplo de cifra:

Para este trabalho foi utilizada uma matriz arbitrária, gerada aleatoriamente, que pode ser encontrada na classe br.unisinos.cipher.Cipher.substitutionMatrix.

Cifra de Permutação

Para difusão, foi utilizada uma técnica de transposição onde é feita a permutação dos codewords, trocando-as de posição com base em uma matrix de transposição:

Para este trabalho foi utilizada uma matriz arbitrária, que pode ser encontrada na classe br.unisinos.cipher.Cipher.transpositionMatrix.

Lucassouzadi/encrypting