密码学 - CAST5 加密算法

创建分组密码系列的一般过程称为 CAST。各个密码的名称包括 CAST-128 和 CAST-256。CAST 密码算法是本章讨论的主要主题。

什么是 CAST 加密算法？

CAST 方法通常用于 IP 安全，指的是 Feistel 结构，它将明文分成相等的部分并执行加密。

• 它们不使用 DES 的 6*4 S 盒，而是使用更大的 8*32 S 盒。
• 它们旨在与软件一起使用。
• 弯曲函数用作 CAST S 盒中的列。
• S 盒满足雪崩效应的要求，该要求指出输入的每个比特和轮密钥的每个比特都会影响轮输出的每个比特，并使每个给定输出比特改变的概率正好为 50%。

什么是 CAST5？

最流行的 CAST 密码是 CAST-128，也称为 CAST5。它是一种对称密钥分组密码，是 GPG 和 PGF 版本的默认密码，并用于各种产品中。它的开发人员将其免费提供给全球商业和非商业用途。

CAST5 加密技术旨在支持 40 到 128 位的密钥大小，每次增加 8 位。这意味着可以使用 40、48、56、64、...、112、120 和 128 位的密钥大小。

• 它是一个具有 16 轮和 64 位块的 Feistel 密码。
• 密钥大小范围为 40 位到 128 位。
• 存在八个 8*32 S 盒。在这八个盒子里，四个用于密钥调度，其余四个用于加密。
• 轮密钥为 37 位。
• F 函数将输出分成字节，将输入与 32 位轮密钥进行异或，然后将每个字节通过单独的 S 盒传递以获得四个 32 位结果。
• 在不同的轮次中，这些结果使用不同的组合函数进行非线性混合。
• 另外五个轮密钥位用于控制输出的旋转。

使用 Python 实现

为了实现 CAST5 加密算法，我们将使用 Python 的 Crypto.Cipher 子模块，该模块用于实现各种加密技术的加密和解密。要使用此模块，我们需要首先安装 pycryptodome 库，它提供了各种加密算法。

使用 Crypto.Cipher 实现 CAST5 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)

以下是上述示例的输出：

输入/输出

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

CAST5 的优点

CAST5 具有许多优点：

• 人们认为 CAST5 是安全的。尽管它是一个较旧的算法，但没有多少黑客攻击或安全漏洞。它利用 Feistel 网络结构来增强安全性。
• 对于内存使用和计算能力，CAST5 提供了合理的效率水平。高效的数据加密和解密使其适用于速度至关重要的场景。
• CAST5 不基于任何特定的硬件或软件配置。由于它是在软件中实现的，因此可以在各种操作系统和体系结构上使用而无需更改。
• CAST5 的密钥大小范围为 40 到 128 位，允许用户选择适合特定应用的安全级别。通过允许使用单个密钥进行加密和解密，它简化了密钥管理。
• 可以查看 CAST5 的详细信息，因为它是一个开放算法。这使得它值得信赖，因为密码学界可以相互检查和审查它。

CAST5 的缺点

CAST5 也有一些局限性和缺点：

• CAST5 支持长度范围为 40 到 128 位的密钥。这种灵活性允许不同的安全级别，但是 40 位的最小密钥长度被认为不足以满足现代加密标准。更长的密钥提供了更强的抗暴力破解攻击能力。

• CAST5 使用 64 位数据块进行操作。虽然在该方法开发时这还算合理，但与具有更大块大小的更现代的块密码相比，现在看来相对较小。这可能会导致安全问题，尤其是在加密大量数据时。
• 即使 CAST5 在现实中没有被攻破，它也可能无法提供与 AES（高级加密标准）等更新的加密算法相同的安全级别。更多的计算机算力和密码学的进步可能会使旧方法更容易受到攻击。