Одиночная перестановка по ключу
Более практический метод шифрования, называемый одиночной перестановкой по ключу очень похож на предыдущий. Он отличается лишь тем, что колонки таблицы переставляются по ключевому слову, фразе или набору чисел длиной в строку таблицы.
Двойная перестановка
Для дополнительной скрытности можно повторно шифровать сообщение, которое уже было зашифровано. Этот способ известен под названием двойная перестановка. Для этого размер второй таблицы подбирают так, чтобы длины ее строк и столбцов были другие, чем в первой таблице. Лучше всего, если они будут взаимно простыми. Кроме того, в первой таблице можно переставлять столбцы, а во второй строки. Наконец, можно заполнять таблицу зигзагом, змейкой, по спирали или каким-то другим способом. Такие способы заполнения таблицы если и не усиливают стойкость шифра, то делают процесс шифрования гораздо более занимательным.
Перестановка «Магический квадрат»
Магическими квадратами называются квадратные таблицы со вписанными в их клетки последовательными натуральными числами от 1, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число. Подобные квадраты широко применялись для вписывания шифруемого текста по приведенной в них нумерации. Если потом выписать содержимое таблицы по строкам, то получалась шифровка перестановкой букв. На первый взгляд кажется, будто магических квадратов очень мало. Тем не менее, их число очень быстро возрастает с увеличением размера квадрата. Так, существует лишь один магический квадрат размером 3 х 3, если не принимать во внимание его повороты. Магических квадратов 4 х 4 насчитывается уже 880, а число магических квадратов размером 5 х 5 около 250000. Поэтому магические квадраты больших размеров могли быть хорошей основой для надежной системы шифрования того времени, потому что ручной перебор всех вариантов ключа для этого шифра был немыслим.
В квадрат размером 4 на 4 вписывались числа от 1 до 16. Его магия состояла в том, что сумма чисел по строкам, столбцам и полным диагоналям равнялась одному и тому же числу — 34. Впервые эти квадраты появились в Китае, где им и была приписана некоторая «магическая сила».
Шифрование по магическому квадрату производилось следующим образом. Например, требуется зашифровать фразу: «Приезжаю сегодня». Буквы этой фразы вписываются последовательно в квадрат согласно записанным в них числам: позиция буквы в предложении соответствует порядковому числу. В пустые клетки ставится точка.
| 16. | 3 И | 2 Р | 13 Д |
| 5 З | 10 Е | 11 Г | 8 Ю |
| 9 С | 6 Ж | 7 А | 12 О |
| 4 Е | 15 Я | 14 Н | 1 П |
Наиболее распространенные симметричные алгоритмы – DES и IDEA.
Проблемы использования симметричных криптосистем.
Достоинства
· скорость (по данным Applied Cryptography — на 3 порядка выше)
· простота реализации (за счёт более простых операций)
· меньшая требуемая длина ключа для сопоставимой стойкости
· изученность (за счёт большего возраста)
Недостатки
· сложность управления ключами в большой сети. Означает квадратичное возрастание числа пар ключей, которые надо генерировать, передавать, хранить и уничтожать в сети. Для сети в 10 абонентов требуется 45 ключей, для 100 уже 4950, для 1000 — 499500 и т. д.
· сложность обмена ключами. Для применения необходимо решить проблему надёжной передачи ключей каждому абоненту, так как нужен секретный канал для передачи каждого ключа обеим сторонам.
Для компенсации недостатков симметричного шифрования в настоящее время широко применяется комбинированная (гибридная) криптографическая схема, где с помощью асимметричного шифрования передаётся сеансовый ключ, используемый сторонами для обмена данными с помощью симметричного шифрования.
Важным свойством симметричных шифров является невозможность их использования для подтверждения авторства, так как ключ известен каждой стороне.
Гибридная криптографическая схема
Этап отправки:
· сообщение Алисы шифруется закрытым ключом;
· затем Алиса зашифровывает открытым ключом Боба закрытый ключ (его обычно называют сессионным, так как при каждом отправлении сообщения генерируется новый, ключ);
· Алиса отсылает Бобу зашифрованное сообщение и зашифрованный закрытый ключ.
Этап приёма:
· Боб получает зашифрованное сообщение Алисы и зашифрованный закрытый ключ;
· Боб дешифрует своим закрытым ключом закрытый (сессионный) ключ;
· затем при помощи этого дешифрованного ключа (который зашифровала Алиса) Боб расшифровывает зашифрованное сообщение;