Шифр многоалфавитной замены

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Криптографическая защита информации

Цель работы

1.1.Ознакомиться с основными методами криптографической защиты информации.

1.2.Получить практические навыки создания ПО по криптографическим преобразованиям информации.

Общие теоретические сведения

По мере развития и усложнения средств, методов и форм автоматизации процессов обработки информации повышается зависимость общества от степени безопасности используемых им информационных технологий, которая определяется степенью защищенности и устойчивости как компьютерных систем в целом, так и отдельных программ.

Для обеспечения защиты информации в настоящее время не существует какого-то одного технического приема или средства, однако общим в решении многих проблем безопасности является использование криптографии и криптоподобньгх преобразований информации.

Криптография - обеспечивает сокрытие смысла сообщения с помощью шифрования и открытия его расшифрованием, которые выполняются по специальным алгоритмам с помощью ключей.

Ключ - конкретное секретное состояние некоторых параметров алгоритма криптографического преобразования данных, обеспечивающее выбор только одного варианта из всех возможных для данного алгоритма

Криптоанализ - занимается вскрытием шифра без знания ключа (проверка устойчивости шифра).

Кодирование - (не относится к криптографии) -- система условных обозначений, применяемых при передаче информации. Применяется для увеличения качества передачи информации, сжатия информации и для уменьшения стоимости хранения и передачи.

Криптографические преобразования имеют цель обеспечить недоступность информации для лиц. не имеющих ключа, и поддержание с требуемой надежностью обнаружения несанкционированных искажений.

Большинство средств зашиты информации базируется на использовании криптографических шифров и процедур шифрования-расшифрования. В соответствии со стандартом ГОСТ 28147-89 под шифром понимают совокупность обратимых преобразований множества открытых данных на множество зашифрованных данных, задаваемых ключом и алгоритмом преобразования.

В криптографии используются следующие основные алгоритмы шифрования:

• алгоритм замены (подстановки) - символы шифруемого текста заменяются символами того же или другого алфавита в соответствии с заранее обусловленной схемой замены;

• алгоритм перестановки - символы шифруемого текста переставляются по определенному правилу в пределах некоторого блока этого текста;

• гаммирование - символы шифруемого текста складываются с символами некоторой случайной последовательности;

• аналитическое преобразование - преобразование шифруемого текста по некоторому аналитическому правилу (формуле).

Процессы шифрования и расшифрования осуществляются в рамках некоторой криптосистемы Для симметричной криптосистемы характерно применение одного и того же ключа как при шифровании, так и при расшифровании сообщений. В асимметричных криптосистемах для зашифрования данных используется один (общедоступный) ключ, а для расшифрования - другой (секретный) ключ.

Симметричные криптосистемы

Шифры перестановки

В шифрах средних веков часто использовались таблицы, с помощью которых выполнялись простые процедуры шифрования, основанные на перестановке букв в сообщении. Ключом в данном случае является размеры таблицы. Например, сообщение "Неясное становится еще более непонятным" записывается в таблицу из 5 строк и 7 столбцов по столбцам.

Н	О	Н	С	Б	Н	Я
Е	Е	О	Я	О	Е	Т
Я	С	В	Е	Л	П	Н
С	Т	И	Щ	Е	О	Ы
Н	А	Т	Е	Е	Н	М

Для получения шифрованного сообщения текст считывается по строкам и группируется по 5 букв:

НОНСБ НЯЕЕО ЯОЕТЯ СВЕЛП НСТИЩ ЕОЫНА ТЕЕНМ

Несколько большей стойкостью к раскрытию обладает метод одиночной перестановки по ключу. Он отличается от предыдущего тем, что столбцы таблицы переставляются по ключевому слову, фразе или набору чисел длиной в строку таблицы. Используя в качестве ключа слово ЛУНАТИК, получим следующую таблицу:

Л

У

Н

А

Т

И

К

А

И

К

Л

Н

Т

У

Н

О

Н

С

Б

Н

Я

С

Н

Я

Н

Н

Б

О

Е

Е

О

Я

О

Е

Т

Я

Е

Т

Е

О

О

Е

Я

С

В

Е

Л

П

Н

Е

П

Н

Я

В

Л

С

С

Т

И

Щ

Е

О

Ы

Щ

О

Ы

С

И

Е

Т

Н

А

Т

Е

Е

Н

М

Е

Н

М

Н

Т

Е

А

До перестановки После перестановки

В верхней строке левой таблицы записан ключ, а номера под буквами ключа определены в соответствии с естественным порядком соответствующих букв ключа в алфавите. Если в ключе встретились бы одинаковые буквы, они бы нумеровались слева направо Получается шифровка: СНЯНН БОЯЕТ ЕООЕЕ ПНЯВЛ СЩОЫС ИЕТЕН МНТЕА. Для обеспечения дополнительной скрытности можно повторно шифровать сообщение, которое уже было зашифровано. Для этого размер второй таблицы подбирают так, чтобы длины ее строк и столбцов отличались от длин строк и столбцов первой таблицы. Лучше всего, если они будут взаимно простыми.

Шифры простой замены

Система шифрования Цезаря - частный случай шифра простой замены. Метод основан на замене каждой буквы сообщения на другую букву того же алфавита, путем смещения от исходной буквы на К букв.

Известная фраза Юлия Цезаря VENI VINI VICI - пришел, увидел, победил зашифрованная с помощью данного метода, преобразуется в SBKF SFAF SFZF (при смещении на 4 символа).

Шифры сложной замены

Шифр Гронсфельдасостоит в модификации шифра Цезаря числовым ключом. Для этого под буквами сообщения записывают цифры числового ключа. Если ключ короче сообщения, то его запись циклически повторяют. Шифротекст получают примерно также, как в шифре Цезаря, но отсчитывают не третью букву по алфавиту (как в шифре Цезаря), а ту, которая смещена по алфавиту на соответствующую цифру ключа.

Пусть в качестве ключа используется группа из тpex цифр 314, тогда

Текст

С

О

В

Е

Р

Ш

Е

Н

Н

О

С

Е

К

Р

Е

Т

Н

О

Ключ

Шифр

Ф

П

Е

И

С

Ь

И

О

С

С

А

Х

И

Л

Ф

И

У

С

С

Шифр многоалфавитной замены

Для шифрования каждого символа исходного сообщения применяется свой шифр простой замены (свой алфавит).

	АБВГДЕЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_
А	АБВГДЕЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_
Б	_ АБВГДЕЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ
В	Я_АБВГДЕЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮ
Г	ЮЯ_АБВГДЕЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭ
.	…….…….……. …….…….………..
Я	АБВГДЕЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_АБ
_	БВГДЕЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_А

Каждая строка в этой таблице соответствует одному шифру замены аналогично шифру Цезаря для алфавита, дополненного пробелом. При шифровании сообщения его выписывают в строку, а под ним ключ. Если ключ оказался короче сообщения, то его циклически повторяют. Шифротекст получают, находя символ в колонке таблицы по букве текста и строке, соответствующей букве ключа. Например, используя ключ АГАВА, из сообщения ПРИЕЗЖАЮ ШЕСТОГО получаем следующую шифровку:

Сообщение	ПРИЕЗЖАЮ_ШЕСТОГО
Ключ	АГАВААГАВААГАВАА
Шифровка	ПНИГЗЖЮЮЮАЕОТМГО

Шифр Виженера представляет собой аналогичную многоалфавитную систему шифрования,в которой В первую строку квадрата заносится перестановка из букв алфавита. Во второй строке та же перестановка циклически сдвигается на одну позицию влево, в третьей - на две и т.д. Таким образом, квадрат состоит из N перестановок.

Гаммирование

Процесс зашифрования заключается в генерации гаммы шифра и наложении этой гаммы на исходный открытый текст. Перед шифрованием открытые

данные разбиваются на блоки Т(0) , одинаковой длины (по 64 бита). Гамма шифра вырабатывается в виде последовательности блоков Г(ш) , аналогичной длины (Т(ш) =Г(ш) +Т(0) , где + -побитовое сложение, i=1-m).

Процесс расшифрования сводится к повторной генерации шифра текста и наложение этой гаммы на зашифрованные данные Т(0) =Г(ш) +Т(ш) .