Традиционные методы шифрования

Основные понятия и предмет криптографии,

Традиционные методы шифрования.

Как передать нужную информацию нужному адресату в тайне от других?

Имеется три возможности решения задачи:

1. создание абсолютно надежного, недоступного для других канала связи между абонентами.

2. использование общедоступного канала связи, но сокрытие самого факта передачи информации.

3. использование общедоступного канала связи для передачи информации в зашифрованном виде.

1. Практически нереально.

2. Разработкой средств и методов скрытия факта передачи сообщения занимается стеганография. (В древности брили голову раба, писали на коже головы текст, после отрастания волос отправляли к адресату, в детективах написание текста между строк, молоком, также известен метод микроточки, т.е. запись на очень маленький носитель, который может быть наклеен, например, под марку обычного письма, в настоящее время запрятывание защищаемой информации в больших объемах информации, например, текстовой в графической и т.д.).

3. Разработкой методов преобразования (шифрование) информации с целью ее защиты от незаконных пользователей занимается криптография. Такие методы и способы называются шифрами. Шифрование – процесс применения шифра к защищаемой информации, т.е. преобразование защищаемой информации (открытый текст) в шифрованное сообщение (шифротекст, криптограмма) с помощью определенных правил, содержащихся в шифре.

Дешифрование – процесс, обратный шифрованию, т.е. преобразование шифрованного сообщения в защищаемую информацию с помощью определенных правил.

Выбор способа шифрования зависит от особенностей информации, ее ценности и возможностей владельцев по защите своей информации. Виды защищаемой информации – документальная, телефонная, телевизионная, компьютерная и т.д. Кроме специфических особенностей, влияющих на выбор методов шифрования информации, также большое значение имеют объемы и требуемая скорость передачи шифрованной информации, а также характер тайны.

Способность шифра противостоять всевозможным атакам на него называют стойкостью шифра. Под атакой на шифр понимают попытку вскрытия этого шифра. Понятие стойкости является центральным для криптографии, но получение строгих доказуемых оценок стойкости для каждого конкретного шифра – проблема нерешенная.

Криптология– наука, состоящая из двух ветвей: криптография и криптоанализ.

Криптография – наука о способах преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей.

Криптоанализ – наука (и практика ее применения) о методах и способах вскрытия шифров.

Предмет криптографии

Криптография занимается методами преобразования информации, которые бы не позволили противнику извлечь ее из перехватываемых сообщений.При этом по каналу связи передается уже не сама защищаемая информация, а результат ее преобразования с помощью шифра, и для противника возникает сложная задача вскрытия шифра. Вскрытие (взламывание) шифра – процесс получения защищаемой информации из шифрованного сообщения без знания примененного шифра. Помимо перехвата и взлома шифра существуют другие угрозы , например, агентурного плана, либо уничтожение или модификация перехваченной информации. Для таких угроз разрабатываются свои специфические методы защиты. Важная проблема – проблема соотношения цены информации, затрат на защиту и затрат на ее добывание. Прежде чем защищать информацию, надо ответить на следующие вопросы:

- является ли она для вас более ценной чем стоимость атаки;

- является ли она более ценной, чем стоимость защиты.

Именно перечисленные соображения и являются решающими при выборе подходящих средств защиты: физических, стеганографических, криптографических и т.д.

Традиционные методы шифрования.

(подстановки, перестановки, замены и т.д.)

В Древней Греции был известен шифр, называемый «квадрат Полибия». Это устройство представляло собой квадрат 5х5, столбцы и строки которого нумеровали цифрами от 1 до 5. В каждую клетку этого квадрата записывалась одна буква. ( В греческом варианте одна клетка оставалась пустой, в латинском – в одну клетку помещали две буквы I и J.)

В результате каждой букве отвечала пара чисел, и шифрованное сообщение превращалось в последовательность пар чисел. Например,

13 34 22 24 44 34 15 42 22 34 43 45 32

Это сообщение записано при использовании латинского варианта «квадрата Полибия», в котором буквы расположены в алфавитном порядке.

Если расшифровать, то получим “Cogito, ergo sum” – лат.Я мыслю, значит , существую.(Р.Декарт)

В I в. н.э. Ю. Цезарь во время войны с галлами, переписываясь со своими друзьями в Риме, заменял в сообщении первую букву латинского алфавита (А) на четвертую (D), вторую (B) – на пятую (Е), наконец, последнюю на третью:

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C

Сообщение об одержанной победе выглядело так:

“YHQL YLGL YLFL”

“VENI,VIDI,VICI” - “ Пришел, увидел, победил”

Император Август (1-ый век н.э.) в своей переписке заменял первую букву на вторую, вторую на третью ит.д. наконец, последнюю – на первую.

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A

Квадрат Полибия, шифр Цезаря входят в класс шифров, называемых «подстановка» или «простая замена». Это такой шифр, в котором каждой букве алфавита соответствует буква, цифра, символ или какая–нибудь их комбинация.

В другом классе шифров – «перестановка» - буквы сообщения каким-нибудь способом переставляются между собой. К этому классу принадлежит шифр скитала.

К классу «перестановка» относится шифр «маршрутная транспозиция» и его вариант «постолбцовая транспозиция». В каждом из них в данный прямоугольник [n x m] сообщение вписывается заранее обусловленным способом, а столбцы нумеруются или обычным порядком следования, или в порядке следования букв ключа – буквенно-ключевого слова. Так, ниже в первом прямоугольнике столбцы нумеруются в обычном порядке следования – слева направо, а во втором – в порядке следования букв слова «Петербург».

Используя расположение букв этого ключа в алфавите, получим набор чисел

[5 3 8 4 6 1 9 7 2]

п	р	и	л	е	п	л	я	я
с	я	п	р	е	м	у	д	р
у	м	п	р	е	м	у	д	р
б	у	д	е	ш	ь	а	б	в

п	р	и	л	е	п	л	я	я
р	д	у	м	е	р	п	я	с
у	м	п	р	е	м	у	д	р
в	б	а	ь	ш	е	д	у	б

В первом случае шифрованный текст найдем, если будем выписывать буквы очередного столбца в порядке следования столбцов (прямом или обратном), во втором, - если будем выписывать буквы столбца в порядке следования букв ключа. Таким образом будем иметь: