Гомофоническое шифрование. Примеры гомофоний

Основные понятия криптологии: шифрование, защита информации, криптология, криптография, криптоанализ, криптосистема.

Шифрование – процесс преобразования информации с целью сокрытия ее содержимого. Защита информации – всевозможные средства и функции, обеспечивающие конфиденциальность, целостность информации или связи, включая средства и функции, предохраняющие от неисправности. Защита инфы включает криптографию, криптоанализ, защиту от несанкционированного доступа. Криптография – это раздел прикладной математики, изучающий модели, методы, алгоритмы, программные и аппаратные средства преобразования информации (шифрование) в целях сокрытия ее содержания, предотвращения видоизменения или несанкционированного использования. Криптосистема – это система осуществляющая криптографическое преобразование инфы, реализованная программно, аппаратно или программно-аппаратно. Криптоанализ – это раздел прикладной математики, изучающий модель, методы, алгоритмы, программные и аппаратные средства анализа криптосистемы или ее входных и выходных сигналов с целью извлечения конфиденциальных параметров. Очевидно, что задачи криптографии в матем. смысле обратны задачам криптоанализа. Оба матем. раздела: криптография и криптоанализ вместе образуют новую науку – криптологию.

18. Основные этапы развития криптологии и их характеристика. Особенности современного этапа. В развитии криптологии выделяют 3 основных этапа: 1)С др.времени (ХХ в до н.э.) – 1949г. Характерна частными, узкоспециальными и линейными простыми алгоритмами криптографии и криптоанализа. Без использования компьютеров этот этап часто называют этапом докомпьютерной криптологии. 2)1949-1976г. Берет свое начало с момента публикации работы американского ученого в области прикладной математики К.Шеннона «Теория связи в секретных системах». Характеризуется проведением активных исследований в области криптологии с помощью ЭВМ. Криптология становится матем. наукой, однако в тот период она была закрытой наукой, т.к. основными потребителями были ___связи и информация в дипломатических военных организациях. 3)1976г – наше время. Начинается с момента публикации работы американских математиков У.Дидхри, М.Хеллман «Новое направление криптографии». В работе показано, что секретная передача информации возможна без передачи ключа. Этот этап называется открытой криптологией. Главная особенность этапа – массовое применение криптографии в банковском деле, компьютерных сетях(Internet) и др.приложениях. На развитие криптографии в развитых странах выделяются значительные финансовые средства. Характерно также то, что криптология в значительной степени стимулирует развитие информатики. Современная криптология широко использует теорию вероятностей, мат.статистику, алгебру, теорию чисел, алгоритмов и сложности вычислений. Процесс шифрования осуществляется на мощных специализированных компьютерах, называемых устройствами шифрования. 19. Криптографические системы, функционирующие по принципу подстановки. Характеристика систем, их особенности, основные отличия от других классов систем. Криптографические системы, основанные на методе подстановки, разделяются на 4 основных класса: 1) monoalphabetic; 2) homophonic; 3) polyalphabetic; 4) polygram. В системах класса monoalphabetic символ исходного текста заменятся другим символом таким образом, что между ними существует однозначное соответствие. То есть каждый символ исходного текста однозначно заменяется его подстановкой. Криптографическим ключом такой системы является таблица соответствия исходного алфавита алфавиту подстановки.Любой шифратор класса monoalphabetic может быть представлен в виде полиномиального преобразования порядка t: Алгоритм Цезаря является полиномиальным алгоритмом нулевого порядка. В криптографических системах класса homophonic имеется несколько вариантов замены исходного символа. Например, буква A может быть заменена цифрами 24, 35, 37, а буква B – цифрами 41, 17, 76. Тогда слово ABBA может быть зашифровано как (37, 17, 76, 24) или (35, 41, 76, 37) и т. д. Подобные системы характеризуются значительно большей криптографической стойкостью, чем системы класса monoalphabetic. Криптографические системы класса polyalphabetic основаны на использовании нескольких различных ключей. Большинство шифраторов подобного типа являются периодическими с периодом P. Исходный текст вида: шифруется с помощью ключей : Для p = 1 будем иметь шифр класса monoalphabetic. Криптографические системы класса polygram характеризуются подстановкой не одного, а нескольких символов в исходном тексте. В общем случае n символов исходного текста заменятся n символами шифротекста.   20. «Квадрат Полибия». Шифр Ю.Цезаря «Квадрат Полибия» определяется как устройство, представляющее собой квадрат 5х5, столбцы и строки которого нумеруются цифрами 1..5. В каждую клетку этого квадрата записывается 1 буква. В результате каждой букве отвечает пара чисел, и шифр.сообщение превращалось в последовательность пар чисел. Пример: 13 34 22 24 44 34 15 42 22 34 43 45 COGITOERGOSUM «Cogito ergo sum» - я мыслю, следовательно, существую. Шифр Ю.Цезаря Цезарь во время войны переписывался с друзьями в Риме, заменяя первую букву A->D, вторую на пятую B->E и т.д. Сообщение об одержанной победе выглядело так: YHOL YLGL YLFL “Veni,vidi,vici” – пришел, увидел, победил.     21. Частотный метод взлома шифров Достижения в теории информации позволили формальным образом исследовать исходные тексты, представленные на конкретном языке, и использовать эти результаты для взлома криптосистем. Одним из таких методов анализа является частотный анализ. В соответствии с данным методом, распределение букв в криптотексте сравнивается с распределением букв в алфавите исходного сообщения. Вероятность успешного вскрытия повышается с увеличением длины криптотекста. 22. Таблица Виженера и ее использование для шифрования и дешифрования информации Таблица Виженера относится к шифрам типа подстановки. Таблица устроена так: в 1-й строке записывается весь алфавит, в каждой последующей осуществляется циклический сдвиг на одну букву. Получается квадратная таблица: Пример таблицы: А Б В Г Д Е Ж З И … Ю Я Б В Г Д Е Ж З И К … Я А и т.д. Берут 31 букву(ё и ъ не учитываются). Чтобы зашифровать, надо выбрать слово – «лозунг»(ключ) и подписывается над буквами сообщения. Буквы лозунга шифруются вертикально, а сообщения – горизонтально. При шифровании исходного сообщения его выписывают в строку, а под ним записывают ключевое слово (или фразу). Если ключ оказался короче сообщения, то его циклически повторяют. В процессе шифрования находят в верхней строке таблицы очередную букву исходного текста и в левом столбце очередное значение ключа. Очередная буква шифртекста находится на пересечении столбца, определяемого шифруемой буквой, и строки, определяемой числовым значением ключа. Расшифровка – в обратном порядке. Взлом такого шифра может осуществляться частотным методом. 23. Подстановочные криптографические алгоритмы. Классификация подстановочных алгоритмов и краткая характеристика основных классов. Гомофонический(homophonic) способ защиты против частотного взлома. Каждая буква текста шифруется несколькими символами. Число таких символов пропорционально частотной характеристике. Полиграмное(polygram) шифрование осуществляется путем замены не букв, а их комбинаций. Если заменяется пара букв – биграмный шифр(Плейфера): из букв латинского алфавита строится квадрат 5х5, который является ключом и хранится в секрете:

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

Замена биграмм выполняется так: 1)берутся те символы, что справа 2)Если m₁ и m₂ в одном столбце, то берутся нижние соседи 3) если m₁=m₂, то в незашифрованном тексте между ними ставится незначащая буква. При нечетном числе букв в незашифрованном тексте, к нему дописывается незначащая буква. Когда m₁ и m₂ в разных столбцах и строках C₁ и C₂ выбираются как показано на схеме:

К биграмному шифрованию, также как и к шифру простой подстановки применима частотная криптоатака.

Полиалфавитное шифрование(polyalphabetic). Подстановочное шифрование предполагает задание шифров простой подстановки, определяемой функциями f₁,f₂,f₃… В сообщении m:m₁,m₂,…,m_d,m_d+1,…,m_2d,…

Шифруется по следующему принципу:

F_k(m)=f₁(m₁),f₂(m₂),…,f_d(m_d),…f_2d(m_2d),…

К числу таких шифров относится шифр Виженера. Ключ образуется с k₁,k₂…k_d(последовательность букв). При этом буква А шифруется следующим образом f_i(a)=(f+k_i) mod m. Пример:

m: RENA ISSA NCE

k: BAND BAND BAN

E_k(m): SEAD ISED OCR

Гомофоническое шифрование. Примеры гомофоний.

Homophonyc

Гомофонический способ защиты против частотного взлома. Каждая буква текста шифруется несколькими символами. Число таких символов пропорционально частотной характеристики:

Буква Гомофония

A	17 19 34 41 56 60 67 83
I	08 22 53 65 88 90
L	03 44 76
N	02 09 25 27 32 40 59
O	01 11 23 42 54 70 80
P	33 1
T	05 0 20 29 45 58 64 78 99

PLAIN PILOT

91 4 56 65 59 33 08 76 23 78

25.Полиграммное шифрование. Биграммы. Шифр Плейфера. Polygram Полиграмное шифрование осуществляется путем замены не букв, а их комбинаций. Если заменяется пара букв – биграмный шифр (Плейфера). Из букв латинского алфавита строится квадрат 5х5, который является ключом и хранится в секрете:

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

J=I

Замена биграм выполняется так: 1) берутся те символы, что справа 2) если m1 и m2 в одном столбце, то берутся нижние соседи 3) если m1=m2, то в незашифрованном тексте между ними ставится незначащая буква. При нечетном числе букв в незашифрованном тексте, к нему дописывается незначащая буква. Когда m1 иm2 в разных столбцах и строках c1 и с2выбираются, как показано на схеме:

m: RE NA IS SA NC EX

E(m): HG WC BH HR WF GV

К биграмному шифрованию, так же как и к шифру простой подстановки применима частотная криптоатика. Приведем наиболее частые английские биграмы, с указание частоты вчтречаемости

TH	6.3	AK	2.0	HA	1.7
IN	3.1	EN	2.0	OV	1.4
ER	2.7	TI	2.0	IT	1.4
RE	2.5	TE	1.9	ES	1.4
AN	2.2	AT	1.8	OR	1.4
HE	2.2	ON	1.7	OR	1.4