Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Семинар № 1. «Основы криптографической защиты информации»
Используя шифры перестановки, простой и сложной замены составьте свои примеры (исходное сообщение, зашифрованное сообщение, ключ и описание механизма шифрования).
Введение
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 криптоподобных преобразований информации.
Краткие сведения из теории
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 – 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 защиты 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:
1. 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 |
|
4 |
7 |
5 |
1 |
6 |
2 |
3 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
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 |
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.
Кроме алгоритмов одиночных перестановок применяются алгоритмы двойных перестановок. Сначала в таблицу записывается текст сообщения, а потом поочередно переставляются столбцы, а затем строки. При расшифровке порядок перестановок был обратный. Пример данного метода шифрования показан в следующих таблицах:
|
2 |
4 |
1 |
3 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
4 |
П |
Р |
И |
Е |
|
4 |
И |
П |
Е |
Р |
|
1 |
А |
З |
Ю |
Ж |
|
1 |
З |
Ж |
А |
Ю |
|
1 |
А |
3 |
Ю |
Ж |
|
2 |
Е |
_ |
С |
Ш |
|
2 |
_ |
Ш |
Е |
С |
|
2 |
Е. |
_ |
С |
Ш |
|
3 |
Г |
Т |
О |
О |
|
3 |
Т |
О |
Г |
О |
|
3 |
Г |
Т |
О |
О |
|
4 |
И |
П |
Е |
Р |
В результате перестановки получена шифровка АЗЮЖЕ_СШГТООИПЕР. Ключом к шифру служат номера столбцов 2413 и номера строк 4123 исходной таблицы.
Число вариантов двойной перестановки достаточно быстро возрастает с увеличением размера таблицы: для таблицы 3 х 3 их 36, для 4 х 4 их 576, а для 5*5 их 14400.
В средние века для шифрования применялись и магические квадраты. Магическими квадратами называются квадратные таблицы с вписанными в их клетки последовательными натуральными числами, начиная с единицы, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число. Для шифрования необходимо вписать исходный текст по приведенной в квадрате нумерации и затем переписать содержимое таблицы по строкам. В результате получается шифротекст, сформированный благодаря перестановке букв исходного сообщения.
|
16 |
3 |
2 |
13 |
|
|
О |
И |
Р |
Т |
|
5 |
10 |
11 |
8 |
|
|
З |
Ш |
Е |
Ю |
|
9 |
6 |
7 |
12 |
|
|
_ |
Ж |
А |
С |
|
4 |
15 |
14 |
1 |
|
|
Е |
Г |
О |
П |
|
П |
Р |
И |
Е |
З |
Ж |
А |
Ю |
_ |
Ш |
Е |
С |
Т |
О |
Г |
О |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
Число магических квадратов очень резко возрастает с увеличением размера его сторон: для таблицы 3*3 таких квадратов -1; для таблицы 4*4 - 880; а для таблицы 5*5 - 250000.
2. 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 K букв.
Известная фраза Юлия Цезаря VENI VINI VICI, зашифрованная с помощью данного метода, преобразуется в SBKF SFAF SFZF (при смещении на 4 символа).
Греческим писателем Полибием за 100 лет до н.э. был изобретен так называемый полибианский квадрат размером 5*5, заполненный алфавитом в случайном порядке. Греческий алфавит имеет 24 буквы, а 25-м символом является пробел. Для шифрования на квадрате находили букву текста и записывали в шифротекст букву, расположенную ниже ее в том же столбце. Если буква оказывалась в нижней строке таблицы, то брали верхнюю букву из того же столбца.
3. Шифры сложной замены
Шифр Гронсфельда состоит 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 трех цифр – 314, тогда
Сообщение СОВЕРШЕННО СЕКРЕТНО
Ключ 3143143143143143143
Шифровка ФПИСЬИОССАХИЛФИУСС
В шифрах многоалфавитной замены для шифрования каждого символа исходного сообщения применяется свой шифр простой замены (свой алфавит).
|
|
АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_ |
|
А |
АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_ |
|
Б |
_АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ |
|
В |
Я_АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮ |
|
Г |
ЮЯ_АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭ |
|
. |
………… |
|
Я |
ВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_АБ |
|
_ |
БВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_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 |
PAGE 4