Основы шифрования информации

Лекция 7

Шифр (от фр. Chiffre «цифра» от араб. صِفْر‎‎, sifr «ноль») — какая-либо система преобразования текста с секретом (ключом) для обеспечения секретности передаваемой информации. Шифры применяются для тайной переписки дипломатических представителей со своими правительствами, в вооруженных силах для передачи текста секретных документов по техническим средствам связи, банками для обеспечения безопасности транзакций, а также некоторыми интернет-сервисами по различным причинам.

Шифр может представлять собой совокупность условных знаков (условная азбука из цифр или букв) либо алгоритм преобразования обычных цифр и букв. Процесс засекречивания сообщения с помощью шифра называется шифрованием.

Шифрова́ние — обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, в это же время, авторизованным пользователям доступа к ней. Главным образом, шифрование служит задачей соблюдения конфиденциальности передаваемой информации. Важной особенностью любого алгоритма шифрования является использованиеключа, который утверждает выбор конкретного преобразования из совокупности возможных для данного алгоритма

Шифрование - преобразовательный процесс. В процессе шифрования исходный текст (открытый текст), заменяется шифрованным текстом (криптограммой) (рис.1).

Рис.1. Процесс шифрования данных

Дешифрование - обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный (рис.2).

Рис.2. Процесс дешифрования данных

Ключ - информация, необходимая для шифрования и дешифрования текстов. Обычно ключ представляет собой последовательный ряд букв алфавита.

Цель криптографической системы заключается в том, чтобы зашифровать осмысленный исходный текст, получив в результате совершенно бессмысленный на первый взгляд шифрованный текст. Получатель, которому он предназначен, должен быть способен расшифровать эту шифрограмму, восстановив, таким образом, соответствующий ей открытый текст. При этом посторонний человек должен быть неспособен раскрыть исходный текст.

Существует важное отличие между дешифрованием и раскрытием криптосистемы. Раскрытие криптосистемы это возможность получения исходного текста неавторизованными людьми. Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию без знания ключа (криптоанализу).

Криптография – наука о шифровании. Криптография дает возможность преобразовать информацию таким образом, что ее прочтение (восстановление) возможно только при знании ключа.

Алфавит - конечное множество используемых для кодирования информации знаков.

Современная криптография включает в себя четыре основных направления:

1. Симметричные криптосистемы.

2. Криптосистемы с открытым ключом.

3. Системы электронной подписи.

4. Управление ключами.

Рассмотрим наиболее популярные шифры.

Шифр Цезаря

Шифр назван в честь римского императора Гая Юлия Цезаря, использовавшего его для секретной переписки со своими генералами. Код Цезаря или сдвиг Цезаря - один из самых простых и наиболее широко известных методов шифрования.

Шифр Цезаря - это вид шифра подстановки, в котором каждый символ в открытом тексте заменяется буквой находящейся на некоторое постоянное число позиций правее него в алфавите. Например, в шифре со сдвигом 3, А была бы заменена на Г, Б станет Д, и так далее.

Шифр Цезаря легко взламывается и не имеет практического применения, но он положил начало многим современным системам шифрования.

Пример

Шифрование с использованием ключа k = 3. Буква «С» «сдвигается» на три буквы вперед и становится буквой «Ф». Твердый знак, перемещённый на три буквы вперед, становится буквой «Э», и так далее:

Исходный алфавит: АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ

Шифрованный: ГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯАБВ

Оригинальный текст:

Съешь же ещё этих мягких французских булок, да выпей чаю.

Шифрованный текст получается путём замены каждой буквы оригинального текста соответствующей буквой шифрованного алфавита:

Фэзыя йз зьи ахлш пвёнлш чугрщцкфнлш дцосн, жг еютзм ъгб.

Шифр подстановки

В шифрах простой замены замена производится только над одним единственным символом. Для наглядной демонстрации шифра простой замены достаточно выписать под заданным алфавитом тот же алфавит но в другом порядке или например со смещением. Записанный таким образом алфавит называют алфавитом замены.

Шифры простой замены

В шифрах простой замены замена производится только над одним единственным символом. Для наглядной демонстрации шифра простой замены достаточно выписать под заданным алфавитом тот же алфавит но в другом порядке или например со смещением. Записанный таким образом алфавит называют алфавитом замены.

Омофоническая замена

Ранние попытки увеличивать трудность дешифровки частотным анализом шифров замены состояла в том, чтобы замаскировать реальные частоты появления символов обычного текста с помощью омофонии. В этих шифрах, буквы исходного алфавита соответствуют больше чем одному символу из алфавита замены. Обычно, символам исходного текста наивысшей частотой дают большее количество эквивалентов чем более редким символам. Таким образом, распределение частоты становится более равномерным, сильно затрудняя частотный анализ. С тех пор как для алфавита замены стало требоваться больше чем 26 символов появилась необходимость в расширенных алфавитах. Одним из самых простых решений является это замена алфавита на цифры. Другой метод состоит из простых изменений существующего алфавита: прописные буквы, строчные буквы, перевернутые символы и т. д. Более художественными, хотя не обязательно более надежными, будут омофонические шифры, которые используют полностью изобретенные (вымышленные) алфавиты (например «Пляшущие человечки» А. Конан Дойла)

Шифр Виженера

Шифр Виженера (фр. Chiffre de Vigenère) — метод полиалфавитного шифрования буквенного текста с использованием ключевого слова.

Этот метод является простой формой многоалфавитной замены. Шифр Виженера изобретался многократно. Впервые этот метод описал Джован Баттиста Беллазо (итал. Giovan Battista Bellaso) в книге La cifra del. Sig. Giovan Battista Bellasо в 1553 году, однако в XIX веке получил имя Блеза Виженера, швейцарского дипломата. Метод прост для понимания и реализации, он является недоступным для простых методов криптоанализа.

Контрольные вопросы

1. Понятие и цель шифрования.

2. Дешифрование. Раскрытие шифра.

3. Виды и суть наиболее популярных шифров.

4. Понятие криптографии и криптостойкости.

5. Суть шифра Цезаря.

6. Шифр подстановки и простой замены.

7. Омофоническая замена. Шифр Виженера.

Дата добавления: 2014-01-03