Методы криптографии

Федеральное агентство по образованию

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный  педагогический университет»

Институт информатики и информационных технологий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мЕТОДЫ КРИПТОГРАФИИ

(Экзаменационная работа)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Исполнитель: студентка ИФ-31,

                         Коновалова Анастасия             

                         Вениаминовна

                                                                         Руководитель: Стариченко Борис  Евгеньевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2013

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Одной из важнейших способностей человека является умение общаться с себе подобными. Изначально для передачи сведений о том, что происходит в окружающем мире, человек использовал жесты и мимику.

Тема передачи сообщений посредством  условных знаков или жестов активно используется писателями и сценаристами приключенческого жанра. Вспомните фильмы и книги о войне: цветок на окне, поднятая или опущенная занавеска, объявление с условной фразой в газете, выбор цветов во время покупки их у цветочника-связника и т. д.

С развитием речи — второй сигнальной системы человека, которая по праву  считается одним из важнейших  отличительных признаков, качественно  выделяющих человечество из животного  мира, — информационный обмен между  членами даже самого дикого племени  многократно усложнился. Люди стали разговаривать с кем-то больше, с кем-то меньше, ведь коммуникация в человеческом обществе имеет еще один отличительный признак - она узко избирательна. Разговаривая с разными людьми, мы ведем себя совершенно по-разному: то, что сообщаем одним, стараемся скрыть от других.

Как видим, уже с самого зарождения человеческой цивилизации люди научились  сообщать информацию так, чтобы она  стала известна одним людям и  не была известна другим.

Для реализации тайной передачи сообщения  требуется так преобразовать сообщение, чтобы постороннему лицу была недоступна информация, заключенная в сообщении. Этим и занимается криптография.

 Для защиты информации используется, прежде всего, шифрование. При  шифровании происходит преобразование  данных в вид, недоступный для чтения без соответствующей информации (ключа шифрования).

Роль шифров в истории развития человечества огромна. Шифры решали результаты сражений и приводили  к смерти королей и королев.

Один из способов шифрованиея был  реализован в самом первом из известных шифровальных устройств ― спартанской скитале. Упоминание об этом устройстве восходит к пятому веку до н. э. Скитала (или сцитала) представляла собой деревянный цилиндр (или конус), вокруг которого наматывалась полоска кожи или пергамента. Отправитель писал сообщение по всей длине скиталы, а затем разматывал полоску, на которой после этого оставался бессмысленный набор букв. Сообщение оказывалось зашифрованным. Сообщение можно будет прочесть, только если намотать эту полоску вокруг другой скиталы такого же диаметра. Вестник брал кожаную полоску и обычно прятал сообщение, используя полоску как пояс, буквами внутрь.

В современном же обществе большую  роль играют компьютеры, и вообще электронные  средства передачи, хранения, и обработки  информации.

Для того чтобы информационные технологии можно было использовать в различных  областях, необходимо обеспечить их надежность и безопасность. Под безопасностью (в широком смысле) понимается способность  информационной системы сохранять  свою целостность и работоспособность при случайных или преднамеренных внешних воздействиях.

Вместе с тем расширилось  использование компьютерных сетей, в частности, глобальной сети Internet, по которым передаются большие объемы информации государственного, военного, коммерческого и частного характера, доступ к которой для посторонних лиц недопустим. Все это привело к тому, что очень быстро практическая криптография в деловой сфере сделала огромный скачок в развитии, причем сразу по нескольким направлениям:

- разработаны стойкие блочные шифры с секретным ключом, предназначенные для решения классической задачи — обеспечения секретности и целостности передаваемых или хранимых данных;

- созданы методы решения новых, нетрадиционных задач защиты информации, наиболее известными из которых являются задачи цифровой подписи документа и открытого распределения ключей.

Современные криптографические системы  позволяют шифровать сообщения  так, что на их раскрытие могут  понадобиться десятки или даже сотни  лет непрерывной работы.

Поэтому широкое использование информационных технологий привело к бурному развитию различных методов защиты информации, из которых основными можно, пожалуй, назвать, помехоустойчивое кодирование и криптографию.

К настоящему времени криптография содержит множество результатов (теорем, алгоритмов), как фундаментальных, так и прикладных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предмет криптографии

 

Криптогра́фия (от др. греч. κρυπτός — скрытый и γράφω — пишу) — наука о методах обеспечения конфиденциальности(невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности (целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации.

Основные цели криптографии:

• Обеспечение конфиденциальности данных (предотвращение

несанкционированного доступа  к данным).

• Обеспечение целостности данных — гарантии того, что при передаче или хранении данные не были модифицированы пользователем, не имеющим на это права. Под модификацией понимается вставка, удаление или подмена информации, а также повторная пересылка перехваченного ранее текста.

• Обеспечение аутентификации. Под  аутентификацией понимается проверка подлинности субъектов (сторон при  обмене данными, автора документов, и  т.д.) или подлинности самой информации.

• Обеспечение невозможности отказа от авторства — предотвращение возможности отказа субъектов от совершенных ими действий (обычно — невозможности отказа от подписи под документом).

 

 

 

 

 

 

 

Терминология

• Открытый (исходный) текст — данные (не обязательно текстовые), передаваемые без использования криптографии.
• Шифротекст, шифрованный (закрытый) текст — данные, полученные после применения криптосистемы (обычно — с некоторым указанным ключом).
• Ключ — параметр шифра, определяющий выбор конкретного преобразования данного текста.
• Шифр, криптосистема — семейство обратимых преобразований открытого текста в шифрованный.
• Шифрование — процесс нормального применения криптографического преобразования открытого текста на основе алгоритма и ключа, в результате которого возникает шифрованный текст.
• Расшифровывание — процесс нормального применения криптографического преобразования шифрованного текста в открытый.
• Асимметричный шифр, двухключевой шифр, шифр с открытым ключом — шифр, в котором используются два ключа, шифрующий и расшифровывающий. При этом, зная ключ зашифровывания, нельзя расшифровать сообщение, и наоборот.
• Открытый ключ — тот из двух ключей асимметричной системы, который свободно распространяется. Шифрующий для секретной переписки и расшифровывающий — для электронной подписи.
• Секретный ключ, закрытый ключ — тот из двух ключей асимметричной системы, который хранится в секрете.
• Криптоанализ — наука, изучающая математические методы нарушения конфиденциальности и целостности информации.
• Криптоаналитик — человек, создающий и применяющий методы криптоанализа.
• Криптография и криптоанализ составляют криптологию, как единую науку о создании и взломе шифров.
• Криптографическая атака — попытка криптоаналитика вызвать отклонения в атакуемой защищенной системе обмена информацией. Успешную криптографическую атаку называют взлом или вскрытие.
• Дешифрование (дешифровка) — процесс извлечения открытого текста без знания криптографического ключа на основе известного шифрованного.
• Криптографическая стойкость — способность криптографического алгоритма противостоять криптоанализу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принципы Керкхоффса

 

Август Керкхоффс, известный голландский  лингвист XIX века, сформулировал три  принципа, которым обязан соответствовать  любой хороший шифр.

1. Шифр должен быть стойким к взлому. Дело в том, что одиночное зашифрованное сообщение может быть в принципе невзламываемым. Однако часто приходится посылать сотни сообщений, зашифрованных по одной и той же схеме, и в этом случае расшифровывать их с каждым разом будет проще. Степень стойкости зависит также и от того, сколько времени уйдет на взлом. В идеале это должно быть время, за которое взламываемая информация потеряет актуальность для криптоаналитика.

2. Шифр должен быть простым в использовании. Имеется в виду, что лучше не пользоваться сложными шифросистемами, так как увеличивается время на кодирование-декодирование сообщения, а также возрастает вероятность использования их с ошибками.

3. Стойкость шифра к взлому полностью зависит от обеспечения секретности ключа, а не алгоритма, поскольку используемым многими людьми алгоритм не может долго находиться в секрете. Ключ же проще сохранить в тайне или в крайнем случае заменить

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Метод Замены.

 

Пусть требуется зашифровать следующее  сообщение (открытый текст):

DEAR DAD

SEND MORE MONEY AS SOON AS POSSIBLE TOM

«Дорогой папа. Как можно скорее пришли еще денег. Том.»

Один из способов шифрования –  простая замена, при которой каждая буква открытого текста заменяется на какую-то букву алфавита (возможно, на ту же самую). Для этого отправитель  сообщения должен знать, на какую  букву в шифротексте следует заменить каждую букву открытого текста. Часто это делается путем сведения нужных соответствий букв в виде двух алфавитов, например так, как показано ниже в таблице:

Алфавит
Открытый	ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Шифровальный	BLUESTOCKINGADFHJMPQRVWXYZ

Шифрограмма получается путем замены каждой буквы открытого текста на записанную непосредственно под ней букву шифровального алфавита.

ESBM EBE

HGSBPS PSDE AFMS AFDSY BP PFFD BP HFPPKLGS QFA

Две алфавитные последовательности, используемые в  процессе шифрования, называются, соответственно, открытым и шифровальным компонентом системы. Чтобы получатель шифрограммы мог восстановить открытый текст и прочитать сообщение, ему необходимо иметь копию вышеприведенной таблицы. Дешифровщик повторяет в обратном порядке все действия шифровальщика, раскрывая тем самым содержание сообщения.

В вышеприведенном  примере использовался алгоритм побуквенной замены. Этот метод называется простой, или моноалфавитной заменой. Ключ к данному шифру состоит  из таблицы, содержащей открытый и шифровальный алфавиты, в которой указывается, на какую букву в шифротексте следует заменить букву открытого текста. В такой криптографической системе предполагается, что алгоритм шифрования общеизвестен, тогда как ключ доступен только отправителю и получателю соответствующих сообщений.

В открытом алфавите буквы расположены в их обычной  последовательности; такой алфавит  называется прямой стандартной последовательностью. Шифровальный же алфавит в нашем  примере состоит из 26 букв латинского алфавита, определенным образом переставленных с использованием ключевого слова BLUESTOCKING (букв.«синий чулок»). После ключевого слова (ключевой фразы) ключ далее записывается с опущением всех тех букв, что уже появились в этом слове (или в первом слове этой фразы), а затем вписываются остающиеся буквы алфавита в обычном порядке, опять же с опущением всех ранее появившихся букв. Так, если в качестве ключевой мы используем фразу UNITED STATES OF AMERICA, то шифровальный алфавит будет выглядеть следующим образом:

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

С помощью  ключевого слова (фразы) при шифровании можно перемешать любую алфавитную последовательность. Использование  ключевых слов облегчает восстановление открытого и шифровального компонента системы, поскольку при этом необходимо запомнить только соответствующее ключевое слово (фразу). Нет необходимости записывать (или разгадывать) какие бы то ни было таблицы: если помнить ключевое слово, то алфавитную последовательность всегда можно восстановить по памяти.

В вышеприведенной шифрограмме между словами сохранены пробелы, однако шифровку можно сделать более защищенной (или, как говорят криптографы, устойчивой, или стойкой ко взлому; шифр считается тем более стойким, чем дольше он не поддается вскрытию) путем удаления межсловных пробелов из окончательного шифротекста. Согласно установившейся практике, шифротекст принято делить на группы из пяти букв каждая. (Когда-то телеграфные компании при взимании платы каждую группу из пяти букв считали как одно слово открытого текста.) Если убрать пробелы между словами, то нашу шифрограмму можно было бы записать так:

ESBME BEMGS BPSPS DEAFM SAFDS YBPPF FDBPH FPPKL GSQFA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Метод Перестановки.

 

 Другим важнейшим шифровальным  алгоритмом является перестановка. В шифре перестановки все буквы открытого текста остаются без изменений, но переставляются согласно заранее оговоренному правилу. Здесь также может использоваться ключ, управляющий процедурой шифрования. Так, используя в качестве ключа слово PANAMA, мы могли бы зашифровать вышеупомянутый открытый текст следующим образом: