Шифр простой замены. Таблица Вижинера

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

Институт кибернетики

Направление – 2300100  Информатика и вычислительная техника

Кафедра        – Оптимизации и систем управления

 

 

 

 

 

Шифр простой  замены. Таблица Вижинера

 

Отчет по лабораторной работе № 3

по курсу «Информационная безопасность»

 

                                       

 

 

 

Выполнил студент гр. 8ВМ23      _______ А.В. Колчанов

           ^{Подпись             Дата}                   

Проверил   ассистент                 ________ ________   Ф.А. Тузовский 

                    ^{Подпись              Дата}                  

 

 

 

 

 

 

 

Томск – 2013

Задание

 

Составьте алгоритмическое  и программное обеспечение:

1. Процедур шифрования и расшифрования  с использованием шифра Цезаря  при вводе с клавиатуры ключа  и исходного или зашифрованного  текста. Учтите регистр вводимого текста.

2. Процедур шифрования и расшифрования  с использованием шифра Цезаря  при вводе с клавиатуры ключа  и текстового файла. Учтите  регистр вводимого текста.

3. Процедур шифрования и расшифрования  с использованием шифра Вижинера  при вводе с клавиатуры ключа и исходного или зашифрованного текста. Учтите регистр вводимого текста.

4. Процедур шифрования и расшифрования  с использованием шифра Вижинера  при вводе с клавиатуры ключа  и текстового файла. Учтите  регистр вводимого текста.

5. Постройте программно таблицу Вижинера и выведите в файл.

 

Теоретический материал

 

Современные криптографические системы  тесно связаны с методами шифрования сообщений, которые, в свою очередь, зависят от способа использования  ключей. Предлагаемая программа отличается простотой понимания смысла шифрования, позволяет получить криптограммы одного и того же исходного текста в зависимости от выбранного ключевого слова. Кроме того, такой подход шифрования может быть применен в одноключевых криптосистемах для защиты информации в локальных сетях. Одноключевые криптографические системы являются классическими системами криптографической защиты информации. Для шифрования и расшифрования сообщений в них используется один и тот же ключ, сохранение которого в тайне обеспечивает надежность защиты информации. Шифровальную схему в этом случае можно представить следующим образом: Y = Ez(X) X = Dz(Y) = Dz(Ez(X)), где X — открытый текст; Y — шифротекст; Dz — функция шифрования с секретным ключом z; Ez — функция расшифрования с секретным ключом z. Открытый текст, как правило, имеет произвольную длину. В связи с этим он разбивается на блоки фиксированной длины и каждый блок шифруется в отдельности, независимо от его получения во входной последовательности. Соответствующие методы шифрования называются блочными, а наиболее важными шифрами при этом являются шифры замены (подстановки). Шифры замены образуются с помощью замены знаков исходного сообщения на другие знаки. Простейшим шифром замены является шифр Цезаря. В этом шифре буквы исходного сообщения латинского алфавита заменяются буквами, расположенными тремя позициями правее. Однако вскрытие таких шифров легко осуществляется путем перебора всех возможных ключей, в качестве которых используется величина сдвига букв сообщения в алфавите, до появления осмысленного текста. Устойчивость шифра замены можно повысить за счет использования «перемешанного» алфавита. Однако наиболее стойким к расшифрованию сообщений из данного класса шифров является шифр полиалфавитной замены, в котором применяется несколько алфавитов, поочередно используемых для замены букв открытого текста. Разновидностью шифрования с использованием полиалфавитной замены знаков сообщения является метод Вижинера (или шифр Вижинера), в котором важную роль играет ключевое слово. Приведем в качестве примера программу шифрования текста сообщения с помощью шифра Вижинера. Программа может быть применена для создания шифротекстов с последующей передачей их в одноключевых криптосистемах. Математическая постановка такой задачи заключается в следующем. Множество из 26 алфавитов, для английского текста (по числу букв), формируется последовательным циклическим сдвигом букв исходного алфавита (аналогично принципу формирования шифра Цезаря). Совокупность всех алфавитов образует так называемую таблицу Вижинера. При шифровании буквы ключевого слова определяют выбор конкретного сдвинутого алфавита, используемого при замене соответствующей буквы сообщения.

Процесс шифрования может  быть описан как процесс суммирования по модулю 26 номеров соответствующих  друг другу букв открытого текста и ключевого слова. В данном случае для уяснения принципа получения криптограмм с использованием шифра Вижинера применим ключевое слово и один алфавит английского языка. Каждой букве алфавита сопоставим цифру (А WW 0, В WW 1, …, Z WW 25). Ключевое слово ki задается определенным количеством букв d и повторно записывается под шифруемым сообщением mi. В дальнейшем в i-м столбце из двух букв буква сообщения mi складывается по модулю 26 со стоящей под ней буквой ключевого слова ki в виде: gi = mi + ki mod 26, где gi — буквы полученной криптограммы. Расшифровка криптограммы осуществляется вычитанием ключевого слова по модулю 26. При d = 1 шифр Вижинера является шифром Цезаря.

 

Ход работы

 

Для выполнения поставленных условий  задачи было разработано программное  обеспечение, которое позволяет  шифровать и расшифровывать текст методом Цезаря и методом Вижинера. Программное обеспечение учитывает регистр написания, а так же сохраняет и строит таблицу Вижинера.  Общий вид рабочий программы представлен на рис.1.

 

Рис. 1. Программное обеспечение для реализации алгоритмов шифрования и дешифрования

 

• Шифр Цезаря

Для шифрования необходимо ввести исходный тект в поле Source Text или открыть из файла, ввести ключ и нажать на кнопку Encrypt. Выбрав при этом тип шифрования Caeasar cipher.

 

Рис. 2. Работа программы для шифра простой замены (Цезаря)

 

• Таблица Вижинера

Для шифрования необходимо ввести исходный тект в поле Source Text или открыть из файла, ввести ключ и нажать на кнопку Encrypt. Выбрав при этом тип шифрования Videnere cipher

 

Рис. 3. Работа программы для шифра Вижинера

 

 

 

Вывод

 

Результат лабораторной работы является программное обеспечение, которое позволяет шифровать  и дешифровывать заданный текст.  Шифр Цезаря достаточно легко взломать, в противовес усовершенствованный  метод Цезаря- метод Вижинера является более защищенным, с точки зрения безопасности.