Методы и виды криптографии и шифрования для начинающих. Криптография и виды шифрования

Тема: "Криптография. Шифры, их виды и свойства"

Введение

1. История криптографии

2. Шифры, их виды и свойства

Заключение

Список литературы

Введение

То, что информация имеет ценность, люди осознали очень давно - недаром переписка сильных мира сего издавна была объектом пристального внимания их недругов и друзей. Тогда-то и возникла задача защиты этой переписки от чрезмерно любопытных глаз. Древние пытались использовать для решения этой задачи самые разнообразные методы, и одним из них была тайнопись - умение составлять сообщения таким образом, чтобы его смысл был недоступен никому кроме посвященных в тайну. Есть свидетельства тому, что искусство тайнописи зародилось еще в доантичные времена. На протяжении всей своей многовековой истории, вплоть до совсем недавнего времени, это искусство служило немногим, в основном верхушке общества, не выходя за пределы резиденций глав государств, посольств и - конечно же - разведывательных миссий. И лишь несколько десятилетий назад все изменилось коренным образом - информация приобрела самостоятельную коммерческую ценность и стала широко распространенным, почти обычным товаром. Ее производят, хранят, транспортируют, продают и покупают, а значит - воруют и подделывают - и, следовательно, ее необходимо защищать. Современное общество все в большей степени становится информационно обусловленным, успех любого вида деятельности все сильней зависит от обладания определенными сведениями и от отсутствия их у конкурентов. И чем сильней проявляется указанный эффект, тем больше потенциальные убытки от злоупотреблений в информационной сфере, и тем больше потребность в защите информации.

Широкое применение компьютерных технологий и постоянное увеличение объема информационных потоков вызывает постоянный рост интереса к криптографии. В последнее время увеличивается роль программных средств защиты информации, не требующих крупных финансовых затрат в сравнении с аппаратными криптосистемами. Современные методы шифрования гарантируют практически абсолютную защиту данных.

Целью данной работы является знакомство с криптографией; шифрами, их видами и свойствами.

Ознакомиться с криптографией

Рассмотреть шифры, их виды и свойства

1. История криптографии

Перед тем как приступить к собственно истории криптографии необходимо прокомментировать ряд определений, так как без этого все нижесказанное будет "слегка" затруднительным для понимания:

Под конфиденциальностью понимают невозможность получения информации из преобразованного массива без знания дополнительной информации (ключа).

Аутентичность информации состоит в подлинности авторства и целостности.

Криптоанализ объединяет математические методы нарушения конфиденциальности и аутентичности информации без знания ключей.

Алфавит - конечное множество используемых для кодирования информации знаков.

Текст - упорядоченный набор из элементов алфавита. В качестве примеров алфавитов можно привести следующие:

алфавит Z 33 - 32 буквы русского алфавита (исключая "ё") и пробел;

алфавит Z 256 - символы, входящие в стандартные коды ASCII и КОИ-8;

двоичный алфавит - Z 2 = {0, 1};

восьмеричный или шестнадцатеричный алфавит

Под шифром понимается совокупность обратимых преобразований множества открытых данных на множество зашифрованных данных, заданных алгоритмом криптографического преобразования. В шифре всегда различают два элемента: алгоритм и ключ. Алгоритм позволяет использовать сравнительно короткий ключ для шифрования сколь угодно большого текста.

Криптографическая система, или шифр представляет собой семейство Т обратимых преобразований открытого текста в шифрованный. Членам этого семейства можно взаимно однозначно сопоставить число k, называемое ключом. Преобразование Тk определяется соответствующим алгоритмом и значением ключа k.

Ключ - конкретное секретное состояние некоторых параметров алгоритма криптографического преобразования данных, обеспечивающее выбор одного варианта из совокупности всевозможных для данного алгоритма. Секретность ключа должна обеспечивать невозможность восстановления исходного текста по шифрованному.

Пространство ключей K - это набор возможных значений ключа.

Обычно ключ представляет собой последовательный ряд букв алфавита. Следует отличать понятия "ключ" и "пароль". Пароль также является секретной последовательностью букв алфавита, однако используется не для шифрования (как ключ), а для аутентификации субъектов.

Электронной (цифровой) подписью называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и целостность сообщения.

Зашифрованием данных называется процесс преобразования открытых данных в зашифрованные с помощью шифра, а расшифрованием данных - процесс преобразования закрытых данных в открытые с помощью шифра.

Дешифрованием называется процесс преобразования закрытых данных в открытые при неизвестном ключе и, возможно, неизвестном алгоритме, т.е. методами криптоанализа.

Шифрованием называется процесс зашифрования или расшифрования данных. Также термин шифрование используется как синоним зашифрования. Однако неверно в качестве синонима шифрования использовать термин "кодирование" (а вместо "шифра" - "код"), так как под кодированием обычно понимают представление информации в виде знаков (букв алфавита).

Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию. Обычно эта характеристика определяется периодом времени, необходимым для дешифрования.

С распространением письменности в человеческом обществе появилась потребность в обмене письмами и сообщениями, что вызвало необходимость сокрытия содержимого письменных сообщений от посторонних. Методы сокрытия содержимого письменных сообщений можно разделить на три группы. К первой группе относятся методы маскировки или стеганографии, которые осуществляют сокрытие самого факта наличия сообщения; вторую группу составляют различные методы тайнописи или криптографии (от греческих слов ktyptos - тайный и grapho - пишу); методы третьей группы ориентированы на создание специальных технических устройств, засекречивания информации.

В истории криптографии условно можно выделить четыре этапа: наивный, формальный, научный, компьютерный.

1. Для наивной криптографии (до начала XVI в) характерно использование любых, обычно примитивных, способов запутывания противника относительно содержания шифруемых текстов. На начальном этапе для защиты информации использовались методы кодирования и стеганографии, которые родственны, но не тождественны криптографии.

Большинство из используемых шифров сводились к перестановке или моноалфавитной подстановке. Одним из первых зафиксированных примеров является шифр Цезаря, состоящий в замене каждой буквы исходного текста на другую, отстоящую от нее в алфавите на определенное число позиций. Другой шифр, полибианский квадрат, авторство которого приписывается греческому писателю Полибию, является общей моноалфавитной подстановкой, которая проводится с помощью случайно заполненной алфавитом квадратной таблицей (для греческого алфавита размер составляет 5 × 5). Каждая буква исходного текста заменяется на букву, стоящую в квадрате снизу от нее.

2. Этап формальной криптографии (конец XV - начало XX вв) связан с появлением формализованных и относительно стойких к ручному криптоанализу шифров. В европейских странах это произошло в эпоху Возрождения, когда развитие науки и торговли вызвало спрос на надежные способы защиты информации. Важная роль на этом этапе принадлежит Леону Батисте Альберти, итальянскому архитектору, который одним из первых предложил многоалфавитную подстановку. Данный шифр, получивший имя дипломата XVI в. Блеза Вижинера, состоял в последовательном "сложении" букв исходного текста с ключом (процедуру можно облегчить с помощью специальной таблицы). Его работа "Трактат о шифре" считается первой научной работой по криптологии. Одной из первых печатных работ, в которой обобщены и сформулированы известные на тот момент алгоритмы шифрования, является труд "Полиграфия" немецкого аббата Иоганна Трисемуса. Ему принадлежат два небольших, но важных открытия: способ заполнения полибианского квадрата (первые позиции заполняются с помощью легко запоминаемого ключевого слова, остальные - оставшимися буквами алфавита) и шифрование пар букв (биграмм). Простым, но стойким способом многоалфавитной замены (подстановки биграмм) является шифр Плейфера, который был открыт в начале XIX в. Чарльзом Уитстоном. Уитстону принадлежит и важное усовершенствование - шифрование "двойным квадратом". Шифры Плейфера и Уитстона использовались вплоть до первой мировой войны, так как с трудом поддавались ручному криптоанализу. В XIX в. голландец Керкхофф сформулировал главное требование к криптографическим системам, которое остается актуальным и поныне: секретность шифров должна быть основана на секретности ключа, но не алгоритма.

Наконец, последним словом в донаучной криптографии, которое обеспечило еще более высокую криптостойкость, а также позволило автоматизировать процесс шифрования стали роторные криптосистемы.

Одной из первых подобных систем стала изобретенная в 1790 г. Томасом Джефферсоном механическая машина. Многоалфавитная подстановка с помощью роторной машины реализуется вариацией взаимного положения вращающихся роторов, каждый из которых осуществляет "прошитую" в нем подстановку.

Практическое распространение роторные машины получили только в начале XX в. Одной из первых практически используемых машин, стала немецкая Enigma, разработанная в 1917 г. Эдвардом Хеберном и усовершенствованная Артуром Кирхом. Роторные машины активно использовались во время второй мировой войны. Помимо немецкой машины Enigma использовались также устройства Sigaba (США), Турех (Великобритания), Red, Orange и Purple (Япония). Роторные системы - вершина формальной криптографии, так как относительно просто реализовывали очень стойкие шифры. Успешные криптоатаки на роторные системы стали возможны только с появлением ЭВМ в начале 40-х гг.

3. Главная отличительная черта научной криптографии (1930 - 60-е гг.) - появление криптосистем со строгим математическим обоснованием криптостойкости. К началу 30-х гг. окончательно сформировались разделы математики, являющиеся научной основой криптологии: теория вероятностей и математическая статистика, общая алгебра, теория чисел, начали активно развиваться теория алгоритмов, теория информации, кибернетика. Своеобразным водоразделом стала работа Клода Шеннона "Теория связи в секретных системах", которая подвела научную базу под криптографию и криптоанализ. С этого времени стали говорить о криптологии (от греческого kryptos - тайный и logos - сообщение) - науке о преобразовании информации для обеспечения ее секретности. Этап развития криптографии и криптоанализа до 1949 г. стали называть донаучной криптологией.

Шеннон ввел понятия "рассеивание" и "перемешивание", обосновал возможность создания сколь угодно стойких криптосистем. В 1960-х гг. ведущие криптографические школы подошли к созданию блочных шифров, еще более стойких по сравнению с роторными криптосистемами, однако допускающих практическую реализацию только в виде цифровых электронных устройств.

4. Компьютерная криптография (с 1970-х гг.) обязана своим появлением вычислительным средствам с производительностью, достаточной для реализации криптосистем, обеспечивающих при большой скорости шифрования на несколько порядков более высокую криптостойкость, чем "ручные" и "механические" шифры.

Первым классом криптосистем, практическое применение которых стало возможно с появлением мощных и компактных вычислительных средств, стали блочные шифры. В 70-е гг. был разработан американский стандарт шифрования DES. Один из его авторов, Хорст Фейстель описал модель блочных шифров, на основе которой были построены другие, более стойкие симметричные криптосистемы, в том числе отечественный стандарт шифрования ГОСТ 28147-89.

С появлением DES обогатился и криптоанализ, для атак на американский алгоритм был создано несколько новых видов криптоанализа (линейный, дифференциальный и т.д.), практическая реализация которых опять же была возможна только с появлением мощных вычислительных систем. В середине 70-х гг. ХХ столетия произошел настоящий прорыв в современной криптографии - появление асимметричных криптосистем, которые не требовали передачи секретного ключа между сторонами. Здесь отправной точкой принято считать работу, опубликованную Уитфилдом Диффи и Мартином Хеллманом в 1976 г. под названием "Новые направления в современной криптографии". В ней впервые сформулированы принципы обмена шифрованной информацией без обмена секретным ключом. Независимо к идее асимметричных криптосистем подошел Ральф Меркли. Несколькими годами позже Рон Ривест, Ади Шамир и Леонард Адлеман открыли систему RSA, первую практическую асимметричную криптосистему, стойкость которой была основана на проблеме факторизации больших простых чисел. Асимметричная криптография открыла сразу несколько новых прикладных направлений, в частности системы электронной цифровой подписи (ЭЦП) и электронных денег.

В 1980-90-е гг. появились совершенно новые направления криптографии: вероятностное шифрование, квантовая криптография и другие. Осознание их практической ценности еще впереди. Актуальной остается и задача совершенствования симметричных криптосистем. В этот же период были разработаны нефейстелевские шифры (SAFER, RC6 и др.), а в 2000 г. после открытого международного конкурса был принят новый национальный стандарт шифрования США - AES.

Таким образом, мы узнали следующее:

Криптология - это наука о преобразовании информации для обеспечения ее секретности, состоящая из двух ветвей: криптографии и криптоанализа.

Криптоанализ - наука (и практика ее применения) о методах и способах вскрытия шифров.

Криптография - наука о способах преобразования (шифрования) информации с целью ее защиты от незаконных пользователей. Исторически первой задачей криптографии была защита передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного ознакомления с их содержанием, известного только отправителю и получателю, все методы шифрования являются лишь развитием этой философской идеи. С усложнением информационных взаимодействий в человеческом обществе возникли и продолжают возникать новые задачи по их защите, некоторые из них были решены в рамках криптографии, что потребовало развития новых подходов и методов.

2. Шифры, их виды и свойства

В криптографии криптографические системы (или шифры) классифицируются следующим образом:

симметричные криптосистемы

асимметричные криптосистемы

2.1 Симметричные криптографические системы

Под симметричными криптографическими системами понимаются такие криптосистемы, в которых для шифрования и расшифрования используется один и тот же ключ, хранящийся в секрете. Все многообразие симметричных криптосистем основывается на следующих базовых классах:

I. Моно - и многоалфавитные подстановки.

Моноалфавитные подстановки - это наиболее простой вид преобразований, заключающийся в замене символов исходного текста на другие (того же алфавита) по более или менее сложному правилу. В случае моноалфавитных подстановок каждый символ исходного текста преобразуется в символ шифрованного текста по одному и тому же закону. При многоалфавитной подстановке закон преобразования меняется от символа к символу. Один и тот же шифр может рассматриваться и как моно - и как многоалфавитный в зависимости от определяемого алфавита.

Например, самой простой разновидностью является прямая (простая) замена, когда буквы шифруемого сообщения заменяются другими буквами того же самого или некоторого другого алфавита. Таблица замены может иметь следующий вид:

Исходные символы шифруемого текста

а

б

в

г

д

е

ж

з

и

к

л

м

н

о

п

р

с

т

у

ф

…

Заменяющие символы

s

р

x

l

r

z

i

m

a

y

e

d

w

t

b

g

v

n

j

o

…

Используя эту таблицу, зашифруем слово победа. Получим следующее: btpzrs

II. Перестановки - также несложный метод криптографического преобразования, заключающийся в перестановке местами символов исходного текста по некоторому правилу. Шифры перестановок в настоящее время не используются в чистом виде, так как их криптостойкость недостаточна, но они входят в качестве элемента в очень многие современные криптосистемы.

Самая простая перестановка - написать исходный текст наоборот и одновременно разбить шифрограмму на пятерки букв. Например, из фразы

ПУСТЬ БУДЕТ ТАК, КАК МЫ ХОТЕЛИ

получится такой шифротекст:

ИЛЕТО ХЫМКА ККАТТ ЕДУБЪ ТСУП

В последней пятерке не хватает одной буквы. Значит, прежде чем шифровать исходное выражение, следует его дополнить незначащей буквой (например, О) до числа, кратного пяти, тогда шифрограмма, несмотря на столь незначительные изменения, будет выглядеть по-другому:

ОИЛЕТ ОХЫМК АККАТ ТЕДУБ ЬТСУП

III. Блочные шифры - семейство обратимых преобразований блоков (частей фиксированной длины) исходного текста. Фактически блочный шифр - это система подстановки на алфавите блоков. Она может быть моно - или многоалфавитной в зависимости от режима блочного шифра. Иначе говоря, при блочном шифровании информация разбивается на блоки фиксированной длины и шифруется поблочно. Блочные шифры бывают двух основных видов: шифры перестановки (transposition, permutation, P-блоки) и шифры замены (подстановки, substitution, S-блоки) . В настоящее время блочные шифры наиболее распространены на практике.

Американский стандарт криптографического закрытия данных DES (Data Encryption Standard), принятый в 1978 г., является типичным представителем семейства блочных шифров и одним из наиболее распространенных криптографических стандартов на шифрование данных, применяемых в США. Этот шифр допускает эффективную аппаратную и программную реализацию, причем возможно достижение скоростей шифрования до нескольких мегабайт в секунду. Первоначально метод, лежащий в основе данного стандарта, был разработан фирмой IBM для своих целей. Он был проверен Агентством Национальной Безопасности США, которое не обнаружило в нем статистических или математических изъянов.

DES имеет блоки по 64 бит и основан на 16-кратной перестановке данных, также для шифрования использует ключ в 56 бит. Существует несколько режимов DES: Electronic Code Book (ECB) и Cipher Block Chaining (CBC).56 бит - это 8 семибитовых символов, т.е. пароль не может быть больше чем восемь букв. Если вдобавок использовать только буквы и цифры, то количество возможных вариантов будет существенно меньше максимально возможных 2 56 . Однако, данный алгоритм, являясь первым опытом стандарта шифрования, имеет ряд недостатков. За время, прошедшее после создания DES, компьютерная техника развилась настолько быстро, что оказалось возможным осуществлять исчерпывающий перебор ключей и тем самым раскрывать шифр. В 1998 г. была построена машина, способная восстановить ключ за среднее время в трое суток. Таким образом, DES, при его использовании стандартным образом, уже стал далеко не оптимальным выбором для удовлетворения требованиям скрытности данных. Позднее стали появляться модификации DESa, одной из которой является Triple Des ("тройной DES" - так как трижды шифрует информацию обычным DESом). Он свободен от основного недостатка прежнего варианта - короткого ключа: он здесь в два раза длиннее. Но зато, как оказалось, Triple DES унаследовал другие слабые стороны своего предшественника: отсутствие возможности для параллельных вычислений при шифровании и низкую скорость.

IV. Гаммирование - преобразование исходного текста, при котором символы исходного текста складываются с символами псевдослучайной последовательности (гамме), вырабатываемой по некоторому правилу. В качестве гаммы может быть использована любая последовательность случайных символов. Процедуру наложения гаммы на исходный текст можно осуществить двумя способами. При первом способе символы исходного текста и гаммы заменяются цифровыми эквивалентами, которые затем складываются по модулю k, где k - число символов в алфавите. При втором методе символы исходного текста и гаммы представляются в виде двоичного кода, затем соответствующие разряды складываются по модулю 2. Вместо сложения по модулю 2 при гаммировании можно использовать и другие логические операции.

Таким образом, симметричными криптографическими системами являются криптосистемы, в которых для шифрования и расшифрования используется один и тот же ключ. Достаточно эффективным средством повышения стойкости шифрования является комбинированное использование нескольких различных способов шифрования. Основным недостатком симметричного шифрования является то, что секретный ключ должен быть известен и отправителю, и получателю.

2.2 Асимметричные криптографические системы

Еще одним обширным классом криптографических систем являются так называемые асимметричные или двухключевые системы. Эти системы характеризуются тем, что для шифрования и для расшифрования используются разные ключи, связанные между собой некоторой зависимостью. Применение таких шифров стало возможным благодаря К. Шеннону, предложившему строить шифр таким способом, чтобы его раскрытие было эквивалентно решению математической задачи, требующей выполнения объемов вычислений, превосходящих возможности современных ЭВМ (например, операции с большими простыми числами и их произведениями). Один из ключей (например, ключ шифрования) может быть сделан общедоступным, и в этом случае проблема получения общего секретного ключа для связи отпадает. Если сделать общедоступным ключ расшифрования, то на базе полученной системы можно построить систему аутентификации передаваемых сообщений. Поскольку в большинстве случаев один ключ из пары делается общедоступным, такие системы получили также название криптосистем с открытым ключом. Первый ключ не является секретным и может быть опубликован для использования всеми пользователями системы, которые зашифровывают данные. Расшифрование данных с помощью известного ключа невозможно. Для расшифрования данных получатель зашифрованной информации использует второй ключ, который является секретным. Разумеется, ключ расшифрования не может быть определен из ключа зашифрования.

Центральным понятием в асимметричных криптографических системах является понятие односторонней функции.

Под односторонней функцией понимается эффективно вычислимая функция, для обращения которой (т.е. для поиска хотя бы одного значения аргумента по заданному значению функции) не существует эффективных алгоритмов.

Функцией-ловушкой называется односторонняя функция, для которой обратную функцию вычислить просто, если имеется некоторая дополнительная информация, и сложно, если такая информация отсутствует.

Все шифры этого класса основаны на так называемых функциях-ловушках. Примером такой функции может служить операция умножения. Вычислить произведение двух целых чисел очень просто, однако эффективных алгоритмов для выполнения обратной операции (разложения числа на целые сомножители) - не существует. Обратное преобразование возможно лишь, если известна, какая-то дополнительная информация.

В криптографии очень часто используются и так называемые хэш-функции. Хэш-функции - это односторонние функции, которые предназначены для контроля целостности данных. При передаче информации на стороне отправителя она хешируется, хэш передается получателю вместе с сообщением, и получатель вычисляет хэш этой информации повторно. Если оба хэша совпали, то это означает, что информация была передана без искажений. Тема хэш-функций достаточно обширна и интересна. И область ее применения гораздо больше чем просто криптография.

В настоящее время наиболее развитым методом криптографической защиты информации с известным ключом является RSA, названный так по начальным буквам фамилий его изобретателей (Rivest, Shamir и Adleman) и представляющий собой криптосистему, стойкость которой основана на сложности решения задачи разложения числа на простые сомножители. Простыми называются такие числа, которые не имеют делителей, кроме самих себя и единицы. А взаимно простыми называются числа, не имеющие общих делителей, кроме 1.

Для примера выберем два очень больших простых числа (большие исходные числа нужны для построения больших криптостойких ключей). Определим параметр n как результат перемножения р и q. Выберем большое случайное число и назовем его d, причем оно должно быть взаимно простым с результатом умножения (р - 1) * (q - 1). Найдем такое число e, для которого верно соотношение:

(e*d) mod ((р - 1) * (q - 1)) = 1

(mod - остаток от деления, т.е. если e, умноженное на d, поделить на ((р - 1) * (q - 1)), то в остатке получим 1).

Открытым ключом является пара чисел e и n, а закрытым - d и n. При шифровании исходный текст рассматривается как числовой ряд, и над каждым его числом мы совершаем операцию:

C (i) = (M (i) e) mod n

В результате получается последовательность C (i), которая и составит криптотекст.д.екодирование информации происходит по формуле

M (i) = (C (i) d) mod n

Как видите, расшифровка предполагает знание секретного ключа.

Попробуем на маленьких числах. Установим р=3, q=7. Тогда n=р*q=21. Выбираем d как 5. Из формулы (e*5) mod 12=1 вычисляем e=17. Открытый ключ 17, 21, секретный - 5, 21.

Зашифруем последовательность "2345":

C (2) = 2 17 mod 21 =11

C (3) = 3 17 mod 21= 12

C (4) = 4 17 mod 21= 16

C (5) = 5 17 mod 21= 17

Криптотекст - 11 12 16 17.

Проверим расшифровкой:

M (2) = 11 5 mod 21= 2

M (3) = 12 5 mod 21= 3

M (4) = 16 5 mod 21= 4

M (5) = 17 5 mod 21= 5

Как видим, результат совпал.

Криптосистема RSA широко применяется в Интернете. Когда пользователь подсоединяется к защищенному серверу, то здесь применяется шифрование открытым ключом с использованием идей алгоритма RSA. Криптостойкость RSA основывается на том предположении, что исключительно трудно, если вообще реально, определить закрытый ключ из открытого. Для этого требовалось решить задачу о существовании делителей огромного целого числа. До сих пор ее аналитическими методами никто не решил, и алгоритм RSA можно взломать лишь путем полного перебора.

Таким образом, асимметричные криптографические системы - это системы, в которых для шифрования и для расшифрования используются разные ключи. Один из ключей даже может быть сделан общедоступным. При этом расшифрование данных с помощью известного ключа невозможно.

Заключение

Криптография - наука о математических методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности (целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации. Изначально криптография изучала методы шифрования информации - обратимого преобразования открытого (исходного) текста на основе секретного алгоритма и ключа в шифрованный текст. Традиционная криптография образует раздел симметричных криптосистем, в которых зашифрование и расшифрование проводится с использованием одного и того же секретного ключа. Помимо этого раздела современная криптография включает в себя асимметричные криптосистемы, системы электронной цифровой подписи (ЭЦП), хеш-функции, управление ключами, получение скрытой информации, квантовую криптографию.

Криптография является одним из наиболее мощных средств обеспечения конфиденциальности и контроля целостности информации. Во многих отношениях она занимает центральное место среди программно-технических регуляторов безопасности. Например, для портативных компьютеров, физически защитить которые крайне трудно, только криптография позволяет гарантировать конфиденциальность информации даже в случае кражи.

Список литературы

1. Златопольский Д.М. Простейшие методы шифрования текста. /Д.М. Златопольский - М.: Чистые пруды, 2007

2. Молдовян А. Криптография. /А. Молдовян, Н.А. Молдовян, Б.Я. Советов - СПб: Лань, 2001

3. Яковлев А.В., Безбогов А.А., Родин В.В., Шамкин В.Н. Криптографическая защита информации. /Учебное пособие - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006

4. http://ru. wikipedia.org

5. http://cryptoblog.ru

6. http://Stfw.ru

7. http://www.contrterror. tsure.ru

Молдовян А. Криптография./А. Молдовян, Н. А. Молдовян, Б. Я. Советов – СПб: Лань, 2001

Действий в сфере информационных технологий. Таким образом, можно считать актуальным и значительным старших классов изучение элективного курса «Компьютерная и информационная безопасность» в образовательной области «Информатика». Курс ориентирован на подготовку подрастающего поколения к жизни и деятельности в совершенно новых условиях информационного общества, в котором вопросы обеспечения...

Люди еще в древности научились защищать информацию методом её преобразования, чтобы посторонние лица не имели возможности её прочитать. Криптография возникла приблизительно тогда, когда люди только научились разговаривать. Более того, первое время письменность сама по себе представляла криптографическую систему, поскольку ею могли владеть только избранные люди, которым было доступно изучение криптографии.

Криптографическим методом защиты информации называется ряд специальных методов кодирования, шифрования или иных преобразований информации, которые позволяют сделать её содержание недоступным для лиц, не обладающих ключом криптограммы. Криптография и шифрование являются самыми надёжными методами защиты, поскольку шифровальщик охраняет непосредственно саму информацию, а не доступ к ней. К примеру, прочтение зашифрованного файла будет невозможным, если даже злоумышленнику удастся похитить носитель. Реализация данного метода защиты осуществляется с помощью программ или пакетов программ.

Для многих обывателей термин «криптография» означает что-то загадочное и таинственное. Однако в настоящее время различные виды шифрования можно встретить буквально везде - это и простые кодовые замки на дипломатах, и многоуровневые системы защиты секретных файлов. Люди сталкиваются с ней, когда вставляют в банкомат карточку, совершают денежные переводы, покупают через интернет товары, общаются по Skype, отправляют письма на электронную почту. Любые дела, связанные с информацией, так или иначе имеют отношение к криптографии.

Но, несмотря на всё многообразие сфер применения, в настоящее время существует всего несколько способов шифрования. Все эти методы криптографии относятся к двум видам криптографических систем: симметричным (с секретным ключом) и ассиметричным (с открытым ключом).

• Симметричные системы позволяют шифровать и расшифровывать информацию с помощью одного и того же ключа. Расшифровать криптографическую систему секретного ключа невозможно, если дешифровщик не обладает секретным ключом.
• В криптографических системах с открытым ключом пользователи обладают собственным открытым и частным закрытым ключами. К открытому ключу имеют доступ все пользователи, и информация шифруется именно с его помощью. А вот для расшифровки необходим частный ключ, находящийся у конечного пользователя. В отличие от криптограмм с секретным ключом в такой системе участниками являются не две, а три стороны. Третья может представлять собой сотового провайдера или, например, банк. Однако эта сторона не заинтересована в хищении информации, поскольку она заинтересована в правильном функционировании системы и получении положительных результатов.

Виды криптографии

Достоинством любого современного криптографического метода можно назвать возможность обеспечения высокой гарантированной стойкости защиты, рассчитываемой и выражаемой в числовой форме (среднее число операций или время, необходимое для расшифровки секретной информации или подбора ключей). В настоящее время существуют следующие виды криптографии:

• Шифрование информации.
• Кодирование информации.
• Рассечение информации.
• Сжатие данных.

Видео о криптографии и шифровании

Шифрование

В процессе шифрования в шифруемом сообщении выполняется криптографическое преобразование каждого символа. Среди всех известных способов шифрования можно выделить следующие пять основных групп:

• Замена (подстановка). В свою очередь, различают простую (одноалфавитную), многоалфавитную одноконтурную обыкновенную, многоалфавитную многоконтурную и многоалфавитную одноконтурную монофоническую замены.
• Перестановка. Различают простую, усложнённую по таблице и усложнённую по маршрутам перестановки.
• Аналитические преобразования - осуществляются по особым зависимостям или с помощью правил алгебры матриц.
• Гаммирование - шифрование выполняется с помощью короткой или длинной конечных гамм или с помощью бесконечной гаммы.
• Комбинированные - сообщения шифруются методами замены и перестановки, замены и гаммирования, перестановки и гаммирования или двойного гаммирования.

Кодирование сообщений

В данном типе криптопреобразований используется замена некоторых элементов данных определёнными кодами (к примеру, это могут быть сочетания цифр и/или букв).

Рассечение информации

В этом методе защищаемая информация разделяется на отдельные массивы данных, при расшифровке лишь одного из которых будет невозможно раскрытие засекреченной информации.

Сжатие сообщения

Способ сжатия предусматривает замену в защищаемых данных повторяющимися последовательностями символов на меньшие по размерам последовательности. Эффективность такого сжатия зависит от количества одинаковых последовательностей в защищаемом тексте.

Криптография для начинающих

На протяжении всей многовековой истории криптографии и до настоящего времени это искусство было доступно далеко не каждому. Как правило, эти методы использовали люди, не выходящие за границы резиденций глав держав, посольств, органов разведки. И только несколько десятков лет назад начали происходить кардинальные изменения в этой области - информация стала самостоятельной коммерческой ценностью и превратилась в широко распространённый, почти обычный товар. Её производят, хранят, передают, продают, покупают, а, соответственно - воруют и подделывают. Именно поэтому сегодня существует большое количество учебных пособий и компьютерных программ, предназначенных для обычных пользователей, которым интересна криптография. Обучение некоторым простым видам шифрования может освоить даже школьник.

Программа «Шифр Цезаря»

Данный метод шифрования также называют и шифром сдвига. В программном варианте шифр Цезаря представляет собой шифр подстановки с ключом, символы которого заменяются в тексте символами, находящимися на некоторых постоянных числах позиций слева или справа от него в алфавите. К примеру, шифр со сдвигом в правую сторону на три позиции: буква А заменяется на букву Г, Б - на Д и т. д. Следует учитывать, что буква Ё не используется в зашифровке и заменяется буквой Е.

Программа:

Зашифровка:

Расшифровка:

А Вас увлекает криптография? Разбираетесь ли Вы в ней? Расскажите об этом в

Виды шифров

Внимание исследователей неоднократно обращалось к шифрованной переписке в России петровского времени. Уже непосредственно с конца XVIII в. стали появляться в печати публикации шифрованных текстов и шифров - так называемых «цифирных азбук» или «ключей» к тайному письму.

Первым, кто опубликовал шифр, который использовался внутри страны для переписки правительства с наместниками и военачальниками (о Булавине и восстании на Дону), был И. И. Голиков. К. Я. Тромонин поместил в «Достопамятностях Москвы» в первой половине XIX в. шифрованное письмо 1711 г. Петра Великого к бригадиру П. И. Яковлеву М. П. Погодин напечатал в «Москвитянине» три шифрованных письма Петра к бригадиру Ф. Н. Балку и приложил шифр для них В «Материалах для истории Гангутской операции» напечатаны расшифрованные письма и четыре шифра 1713-1714 гг.. Наиболее полно шифрованная переписка петровской эпохи представлена в многотомном издании «Письма и бумаги императора Петра Великого» (1887-1956), редакторами которого были А. Ф. и И. А. Бычковы. На этом труде (который мы для краткости в дальнейшем будем называть «Письма и бумаги») нам хотелось бы остановиться особо.

Академик Иван Афанасьевич Бычков неизменно работал над изданием источников эпохи Петра Великого с начала 80–х гг. XIX века. Вначале он проводил эту работу под руководством своего отца - академика А. Ф. Бычкова, а после смерти последнего в 1899 г. продолжил ее самостоятельно. Издание было приостановлено в 1918 г., когда к печати готовился уже 2–й выпуск 7–го тома. В последующие годы своей жизни И. А. Бычков не переставал работать над подготовкой к изданию последующих томов «П. и Б.». Издание 2–го выпуска 7–го тома было поставлено в издательский план АН СССР на 1944 г. Принять участие в этой работе И. А. Бычкову не удалось: 23 марта 1944 г. в возрасте 85 лет он скончался, завещав АН СССР собранные им материалы для последующих томов.

С мая 1943 г. в Институте истории была образована специальная группа, сначала под руководством академика Ю. В. Готье, а с сентября 1943 г. - под председательством доктора исторических наук А. И. Андреева, работающая над изучением петровской эпохи. После смерти И. А. Бычкова издание «Писем и бумаг» было поручено Институтом этой группе.

А. Ф. и И. А. Бычковы в своем издании «Писем и бумаг» опубликовали не только расшифрованную ими корреспонденцию, но также и некоторые шифры и зашифрованные письма целиком, если их не удалось прочесть. Заметим, кстати, что такой же материал А Ф. Бычков поместил в сборнике Русского исторического общества, выпущенном в 1873 г.. Работу Бычковых по опубликованию шифров Петра I продолжил во 2–м выпуске 7–го тома указанного издания А. И. Андреев, но в дальнейшем печатание шифров Петра I в этом издании было приостановлено.

Шифрованная переписка начала XVIII в. дает богатый материал для наблюдений за шифрами, употреблявшимися в России в это время. А. Ф. Бычков в комментариях к своему изданию неоднократно останавливается на вопросах расшифрования наиболее трудных в этом смысле, по его мнению, текстов.

Российские «цифирные азбуки» и ключи 1700-1720–х гг. представляют собой уже знакомые нам по древнерусским рукописным памятникам шифры замены, где элементы открытого текста, которые мы в дальнейшем будем называть шифрвеличинами, заменяются условными обозначениями - шифробозначениями. Тексты, подлежащие зашифрованию, писались на русском, французском, немецком и даже греческом языках. В различных шифрах шифрвеличинами выступали отдельные буквы, слова и стандартные выражения. В качестве шифробозначений использовались элементы как правило специально составлявшихся с этой целью алфавитов, которые могли представлять собой буквы кириллицы, латиницы, других азбук (например, глаголицы), цифры, особые значки. Часть из таких значков, имевших порой весьма причудливые очертания, были, как нам кажется, нейтральны по значению, другие же являлись символами, к нашему времени почти совершенно забытыми и известными лишь узкому кругу лиц, а в ту далекую эпоху несли определенную смысловую нагрузку. К этим последним относятся символы планет, одновременно являвшиеся символами металлов и дней недели:

Луна - серебро - понедельник

Меркурий - ртуть - среда

Венера - медь - пятница

Солнце - золото - воскресенье

Марс - железо - вторник

Юпитер - олово - четверг

Сатурн - свинец - суббота

В шифрах петровской эпохи употреблялись только индо–арабские цифры, что явилось, вероятно, следствием того, что именно Петром I в начале XVIII в. была выведена из употребления архаическая буквенная кириллическая нумерация, употреблявшаяся до этого. Реформировал Петр и кириллическое письмо, введя новые виды шрифтов, которые определяют современный облик русской письменности. Однако старые графемы продолжают использоваться в качестве тайнописи.

Употреблялись как шифробозначения и буквенные сочетания. Таким образом, в то время в России использовались однобуквенные, двубуквенные, цифровые, буквенно–слоговые шифры замены.

Первые государственные шифры были шифрами простой или взаимно–однозначной замены, в которых каждой шифрвеличине соответствует только одно шифробозначение, и каждому шифробозначению соответствует одна шифрвеличина.

В российские шифры рассматриваемого периода, как правило, вводятся «пустышки» - шифробозначения, которым не соответствует никакого знака открытого текста. Хотя обычно для этого использовалось всего пять-восемь шифрвеличин в качестве пустышек, очевидно, что введение их в шифртекст, получающийся в результате замены элементов открытого текста шифробозначениями, отражает стремление создателей шифров осмыслить дешифрование шифрпереписки. Эти пустышки разбивают структурные лингвистические связи открытого текста и, в определенной мере, изменяют статистические закономерности, то есть именно те особенности текста, которые используют в первую очередь при дешифровании шифра простой замены. Кроме того, они изменяют длину передаваемого открытого сообщения, что усложняет привязку текста к шифрсообщению. Поэтому, видимо, не случайно, по сведениям Д. Кана, первый такой русский шифр был дешифрован англичанами лишь в 1725 г. Кроме того, в некоторых шифрах шифробозначения–пустышки могли использоваться для зашифрования точек и запятых, содержавшихся в открытом тексте. Как правило, это особо оговаривалось в кратких правилах пользования шифром, которые помещались в этих случаях в шифры.

Внешне шифр Петровской эпохи представляет собой лист бумаги, на котором от руки написана таблица замены: под горизонтально расположенными в алфавитной последовательности буквами кириллической или иной азбуки, соответствующей языку открытого сообщения, подписаны элементы соответствующего шифралфавита. Ниже могут помещаться пустышки, краткие правила пользования, а также небольшой словарь, называвшийся «суплемент» и содержащий некоторое количество слов (имен собственных, географических наименований) или каких–то устойчивых словосочетаний, которые могли активно использоваться в текстах, предназначенных для зашифрования с помощью данного шифра.

Самый ранний из исследованных нами пятидесяти с лишним шифров описанного типа представляет особый интерес.

Это - «цифирная азбука» 1700 г. для переписки Коллегии иностранных дел с российским послом в Константинополе Петром Толстым.

Азбука П. А. Толстого, написанная рукой Петра I. 1700 г.

Она представляет собой шифр простой замены, в котором кириллической азбуке соответствует специально составленный алфавит. Здесь же имеются две записи. Первая из них: «Список с образцовой цифирной азбуки, какова написана и послана в Турскую землю с послом и стольником с Толстым сими литеры». Вторая особенно интересна: «Такову азбуку азволнил (изволил. - Т. С.) во 1700 г. написать своею рукою Великий государь по друго диво еси же». Из этого следует, что автором данной цифири был сам Петр Великий.

Очень похожий шифр для переписки И. А. Толстого с князем В. В. Долгоруким сохранился в подлинном письме Петра князю Долгорукому. Копия с этого шифра воспроизведена А. Ф. Бычковым.

Приводит А. Ф. Бычков и зашифрованное этим шифром письмо, написанное Петром I собственноручно. Вот его текст:

«Господин маеоръ. Письма ваши до меня дошли, из которых я выразумел, что вы намърены оба полка, то есть Кропотовъ драгунской и пъшей из Кiева, у себя держать, на что отвътствую, что пъшему, ежели опасно пройтить въ Азовъ, то удержите у себя, а конной, не мъшкавъ, конечно отправьте на Таганрогь. Также является изъ вашихъ писемъ нъкоторая медленiе, что намъ не зело прiятна, когда дождетесь нашего баталiона и Ингермонланского и Билсова полковъ, тогда тотчас.

Зашифрованный текст читается так: «Поди къ Черкаскому и, сослався з губернаторомъ азовскимъ, чини немедленно съ Божiею помощiю промыслъ надъ тьми ворами, и которые изъ нихъ есть поиманы, тъхъ вели въшать по украинскимъ городамъ. А когда будешь в Черкаскомъ, тогда добрыхъ обнадежь и чтобъ выбрали атамана доброго человека; и по совершении ономъ, когда пойдешь назадъ, то по Дону лежащие городки такожъ обнадежь, а по Донцу и протчим речкамъ лежащие городки по сей росписи разори и над людми чини по указу».

В Государственном архиве Татарстана находится собственноручное письмо Петра I И. А. Толстому, в котором он, в частности, говорит, что посылает ему цифирь для корреспонденций. Текст письма издавался несколько раз, но А. Ф. Бычков сообщает, что цифирь, которая была послана при этом письме, не сохранилась уже к концу XIX в. Бычков воспроизводит ее по изданию Голикова.

А Б В Г Д Е Ж З И К Л

ме ли ко ин зе жу ню о пы ра су

М Н О П Р С Т У Ф Х Ы

ти у хи от ца чу ше ам з ъ от

Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Ъ Ю Я

ь ъ ю я ф а бе ва гу ди

Этот шифр имел правила пользования:

«Сии слова без разделения и без точек и запятых писать, а вместо точек и запятых и разделения речей вписывать из нижеподписанных букв...» Имелся здесь и небольшой словарь с именами некоторых государственных деятелей и наименованиями нескольких воинских подразделений и географическими наименованиями. Это обстоятельство также нашло отражение в правилах пользования, где говориться: «Буде же когда случится писать нижеписанных персон имяна и прочее, то оныя писать все сплош, нигде не оставливая, а между ними ставить помянутыя буквы, которыя ничего не значат».

Письмо Петра I было такого содержания:

«Господин губернатор! Понеже вы уже известны о умножении вора Булавина и что оный идет внизъ; того ради, для лучшаго опасения сихъ нужныхъ месть, послали мы к вамъ полкъ Смоленский изъ Киева, и велели ему на спехъ иттить; а сего поручика нашего господина Пескарского послали к Вамъ, дабы уведать подлинно о вашемъ состоянии и нътъ ли какой блазни у васъ межъ солдаты. Также (от чего Боже сохрани, ежели Черкаскъ не удержится) имеешь ли надежду на своихъ солдатъ, о чемъ о всемъ дай немедленно знать чрезъ сего посланного, съ которымъ послана к вамъ цифирь для корреспонденции к намъ. Также другой ключъ для корреспонденции съ господиномъ маеоромъ (гвардии Долгорукимъ), который посланъ на техъ воровъ съ воинскими людьми, прочее наказано оному посыльному словесно.

Нами найден другой шифр этого же времени, почти полностью повторяющий утраченную, по свидетельству А. Ф. Бычкова, цифирь 1708 г.. Назовем первый шифр «цифирь А», а второй шифр - «цифирь Б». Отличия в шифробозначениях, соответствующих буквам кирилловской азбуки, отсутствуют совсем, но все же это разные шифры. Их различия сводятся к следующему: в «цифири Б» пустышек на одну больше, здесь же значительно обширнее и «суплемент».

Характер словарных величин, помещаемых в суплемент каждой данной цифири, обычно позволяет судить о том, каким темам могут быть посвящены сообщения, шифруемые с помощью этой цифири. Так, небольшой словарь в «цифири А» содержит величины, связанные с перепиской по восстанию Булавина (Булавин, губернатор Азовский, войсковой атаман и казаки и др.). И действительно, в приведенном выше письме Петра I, зашифрованном «цифирью А», отражена эта тема. В словарь же «цифири Б» включены величины, характерные для военной переписки, и не вообще, а необходимые для переписки о событиях на вполне определенном театре военных действий (графъ Фризъ, Речь Посполитая, князь Примасъ, гетманъ Огинский, Сапега, прусы польские, Литва, Великопольша и др.).

В томе IV «Писем и бумаг» опубликованы тексты белового и чернового писем, писанных собственноручно Петром I по–французски к князю Н. И. Репнину 29 января 1706 г. Частично это письмо было шифрованным. Подлинник не сохранился. Сохранился лишь сделанный у генерала Ренна перевод этого письма, причем у корреспондентов не оказалось ключа для расшифрования письма царя и шифрованные места остались не дешифрованы. В этом виде опубликовали текст письма и издатели «Писем и бумаг». Относительно отсутствия ключей генерал Ренн писал Петру:

«Пресветлейший, державнейший царь, великомилостивейший Государь. Во всепокорностъ Вашему пресветлому Величеству доношу: вчерашняго дня получил я личбу цифрами чрез посланного от Вашего пресветлого Величества смоленских полков прапорщика, по которой с господином генералом князем Никитой Ивановичем (Репниным - Т. С.) будем вразумляться. Только мое несчастие, что той личбы ключи отосланы в обозе. Благоволи, Ваше пресветлое Величество, приказать прислать ключи, а мы и без ключей покамест, как можно мыслить и по указу Вашего пресветлого Величества поступать будем, также и друг друга покидать не будем…» .

Не менее интересным для нас является и блокнот с шифрами, которыми переписывался Петр I. Он представляет собой тетрадь, листы которой скреплены веревкой. Размер тетради 20x16 см. На каждой ее странице записано по одному шифру, всего их шесть:

1) шифр Петра I, который был ему прислан из Коллегии иностранных дел во Францию в 1720 г. для переписки «от двора ко двору»;

2) шифр «для писем к графу Г. и барону П.»;

3) к князю Григорию Федоровичу Долгорукому;

4) к князю А. И. Репнину (1715 г.);

5) «азбука, которая была прислана от двора его царского величества при указе №…, а полученная 30 июля 1721 г.»;

6) «азбука цифирная, какову прислал Дмитрий Константинович Кантемир в 1721 г.».

Последний шифр с русским алфавитом отличается от предыдущих тем, что в качестве шифробозначений в нем использованы не буквы какого–либо алфавита, а числа.

Рассмотрим еще несколько шифров раннего типа, использовавшихся в эпоху Петра.

«Азбука, данная из государственной коллегии иностранных дел 3 ноября 1721 г. камер–юнкеру Михаилу Бестужеву, отправленному в Швецию», предназначалась для шифрования писем Бестужева к Петру I и в Коллегию иностранных дел. Алфавит в этом шифре русский, простая буквенно–цифирно–значковая замена. Усложнений нет. Эта и многие другие азбуки хранятся в современных им конвертах, на которых имеются надписи о том, для каких целей предназначается данный шифр. Изучение этих надписей позволяет установить, что шифры для переписки с государем или Коллегией иностранных дел в обязательном порядке вручались всем, кто направлялся за границу с государственным поручением. Это могли быть как дипломаты, так и не дипломаты. Например, сохранилась «азбука для переписки с господином бригадиром и от гвардии майором Семеном Салтыковым, который отправлен к его светлости герцегу Мекленбургскому. Дана Салтыкову 1 декабря 1721 г.».

Сохранились и шифры канцлера Г. И. Головкина. Так, шифры, которыми пользовался канцлер в 1721, 1724 и 1726 гг. для переписки с различными государственными деятелями, подшиты в одну тетрадь. У корреспондентов Головкина были первые экземпляры этих шифров, у канцлера - вторые. В эту тетрадь включено 17 шифров. Среди них «Азбука Алексея Гавриловича Головкина», «Азбука князя Бориса Ивановича Куракина», «Азбука Алексея Бестужева», «Азбука губернатора астраханского господина Волынского», «Азбука Флорио Беневени» и др. Все эти шифры построены одинаково, хотя и имеют некоторые особенности. Так, в «Азбуке А. Г. Головкина» русский алфавит, где каждой согласной букве соответствует по одному шифробозначению, а гласной - по два, одно из которых - буква латиницы, а другое - двузначное число или два двузначных числа. Есть тринадцать пустышек (буквы кириллицы), как помечено: «пустые между слов дабы растановок не знать». Кроме того, есть особые, также буквенные обозначения для запятых и точек. Таких обозначений пять.

Азбука А. Г. Головкина. 20–е годы XVIII в.

«Азбука Алексея Бестужева» имеет десять двузначных цифровых шифробозначений для точек и запятых, в этой же функции в этом шифре выступает число 100. Алфавит в этом шифре - кириллица, шифробозначения - однозначные и двузначные числа и буквы латиницы.

«Азбука Флорио Беневени» не имеет пустышек, для обозначения точек использовались десять двузначных чисел.

В целом можно констатировать, что именно этот тип шифров простой замены был самым распространенным в государственной переписке России, по крайней мере до конца 20–х годов XVIII столетия.

Из книги Повседневная жизнь Соединенных Штатов в эпоху процветания и «сухого закона» автора Каспи Андре

Виды работы Впрочем, какую работу могла выполнять женщина? Намечались перемены. Это было связано с развитием сферы услуг. В 1900 году основные виды работ для женщины были связаны с домашним хозяйством: это хлопоты по дому, сельскохозяйственные работы, шитье, воспитание

Из книги Тайные информаторы Кремля. Нелегалы автора Карпов Владимир Николаевич

Специалист по добыванию шифров Шла весна 1921 года. Подходила к концу Гражданская война на Северном Кавказе и в Крыму. Василий Пудин был в то время помощником коменданта Реввоентрибунала 9-й армии и войск Донской области. После разгрома Врангеля 9-я армия была

Из книги Воскрешение Перуна. К реконструкции восточнославянского язычества автора Клейн Лев Самуилович

Из книги Партизанская война. Стратегия и тактика. 1941-1943 автора Армстронг Джон

1. Виды и размеры отрядов Можно сказать, что развитие партизанских отрядов в Брянской области проходило в три этапа, которые подробнее будут рассмотрены ниже. Эти три этапа не всегда совпадали по времени в различных частях региона, но везде наблюдалась одна общая

Из книги Повседневная жизнь российских железных дорог автора Вульфов Алексей Борисович

Виды сообщений Теперь о видах сообщений. До революции существовало прямое (дальнее) и местное пассажирское железнодорожное сообщение. Оно было четко регламентировано - § 28 Правил 1875 года гласил: «Дабы пассажиры могли быть передаваемы с одной железной дороги на другую

Из книги Максимилиан I автора Грёссинг Зигрид Мария

Виды на папский престол Когда Максимилиана провозгласили в Триенте императором, он уже не был молодым человеком: его светлые волосы поседели, а на лице читались следы приближающейся старости. Но его стан оставался стройным, о его ловкости и боевом духе, как и прежде,

Из книги История шифровального дела в России автора Соболева Татьяна А

Совершенствование криптографической службы и шифров МИД 15 апреля 1856 г. граф К. В. Нессельроде оставил управление МИД, сохранив за собой должность государственного канцлера. За шестидесятилетнюю верную службу престолу и государству он был осыпан милостями.Новым

Из книги Византия автора Каплан Мишель

IX ВИДЫ ДОСУГА Досуга, как мы его понимаем в наши дни, в Византии не было. Скорее так можно назвать деятельность, которой люди посвящали себя помимо основного занятия: для людей из народа - различные работы, для аристократии - служба, для женщин - домашние хлопоты. Причем

Из книги История инквизиции автора Мейкок А. Л.

Виды пыток Может показаться, что, в общем, инквизиция использовала те же методы пыток, что и светские суды – пытку водой, раму и strappado. Наиболее отвратительный вариант первого применялся в Испании. Сначала к языку обвиняемого привязывали кусочек влажной ткани, по которому

Из книги Русская кухня автора Ковалев Николай Иванович

Новые виды круп Толокно домашнего приготовления почти вышло из употребления, но взамен пришли новые виды круп.Крупа гречневая быстроразваривающаясяНа промышленных предприятиях гречневую крупу подвергают гидротермической обработке: ее пропаривают и сушат. Такая крупа

Из книги Русская кухня автора Ковалев Николай Иванович

Забытые виды каш Конечно, в столе московских государей и феодальной знати каша не играла такой роли, как в столе простого народа. Стол патриархов был ближе к народным традициям, поэтому в нем каши играли большую роль. Так, в перечне блюд патриарха Адриана названы каши

Из книги Краткая история спецслужб автора Заякин Борис Николаевич

Глава 11. Появление шифров Для передачи секретных донесений спартанцы же изобрели и оригинальный способ - письмо писалось на свитке, накрученном на специальную палочку «скиталу».Прочитать его мог только адресат, обладающий точной копией этой палочки, снова накрутив на

Из книги Приживется ли демократия в России автора Ясин Евгений Григорьевич

Виды элит Существует множество профессиональных и локальных элит. Обычно на уровне общества, страны выделяются элиты политическая (политический класс), интеллектуальная, деловая (бизнес-элита) и другие. В составе политической элиты выделяется правящая элита –

Из книги О происхождении названия «Россия» автора Клосс Борис Михайлович

УКАЗАТЕЛЬ ШИФРОВ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ РУКОПИСЕЙ Библиотека Академии наук16.5.7 118 17.8.36 27 33.8.13 32Архангельское собр. Арх. Д. 193 90Собр. Текущих поступлений Текущ. 1107 28Государственный архив Ярославской областиГАЯО-446 57-60,69Государственный исторический музейСобр. Е. В. Барсова Барс. 1516

Из книги Дворянство, власть и общество в провинциальной России XVIII века автора Коллектив авторов

Виды наказаний Рассмотрим наказания, которые налагались полковыми кригсрехтами в соответствии с действующим военным законодательством. Из 204 случаев применения санкций в отношении нарушителей в 84 случаях речь шла лишь об аресте. При этом срок заключения, как правило, не

Из книги Учебное пособие по социальной философии автора Бенин В. Л.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В г. ТАГАНРОГЕ

Факультет информационной безопасности

Кафедра БИТ

Реферат на тему

"Криптография и виды шифрования"

ст. гр. И-21

Выполнил: В. И. Мищенко

Проверил: Е. А. Маро

Таганрог - 2012

Введение

1. История криптографии

1.1 Появление шифров

1.2 Эволюция криптографии

2. Криптоанализ

2.1 Характеристики сообщений

2.2 Свойства естественного текста

2.3 Критерии определения естественности

3. Симметричное шифрование

4. Ассиметричное шифрование

Заключение

Список литературы

Введение

В рамках проведения учебной практики мной была выбрана тема «Криптография и виды шифрования». В ходе выполнения работы были рассмотрены такие вопросы, как история возникновения криптографии, её эволюция, виды шифрования. Мной был проведен обзор существующих алгоритмов шифрования, в результате чего можно отметить, что человечество не стоит на месте и постоянно придумывает различные способы хранения и защиты информации.

Вопрос защиты ценной информации путем ее видоизменения, исключающего ее прочтение незнакомым лицом тревожила лучшие человеческие умы еще с самых древних времён. История шифрования - почти что ровесница истории человеческой речи. Кроме того, изначально письмо само по себе было криптографической системой, поскольку в древних обществах подобным знанием обладали лишь избранные. Священные манускрипты различных древних государств тому примеры.

С тех пор как письменность стала широко распространенной, криптография стала становиться вполне самостоятельной наукой. Первые криптографические системы можно встретить уже в начале нашей эпохи. Например, Юлий Цезарь в своей личной переписке пользовался систематическим шифром, который впоследствии был назван его именем.
Серьезное развитие шифровальные системы получили в эпоху первой и второй мировых войн. Начиная с ранней послевоенной поры и по сей момент, появление современных вычислительных аппаратов убыстрило создание и усовершенствование шифровальных методов.
Почему вопрос использования шифровальных методов в вычислительных системах (ВС) стал в наше время особенно актуальным?
Во-первых, расширилась сфера применения компьютерных сетей, таких как World Wide Web, с помощью которых передаются огромные объемы информации госудаpственного, военного, коммерческого и личного характера, не дающего возможности доступа к ней стоpонних лиц.
Во-вторых, появление современных сверхмощных компьютеpов, продвинутых технологий сетевых и нейpонных вычислений делает возможным дискpедитацию шифровальных систем еще вчера считавшихся совершенно безопасными.

1. История криптографии

С самим появлением человеческой цивилизации появилась надобность передачи информации нужным людям так, чтобы она не делалась известной посторонним. Поначалу люди употребляли для трансляции сообщений только голос и жесты.

С появлением письменности вопрос обеспечения засекреченности и подлинности транслируемых сообщений стала особенно важным. Вследствие этого именно после изобретения письма возникло искусство криптографии, способ «тайно писать» - набор методик, предназначенных для тайной передачи записанных сообщений от одного посвященного человека другому.

Человечество придумало немалое количество технологий секретного письма, в частности, симпатические чернила, исчезающие вскоре после написания ими текста или невидимые с изначально, «растворение» ценной информации в тексте большой величины с совершенно «чужим» смыслом, подготовка сообщений при помощи странных непонятных символов.

Шифрование возникло именно как практический предмет, изучающий и разрабатывающий методы шифрования информации, то есть при трансфере сообщений - не скрывающий сам факт передачи, а делающий текст сообщения недоступным для прочтения непосвященными людьми. Ради этого текст сообщения должен быть записанным таким образом, чтобы с его содержанием не мог ознакомиться ни один человек за исключением самих адресатов.

Возникновение в середине 20 столетия первых компьютеров сильно поменяло ситуацию - практическое шифрование сделало в своем развитии громадный скачок и такой термин как «криптография» значительно ушел от своего изначального значения - «тайнопись», «тайное письмо». В наши дни этот предмет объединяет способы защиты информации абсолютно разнородного характера, основывающиеся на преобразовании данных по тайным алгоритмам, включая алгоритмы, которые используют различные секретные параметры.

1 Появление шифров

Некоторые из криптографических систем дошли до нас из дремучей древности. Вероятнее всего они родились одновременно с письменностью в IV тысячелетии до нашей эры. Способы тайной переписки были придуманы независимо во многих древних государствах, таких как Египет, Греция и Япония, но детальный состав криптологии в них сейчас неизвестен. Криптограммы находятся даже в древнее время, хотя из-за применявшейся в древнем мире идеографической письменности в виде стилизованных пиктограмм они были довольно примитивны. Шумеры, судя по всему, пользовались искусством тайнописи.

Археологами был найден ряд глиняных клинописных табличек, в которых первая запись часто замазывалась толстым слоем глины, на котором и производилась вторая запись. Появление подобных странных табличек вполне могло быть обосновано и тайнописью, и утилизацией. Поскольку количество знаков идеографического письма насчитывало более тысячи, их запоминание представляло собой довольно таки трудную задачу - тут становилось не до шифрования. Однако, коды, появившиеся в одно время со словарями, были очень хорошо знакомы в Вавилоне и Ассирийском государстве, а древние египтяне полльзовались по крайней мере тремя системами шифрования. С происхождеием фонетического письма письменность сразу же упростилась. В древнесемитском алфавите во II тысячелетии до нашей эры существовало всего лишь около 30 знаков. Ими обозначались согласные, а также некоторые гласные звуки и слоги. Упрощение письменности вызвало развитие криптографии и шифрования.

Даже в книгах Библии мы можем найти примеры шифровок, хотя почти никто их не замечает. В книге пророка Иеремии (22,23) мы читаем: "...а царь Сессаха выпьет после них." Этого царя и такого царства не существовало - неужели ошибка автора? Нет, просто иногда священные иудейские манускрипты шифровались обычной заменой. Вместо первой буквы алфавита писали последнюю, вместо второй - предпоследнюю и так далее. Этот старый способ криптографии называется атбаш. Читая с его помощью слово СЕССАХ, на языке оригинала мы имеем слово ВАВИЛОН, и весь смысл библейского манускрипта может быть понят даже теми, кто не верит слепо в истинность писания.

2 Эволюция криптографии

Развитие шифрования в двадцатом веке было очень стремительным, но совершенно неравномерным. Взглянув на историю его развития как специфической области человеческой жизнедеятельности, можно выделить три основополагающих периода.

Начальный. Имел дело только с ручными шифрами. Начался в дремучей древности и закончился только в самом конце тридцатых годов двадцатого века. Тайнопись за это время преодолела длительный путь от магического искусства доисторических жрецов до повседневной прикладной профессии работников секретных агентств.

Дальнейший период можно отметить созданием и повсеместным внедрением в практику механических, затем электромеханических и, в самом конце, электронных приборов криптографии, созданием целых сетей зашифрованной связи.

Рождением третьего периода развития шифрования обычно принято считать 1976 год, в котором американские математики Диффи и Хеллман изобрели принципиально новый способ организации шифрованной связи, не требующий предварительного обеспечения абонентов тайными ключами - так называемое кодирование с использованием открытого ключа. В результате этого начали возникать шифровальные системы, основанные на базе способа, изобретенного еще в 40-х годах Шенноном. Он предложил создавать шифр таким образом, чтобы его расшифровка была эквивалентна решению сложной математической задачи, требующей выполнения вычислений, которые превосходили бы возможности современных компьютерных систем. Этот период развития шифрования характеризуется возникновением абсолютно автоматизированных систем кодированной связи, в которых любой пользователь владеет своим персональным паролем для верификации, хранит его, например, на магнитной карте или где-либо еще, и предъявляет при авторизации в системе, а все остальное происходит автоматически.

2. Криптоанализ

Существует громадная пропасть между ручными и компьютерными способами шифрации. Ручные шифры являются очень разнообразными и могут быть самыми удивительными. помимо этого, шифруемые ими сообщения довольно таки лаконичны и коротки. Поэтому их взлом гораздо более эффективно производится людьми нежели машинами. Компьютерные шифры более стереотипичны, математически очень сложны и предназначаются для шифрации сообщений довольно таки значительной длины. Разумеется вручную их разгадать даже и не стоит пробовать. Тем не менее и в этой области криптоаналитики играют ведущую роль, являясь полководцами криптографического нападения, не смотря на то, что само сражение ведется лишь аппаратными и программными средствами. Недооценка этого феномена обусловила фиаско шифров шифровальной машины Энигмы в период Второй мировой войны.

Практически всегда являются известными тип шифрации и язык сообщения. Их вполне могут подсказать алфавит и статистические особенности криптографии. Тем не менее, зачастую информация о языке и разновидности шифра узнается из агентурных источников. Подобная ситуация немного напоминает взлом сейфа: если "взломщик" и не знает заранее конструкции взламываемого сейфа, что выглядит довольно таки маловероятным, он все равно быстро определяет ее по внешнему виду, фирменному логотипу. В связи с этим неизвестным является лишь ключ, который необходимо разгадать. Сложность заключается в том, что абсолютно так же, как и не все заболевания излечиваются одним и тем же лекарством, а для любого из них существуют свои специфические средства, так и специфические разновидности шифров взламываются только своими методами.

2.1 Характеристики сообщений

Сообщения, насколько бы сложными они ни были, вполне возможно представить себе в виде каком-либо порядке символов. Эти символы нужно взять из заранее фиксированного набора, к примеру, из русского алфавита или из палитры цветов (красный, желтый, зеленый). Различные символы могут встречаться в сообщениях с различной периодичностью. В связи с этим объем информации, транслируемый различными символами может быть разным. В том понимании, которое предложил Шеннон, объем информации определяется усредненным значением чисел возможных вопросов с вариантами ответов ДА и НЕТ для того, чтобы предугадать последующий знак в сообщении. Если символы в тексте расположены в последовательности, не зависящей друг от друга, то усредненное количество информации в таком сообщении приходящееся на один символ, равно:

где Pi - частота проявления знака i, a Ld- двоичный логарифм. Следует отметить три феномена такого распределения информации.

Оно совершенно не зависит от семантики, смысла сообщения, и им можно воспользоваться, даже в ситуации когда точный смысл не вполне ясен.В нем подразумевается отсутствие зависимости вероятности проявления символов от их предварительной истории.

Загодя известна символьная система, в которой транслируется сообщение, то есть язык, метод шифрации.

В каких единицах измеряется значение объема информации по Шеннону? Вернее всего ответ на такой вопрос может дать теорема шифрации, утверждающая, что любое сообщение возможно зашифровать символами 0 и 1 таким образом, что полученный объем информации будет сколь угодно близким сверху к Н. Такая теорема позволяет нам указать и единицу информации - это бит.

2 Свойства естественного текста

Теперь давайте наглядно рассмотрим один способ приложения знаний особенностей естественного текста для нужд шифрования. Необходимо по куску текста определить, что он из себя представляет - сообщение, несущее смысловую нагрузку или просто последовательность из случайных символов. Ряд методов криптографии приходится на компьютере взламывать банальным перебором ключей, а вручную перепробовать свыше тысячи кусков текста в день просто невозможно, да и скорость перебора очень мала. в связи с этим необходимо такую задачу реализовать с помощью компьютера.

Допустим нам предстоит перебрать приблизительно один миллиард ключей на компьютере со скоростью одна тысяча ключей в секунду. На это у нас уйдет приблизительно десять дней. В таком случае мы вполне рискуем попасть в две крайности. В случае если мы будем слишком осторожны в своих оценках, часть неосмысленных фрагментов текста будет определена как сообщения и возвращена человеку. Такая ошибка чаще всего называется "ложной тревогой" или ошибкой первого рода.

При объеме подобных ошибок больше чем одна тысяча в день человек, сидящий за компьютером, устанет и может в дальнейшем проверять фрагменты текста невнимательно. Это означает, что возможно допустить не более одной ошибки подобного рода на 100 000 проверок. В другой крайности, если подойти к проверке невнимательно, то вполне возможно пропустить осмысленный текст и в конце полного перебора его придется снова повторять. Для того, чтобы не рисковать необходимостью повторения всего объема работ, ошибки второго рода, также называемые "пропусками фрагмента", возможно допустить лишь в одном случае из 100 или 1000.

3 Критерии определения естественности

Самым простым на первый взгляд критерием, который может прийти в голову, является использованием алфавита фрагмента сообщения. Учитывая то, что в нем теоретически могут встречаться только знаки препинания, числа, заглавные и строчные русские буквы, в тексте фрагмента сообщения может встретится не больше половины комплекта кодовой таблицы ASCII.

Это означает, что встретив в фрагменте текста недопустимый знак компьютеру можно определенно заявить о том, что он не является осмысленным - ошибки второго рода при этом практически исключены при хорошо функционирующем канале связи.

Для того, чтобы уменьшить теоретическую возможность "ложных тревог" до обозначенной в предыдущей статье величины, нам необходимо, чтобы фрагмент сообщения состоял не меньше чем из двадцати трех знаков. Вопрос усложняется, в том случае, если используемый код букв не является избыточным, как представление в ASCII русского текста, а содержит в себе ровно столько знаков, сколько их существует в алфавите.

В таком случае нам придется ввести оценку по теоретическим возможностям попадания символов в тексте. Для того, чтобы обеспечить принятые нами возможности ошибок первого и второго рода, при оценивании максимально возможной правдоподобности, нужно проанализировать уже около 100 знаков, а анализ возможности встречи биграмм всего лишь немного уменьшает эту величину.

Поэтому, короткие фрагменты сообщений при большой величине ключа вообще практически невозможно раскодировать однозначно, поскольку проявляющиеся случайные фрагменты текста вполне могут совпасть с имеющими смысл фразами. Такую же задачу необходимо решать и при контроле качества криптографии. В данном случае, правда, возможность ложной тревоги вполне можно увеличить, сделав ее не свыше одной тысячной, при такой же самой возможности игнорирования фрагмента сообщения. Что позволит нам ограничиваться для проверки текстов лишь двадцатью-тридцатью знаками.

3. Симметричное шифрование

Симметри́чные криптосисте́мы (также симметричное шифрование, симметричные шифры) - способ шифрования, в котором для шифрования и расшифровывания применяется один и тот же криптографический ключ. До изобретения схемы асимметричного шифрования единственным существовавшим способом являлось симметричное шифрование. Ключ алгоритма должен сохраняться в секрете обеими сторонами. Алгоритм шифрования выбирается сторонами до начала обмена сообщениями.

В настоящее время симметричные шифры - это:

Блочные шифры. Обрабатывают информацию блоками определённой длины (обычно 64, 128 бит), применяя к блоку ключ в установленном порядке, как правило, несколькими циклами перемешивания и подстановки, называемыми раундами. Результатом повторения раундов является лавинный эффект - нарастающая потеря соответствия битов между блоками открытых и зашифрованных данных.

Большинство симметричных шифров используют сложную комбинацию большого количества подстановок и перестановок. Многие такие шифры исполняются в несколько (иногда до 80) проходов, используя на каждом проходе «ключ прохода». Множество «ключей прохода» для всех проходов называется «расписанием ключей» (key schedule). Как правило, оно создается из ключа выполнением над ним неких операций, в том числе перестановок и подстановок.

Типичным способом построения алгоритмов симметричного шифрования является сеть Фейстеля. Алгоритм строит схему шифрования на основе функции F(D, K), где D - порция данных, размером вдвое меньше блока шифрования, а K - «ключ прохода» для данного прохода. От функции не требуется обратимость - обратная ей функция может быть неизвестна. Достоинства сети Фейстеля - почти полное совпадение дешифровки с шифрованием (единственное отличие - обратный порядок «ключей прохода» в расписании), что сильно облегчает аппаратную реализацию.

Операция перестановки перемешивает биты сообщения по некоему закону. В аппаратных реализациях она тривиально реализуется как перепутывание проводников. Именно операции перестановки дают возможность достижения «эффекта лавины». Операция перестановки линейна - f(a) xor f(b) == f(a xor b)

Операции подстановки выполняются как замена значения некоей части сообщения (часто в 4, 6 или 8 бит) на стандартное, жестко встроенное в алгоритм иное число путем обращения к константному массиву. Операция подстановки привносит в алгоритм нелинейность.

Зачастую стойкость алгоритма, особенно к дифференциальному криптоанализу, зависит от выбора значений в таблицах подстановки (S-блоках). Как минимум считается нежелательным наличие неподвижных элементов S(x) = x, а также отсутствие влияния какого-то бита входного байта на какой-то бит результата - то есть случаи, когда бит результата одинаков для всех пар входных слов, отличающихся только в данном бите.

Рисунок 1.Виды ключей

4. Ассиметричное шифрование

Криптографическая система с открытым ключом (или асимметричное шифрование, асимметричный шифр) - система шифрования и/или электронной цифровой подписи, при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу и используется для проверки ЭЦП и для шифрования сообщения. Для генерации ЭЦП и для расшифровки сообщения используется секретный ключ. Криптографические системы с открытым ключом в настоящее время широко применяются в различных сетевых протоколах, в частности, в протоколах TLS и его предшественнике SSL (лежащих в основе HTTPS), в SSH.

Идея криптографии с открытым ключом очень тесно связана с идеей односторонних функций, то есть таких функций , что по известному довольно просто найти значение , тогда как определение из невозможно за разумный срок.

Но сама односторонняя функция бесполезна в применении: ею можно зашифровать сообщение, но расшифровать нельзя. Поэтому криптография с открытым ключом использует односторонние функции с лазейкой. Лазейка - это некий секрет, который помогает расшифровать. То есть существует такой , что зная и , можно вычислить . К примеру, если разобрать часы на множество составных частей, то очень сложно собрать вновь работающие часы. Но если есть инструкция по сборке (лазейка), то можно легко решить эту проблему.

Понять идеи и методы криптографии с открытым ключом помогает следующий пример - хранение паролей в компьютере. Каждый пользователь в сети имеет свой пароль. При входе он указывает имя и вводит секретный пароль. Но если хранить пароль на диске компьютера, то кто-нибудь его может считать (особенно легко это сделать администратору этого компьютера) и получить доступ к секретной информации. Для решения задачи используется односторонняя функция. При создании секретного пароля в компьютере сохраняется не сам пароль, а результат вычисления функции от этого пароля и имени пользователя. Например, пользователь Алиса придумала пароль «Гладиолус». При сохранении этих данных вычисляется результат функции (ГЛАДИОЛУС), пусть результатом будет строка РОМАШКА, которая и будет сохранена в системе. В результате файл паролей примет следующий вид:

Вход в систему теперь выглядит так:

Когда Алиса вводит «секретный» пароль, компьютер проверяет, даёт или нет функция, применяемая к ГЛАДИОЛУС, правильный результат РОМАШКА, хранящийся на диске компьютера. Стоит изменить хотя бы одну букву в имени или в пароле, и результат функции будет совершенно другим. «Секретный» пароль не хранится в компьютере ни в каком виде. Файл паролей может быть теперь просмотрен другими пользователями без потери секретности, так как функция практически необратимая.

В предыдущем примере используется односторонняя функция без лазейки, поскольку не требуется по зашифрованному сообщению получить исходное. В следующем примере рассматривается схема с возможностью восстановить исходное сообщение с помощью «лазейки», то есть труднодоступной информации. Для шифрования текста можно взять большой абонентский справочник, состоящий из нескольких толстых томов (по нему очень легко найти номер любого жителя города, но почти невозможно по известному номеру найти абонента). Для каждой буквы из шифруемого сообщения выбирается имя, начинающееся на ту же букву. Таким образом букве ставится в соответствие номер телефона абонента. Отправляемое сообщение, например «КОРОБКА», будет зашифровано следующим образом:

Сообщение	Выбранное имя	Криптотекст
	Кирсанова
	Арсеньева

Криптотекстом будет являться цепочка номеров, записанных в порядке их в

ыбора в справочнике. Чтобы затруднить расшифровку, следует выбирать случайные имена, начинающиеся на нужную букву. Таким образом исходное сообщение может быть зашифровано множеством различных списков номеров (криптотекстов).

Примеры таких криптотекстов:

Криптотекст 1	Криптотекст 2	Криптотекст 3

Чтобы расшифровать текст, надо иметь справочник, составленный согласно возрастанию номеров. Этот справочник является лазейкой (секрет, который помогает получить начальный текст), известной только легальным пользователям. Не имея на руках копии справочника, криптоаналитик затратит очень много времени на расшифровку.

Схема шифрования с открытым ключом

Пусть - пространство ключей, а и - ключи шифрования и расшифрования соответственно. - функция шифрования для произвольного ключа , такая что:

Здесь , где - пространство шифротекстов, а , где - пространство сообщений.

Функция расшифрования, с помощью которой можно найти исходное сообщение , зная шифротекст :

{: } - набор шифрования, а {: } - соответствующий набор для расшифрования. Каждая пара имеет свойство: зная , невозможно решить уравнение , то есть для данного произвольного шифротекста , невозможно найти сообщение . Это значит, что по данному невозможно определить соответствующий ключ расшифрования . является односторонней функцией, а - лазейкой.

Ниже показана схема передачи информации лицом А лицу В. Они могут быть как физическими лицами, так и организациями и так далее. Но для более лёгкого восприятия принято участников передачи отождествлять с людьми, чаще всего именуемыми Алиса и Боб. Участника, который стремится перехватить и расшифровать сообщения Алисы и Боба, чаще всего называют Евой.

<#"655904.files/image030.gif"> и шлёт ключ шифрования (открытый ключ) Алисе по открытому каналу, а ключ расшифрования (закрытый ключ) защищён и секретен (он не должен передаваться по открытому каналу).

Чтобы послать сообщение Бобу, Алиса применяет функцию шифрования, определённую открытым ключом : , - полученный шифротекст.

Боб расшифровывает шифротекст , применяя обратное преобразование , однозначно определённое значением .

Научная основа

Начало асимметричным шифрам было положено в работе «Новые направления в современной криптографии» Уитфилда Диффи и Мартина Хеллмана, опубликованной в 1976 году. Находясь под влиянием работы Ральфа Меркле о распространении открытого ключа, они предложили метод получения секретных ключей, используя открытый канал. Этот метод экспоненциального обмена ключей, который стал известен как обмен ключами Диффи - Хеллмана, был первым опубликованным практичным методом для установления разделения секретного ключа между заверенными пользователями канала. В 2002 году Хеллман предложил называть данный алгоритм «Диффи - Хеллмана - Меркле», признавая вклад Меркле в изобретение криптографии с открытым ключом. Эта же схема была разработана Малькольмом Вильямсоном в 1970-х, но держалась в секрете до 1997 года. Метод Меркле по распространению открытого ключа был изобретён в 1974 и опубликован в 1978 году, его также называют загадкой Меркле.

В 1977 году учёными Рональдом Ривестом, Ади Шамиром и Леонардом Адлеманом из Массачусетского технологического института был разработан алгоритм шифрования, основанный на проблеме о разложении на множители. Система была названа по первым буквам их фамилий (RSA - Rivest, Shamir, Adleman). Эта же система была изобретена в 1973 году Клиффордом Коксом, работавшим в центре правительственной связи (GCHQ), но эта работа хранилась лишь во внутренних документах центра, поэтому о её существовании было не известно до 1977 года. RSA стал первым алгоритмом, пригодным и для шифрования, и для цифровой подписи.

Вообще, в основу известных асимметричных криптосистем кладётся одна из сложных математических проблем, которая позволяет строить односторонние функции и функции-лазейки. Например, криптосистемы Меркля - Хеллмана и Хора - Ривеста опираются на так называемую задачу об укладке рюкзака.

Основные принципы построения криптосистем с открытым ключом

Начинаем с трудной задачи . Она должна решаться сложно в смысле теории: не должно быть алгоритма, с помощью которого можно было бы перебрать все варианты решения задачи за полиномиальное время относительно размера задачи. Более правильно сказать: не должно быть известного полиномиального алгоритма, решающего данную задачу - так как ни для одной задачи ещё пока не доказано, что для неё подходящего алгоритма нет в принципе.

Можно выделить легкую подзадачу из . Она должна решаться за полиномиальное время и лучше, если за линейное.

«Перетасовываем и взбалтываем» , чтобы получить задачу , совершенно не похожую на первоначальную. Задача должна по крайней мере выглядеть как оригинальная труднорешаемая задача .

Открывается с описанием, как она может быть использована в роли ключа зашифрования. Как из получить , держится в секрете как секретная лазейка.

Криптосистема организована так, что алгоритмы расшифрования для легального пользователя и криптоаналитика существенно различны. В то время как второй решает -задачу, первый использует секретную лазейку и решает -задачу.

Криптография с несколькими открытыми ключами

В следующем примере показана схема, в которой Алиса шифрует сообщение так, что только Боб может прочитать его, и наоборот, Боб шифрует сообщение так, что только Алиса может расшифровать его.

Пусть есть 3 ключа , , , распределенные так, как показано в таблице.

криптография шифрование ключ симметричный

	Преимущество этой схемы заключается в том, что для её реализации нужно только одно сообщение и n ключей (в схеме с n агентами). Если передаются индивидуальные сообщения, то есть используются отдельные ключи для каждого агента (всего n ключей) и каждого сообщения, то для передачи сообщений всем различным подмножествам требуется ключей. Недостатком такой схемы является то, что необходимо также широковещательно передавать подмножество агентов (список имён может быть внушительным), которым нужно передать сообщение. Иначе каждому из них придется перебирать все комбинации ключей в поисках подходящей. Также агентам придется хранить немалый объём информации о ключах. Криптоанализ алгоритмов с открытым ключом Казалось бы, что криптосистема с открытым ключом - идеальная система, не требующая безопасного канала для передачи ключа шифрования. Это подразумевало бы, что два легальных пользователя могли бы общаться по открытому каналу, не встречаясь, чтобы обменяться ключами. К сожалению, это не так. Рисунок иллюстрирует, как Ева, выполняющая роль активного перехватчика, может захватить систему (расшифровать сообщение, предназначенное Бобу) без взламывания системы шифрования. . Это подчеркивает необходимость аутентификации открытых ключей. Для этого обычно используют сертификаты. Распределённое управление ключами в PGP решает возникшую проблему с помощью поручителей. Ещё одна форма атаки - вычисление закрытого ключа, зная открытый (рисунок ниже). Криптоаналитик знает алгоритм шифрования , анализируя его, пытается найти . Этот процесс упрощается, если криптоаналитик перехватил несколько криптотекстов, посланных лицом A лицу B. Рисунок 4.Ассиметричная криптосистема с пассивным перехватчиком. Большинство криптосистем с открытым ключом основаны на проблеме факторизации больших чисел. К примеру, RSA использует в качестве открытого ключа n произведение двух больших чисел. Сложность взлома такого алгоритма состоит в трудности разложения числа n на множители. Но эту задачу решить реально. И с каждым годом процесс разложения становится все быстрее. Ниже приведены данные разложения на множители с помощью алгоритма «Квадратичное решето». Также задачу разложения потенциально можно решить с помощью Алгоритма Шора при использовании достаточно мощного квантового компьютера. Для многих методов несимметричного шифрования криптостойкость, полученная в результате криптоанализа, существенно отличается от величин, заявляемых разработчиками алгоритмов на основании теоретических оценок. Поэтому во многих странах вопрос применения алгоритмов шифрования данных находится в поле законодательного регулирования. В частности, в России к использованию в государственных и коммерческих организациях разрешены только те программные средства шифрования данных, которые прошли государственную сертификацию в административных органах, в частности, в ФСБ. Заключение В ходе выполнения работы над выбранной темой в рамках учебной практики мною были проведены: обзор истории развития криптографии и криптоанализа; аналитический обзор существующих типов криптографических алгоритмов (рассмотрены симметричные и асимметричные шифры) и методы оценки их стойкости. Надеюсь, что развитие криптографии пойдет человечеству только на пользу. Список литературы Гатчин Ю.А., Коробейников А.Г. Основы криптографических алгоритмов. Учебное пособие. - СПб.: СПбГИТМО(ТУ), 2002. Кон П. Универсальная алгебра. - М.: Мир. - 1968 Коробейников А. Г. Математические основы криптографии. Учебное пособие. СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2002. Шнайер Б. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на языке Си = Applied Cryptography. Protocols, Algorithms and Source Code in C. - М.: Триумф, 2002. В этот день свой профессиональный праздник отмечает Криптографическая служба России. «Криптография» с древнегреческого означает «тайнопись». Как раньше прятали слова? Своеобразный метод передачи тайного письма существовал во времена правления династии египетских фараонов: выбирали раба. Брили его голову наголо и наносили на неё текст сообщения водостойкой растительной краской. Когда волосы отрастали, его отправляли к адресату. Шифр — это какая-либо система преобразования текста с секретом (ключом) для обеспечения секретности передаваемой информации. АиФ.ru сделал подборку интересных фактов из истории шифрования. Все тайнописи имеют системы 1. Акростих — осмысленный текст (слово, словосочетание или предложение), сложенный из начальных букв каждой строки стихотворения. Вот, например, стихотворение-загадка с разгадкой в первых буквах: Д овольно именем известна я своим; Р авно клянётся плут и непорочный им, У техой в бедствиях всего бываю боле, Ж изнь сладостней при мне и в самой лучшей доле. Б лаженству чистых душ могу служить одна, А меж злодеями — не быть я создана. Юрий Нелединский-Мелецкий Сергей Есенин, Анна Ахматова, Валентин Загорянский часто пользовались акростихами. 2. Литорея — род шифрованного письма, употреблявшегося в древнерусской рукописной литературе. Бывает простая и мудрая. Простую называют тарабарской грамотой, она заключается в следующем: поставив согласные буквы в два ряда в порядке: употребляют в письме верхние буквы вместо нижних и наоборот, причём гласные остаются без перемены; так, например, токепот = котёнок и т. п. Мудрая литорея предполагает более сложные правила подстановки. 3. «ROT1» — шифр для детишек? Возможно, в детстве вы тоже его использовали. Ключ к шифру очень прост: каждая буква алфавита заменяется на последующую букву. А заменяется на Б, Б заменяется на В и так далее. «ROT1» буквально означает «вращать на 1 букву вперёд по алфавиту». Фраза «Я люблю борщ» превратится в секретную фразу «А мявмя впсъ» . Этот шифр предназначен для развлечения, его легко понять и расшифровать, даже если ключ используется в обратном направлении. 4. От перестановки слагаемых... Во время Первой мировой войны конфиденциальные сообщения отправляли с помощью так называемых перестановочных шрифтов. В них буквы переставляются с использованием некоторых заданных правил или ключей. Например, слова могут быть записаны в обратном направлении, так что фраза «мама мыла раму» превращается во фразу «амам алым умар» . Другой перестановочный ключ заключается в перестановке каждой пары букв, так что предыдущее сообщение становится «ам ам ым ал ар ум» . Возможно, покажется, что сложные правила перестановки могут сделать эти шифры очень трудными. Однако многие зашифрованные сообщения могут быть расшифрованы с использованием анаграмм или современных компьютерных алгоритмов. 5. Сдвижной шифр Цезаря Он состоит из 33 различных шифров, по одному на каждую букву алфавита (количество шифров меняется в зависимости от алфавита используемого языка). Человек должен был знать, какой шифр Юлия Цезаря использовать для того, чтобы расшифровать сообщение. Например, если используется шифр Ё, то А становится Ё, Б становится Ж, В становится З и так далее по алфавиту. Если используется шифр Ю, то А становится Ю, Б становится Я, В становится А и так далее. Данный алгоритм является основой для многих более сложных шифров, но сам по себе не обеспечивает надёжную защиту тайны сообщений, поскольку проверка 33-х различных ключей шифра займёт относительно небольшое время. Никто не смог. Попробуйте вы Зашифрованные публичные послания дразнят нас своей интригой. Некоторые из них до сих пор остаются неразгаданными. Вот они: Криптос . Скульптура, созданная художником Джимом Санборном, которая расположена перед штаб-квартирой Центрального разведывательного управления в Лэнгли, Вирджиния. Скульптура содержит в себе четыре шифровки, вскрыть код четвёртой не удаётся до сих пор. В 2010 году было раскрыто, что символы 64-69 NYPVTT в четвёртой части означают слово БЕРЛИН. Теперь, когда вы прочитали статью, то наверняка сможете разгадать три простых шифра. Свои варианты оставляйте в комментариях к этой статье. Ответ появится в 13:00 13 мая 2014 года. Ответ: 1) Блюдечко 2) Слоненку все надоело 3) Хорошая погода Не нашли ответ на свой вопрос? Посмотрите здесь Технология NFC в смартфонах и ее практическое использование Скачать и установить Kies Air на вашем Samsung устройства Что такое режим «Инкогнито», как его включить и выйти из него Инкогнито какие клавиши нажать Как отменить электронный билет РЖД и вернуть деньги?