В шифрах многоалфавитной замены

Основы криптографической защиты информации

Цель работы

Исследование основных методов криптографической зашиты информации.

Краткие сведения из теории

Криптография – обеспечивает сокрытие смысла сообщения с помощью шифрования и открытия его расшифрованием, которые выполняются по специальным алгоритмам с помощью ключей.

Ключ – конкретное секретное состояние некоторых параметров алгоритма криптографического преобразования данных, обеспечивающее выбор только одного варианта из всех возможных для данного алгоритма.

Криптоанализ – занимается вскрытием шифра без знания ключа (проверка устойчивости шифра).

Кодирование – (не относится к криптографии) – система условных обозначений, применяемых при передаче информации. Применяется для увеличения качества передачи информации, сжатия информации и для уменьшения стоимости хранения и передачи.

Криптографические преобразования имеют цель обеспечить недоступность информации для лиц, не имеющих ключа, и поддержание с требуемой надежностью обнаружения несанкционированных искажений.

Большинство средств защиты информации базируется на использовании криптографических шифров и процедур шифрования - расшифрования. В соответствии со стандартом ГОСТ 28147-89 под шифром понимают совокупность обратимых преобразований множества открытых данных на множество зашифрованных данных, задаваемых ключом и алгоритмом преобразования.

В криптографии используются следующие основные алгоритмы шифрования:

· алгоритм замены (подстановки) – символы шифруемого текста заменяются символами того же или другого алфавита в соответствии с заранее обусловленной схемой замены;

· алгоритм перестановки – символы шифруемого текста переставляются по определенному правилу в пределах некоторого блока этого текста;

· гаммирование – символы шифруемого текста складываются с символами некоторой случайной последовательности;

· аналитическое преобразование – преобразование шифруемого текста по некоторому аналитическому правилу (формуле).

Процессы шифрования и расшифрования осуществляются в рамках некоторой криптосистемы. Для симметричной криптосистемы характерно применение одного и того же ключа как при шифровании, так и при расшифровании сообщений. В асимметричных криптосистемах для зашифрования данных используется один (общедоступный) ключ, а для расшифрования – другой (секретный) ключ.

 

Практическая часть.

Симметричные криптосистемы.

Шифры перестановки.

Ключом являются размеры таблицы.

«криптографическая защита»

к	о	и	а	и
р	г	ч	я	т
и	р	е	з	а
п	а	с	а
т	ф	к	щ

Таблица 1 – шифр перестановки

Для получения шифрования текст считывается по строкам и группируется по 5 букв: КОИАИ РГЧЯТ ИРЕЗА ПАСА0 ТФКЩ0.

 

 

Одиночная перестановка по ключу

н	о	к	и	я		к	я	о	и	н
к	о	и	а	и		и	и	о	а	к
р	г	ч	я	т		ч	т	г	я	р
и	р	е	з	а		е	а	р	з	и
п	а	с	а			с		а	а	п
т	ф	к	щ			к		ф	щ	т

До после перестановки

Таблица 2.1- Одиночная перестановка по ключу

Шифровка: ИЧЕСК ИТА00 ОГРАФ АЯЗАЩ КРИПТ

Двойная перестановка

 

C

Т

А

Р

А

С

Р

Т

К

А

О

Я

А

Я

К

О

К

А

О

Я

К

Ж

Р

А

Ж

А

К

Р

К

Ж

Р

А

К

Е

А

П

Е

П

К

А

К

Е

А

П

А

С

Р

Т

Таблица 2.2- Двойная перестановка по ключу

 

Шифровка: КАОЯКЖРАКЕАПАСРТ

 

 

Магический квадрат

 

М

А

Г

Д

А

Н

О

В

_

_

_

_

А

З

А

Т

 

						Т	Г	А	А
						А	-	-	В
						-	Н	О	Я
						Д	А	З	М

Таблица 2.3- Магический квадрат

 

Шифр простой замены Цезаря.

КАЖДАЯ НЕУДАЧА ПРИБАВЛЯЕТ УМА

Метод основан на замене буквы сосмешением на К бкув.

Наша фпаза преобразуется в:ЛБЗЕБЯОЖФЕБШБРСКВБГМАЖУФНБ

(ПРИ СМЕЩЕНИИ НА ОДИН СИМВОЛ)

 

Шифр сложной замены.

Шифр Гронсфельда состоит в модификации шифра Цезаря числовым ключом. Для этого под буквами сообщения записывают цифры числового ключа. Если ключ короче сообщения, то его запись циклически повторяют. Шифротекст получают примерно так же, как в шифре Цезаря, но отсчитывают не третью букву по алфавиту (как в шифре Цезаря), а ту, которая смещена по алфавиту на соответствующую цифру ключа.

 

 

Сообщение Гронсфельд

Ключ 1212121212

Шифровка ДСПОТХЖМЭЕ

 

В шифрах многоалфавитной замены

для шифрования каждого символа исходного сообщения применяется свой шифр простой замены (свой алфавит).

	АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_
А	АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_
Б	_АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ
В	Я_АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮ
Г	ЮЯ_АБВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭ
.	…………
Я	ВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_АБ
_	БВГДЕЁЖЗИКЛМНОПРСТУФХЧШЩЪЫЬЭЮЯ_А

 

Таблица 3.2- алфавит

 

Каждая строка в этой таблице соответствует одному шифру замены аналогично шифру Цезаря для алфавита, дополненного пробелом. При шифровании сообщения его выписывают в строку, а под ним ключ. Если ключ оказался короче сообщения, то его циклически повторяют. Шифротекст получают, находя символ в колонке таблицы по букве текста и строке, соответствующей букве ключа. Например, используя ключ АГАВА, из сообщения СЕКРЕТНО получаем следующую шифровку:

 

 

Сообщение	СЕКРЕТНО
Ключ	ГАГАГАГА
Шифровка	ОЕЖРВТКН

Таблица 3.3- шифр многоалфавитной замены

 

В компьютере такая операция соответствует сложению кодов ASCII символов сообщения и ключа по модулю 256.

Гаммирование

Процесс зашифрования заключается в генерации гаммы шифра и наложении этой гаммы на исходный открытый текст. Перед шифрованием открытые данные разбиваются на блоки Т(0) _i одинаковой длины (по 64 бита). Гамма шифра вырабатывается в виде последовательности блоков Г(ш) _i аналогичной длины (Т(ш) _i =Г(ш) _i +Т(0) _i, где + - побитовое сложение, i =1- m).

Процесс расшифрования сводится к повторной генерации шифра текста и наложение этой гаммы на зашифрованные данные T(0) _i =Г(ш) _i +Т(ш) _i.

Исходное сообщение из букв русского алфавита преобразуется в числовое сообщение заменой каждой его буквы числом по следующей таблице:

 

Числовая замена букв

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

Таблица 4.1- Алфавит

 

При шифровании каждое число числового сообщения складывается с соответствующим числом шифрующего отрезка. Затем вычисляется остаток от деления полученной суммы на 30, который по данной таблице заменяется буквой.

 

Исходное сообщение	И	Г	Р	У	Ш	К	А
Числовое исходное сообщение
Шифрующий отрезок
Числовое шифрованное сообщение
Шифрованное сообщение	К	И	Ч	Е	Б	Ю	Г

Таблица 4.2-Гаммирование