Лабораторная работа № 3. Алгоритмы шифрования

Цель работы: изучение основных принципов шифрования информации, знакомство с широко известными алгоритмами шифрования, приобретение навыков их программной реализации.

Теоретическое введение

Проблемой защиты информации путем ее преобразования занимается криптология (kryptos – тайный, logos – наука). Криптология разделяется на два направления – криптографию и криптоанализ. Цели этих направлений прямо противоположны.

Криптография занимается поиском и исследованием математических методов преобразования информации.

Криптография является основой любой защищенной связи, и поэтому так важно познакомиться с тремя основными криптографическими функциями: симметричным шифрованием, асимметричным шифрованием и односторонними хэш–функциями.

Все существующие технологии аутентификации, целостности и конфиденциальности созданы на основе именно этих трех функций.

Сфера интересов криптоанализа – исследование возможности расшифровывания информации без знания ключей.

 

Далее основное внимание будет уделено криптографическим методам.

Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:

1. Симметричные криптосистемы.

2. Криптосистемы с открытым ключом.

3. Системы электронной подписи.

4. Управление ключами.

Основные направления использования криптографических методов – передача конфиденциальной информации по каналам связи (например, электронная почта), установление подлинности передаваемых сообщений, хранение информации (документов, баз данных) на носителях в зашифрованном виде.

Итак, криптография дает возможность преобразовать информацию таким образом, что ее прочтение (восстановление) возможно только при знании ключа.

В качестве информации, подлежащей шифрованию и дешифрованию, будут рассматриваться тексты, построенные на некотором алфавите. Под этими терминами понимается следующее.

Алфавит – конечное множество используемых для кодирования информации знаков.

Текст – упорядоченный набор из элементов алфавита.

В качестве примеров алфавитов, используемых в современных ИС, можно привести следующие:

· алфавит Z33 – 32 буквы русского алфавита и пробел;

· алфавит Z256 – символы, входящие в стандартные коды ASCII и КОИ–8;

· бинарный алфавит – Z2 = {0,1};

· восьмеричный алфавит или шестнадцатеричный алфавит.

Шифрование – преобразовательный процесс: исходный текст, который носит также название открытого текста, заменяется шифрованным текстом.

Классические шифры с симметричным ключом делят на две категории:

1) шифры замены (подстановки), которые заменяют один символ открытого текста на другой символ в зашифрованном тексте.

2) шифры перестановки, которые меняют местами позиции символов открытого текста.

В криптографии рассматриваются четыре типа подстановки (замены): моноалфавитная, гомофоническая, полиалфавитная и полиграммная. Гомофоническая замена одному символу открытого текста ставит в соответствие несколько символов шифротекста. Этот метод применяется для искажения статистических свойств шифротекста.

При моноалфавитной замене каждой букве алфавита открытого текста ставится в соответствие одна буква одного алфавита шифротекста. Полиафавитная подстановка использует несколько алфавитов шифротекста. Полиграммная замена формируется из одного алфавита с помощью специальных правил для шифрования n –грамм.

Приведём пример моноалфавитной подстановки.

Простая замена (простая подстановка) – каждой букве x алфавита открытого текста ставится в соответствие некое множество шифрообозначений буквы. Если множество шифрообозначений буквы состоит из нескольких символов, то это омофонная подстановка, а если шифрообозначение буквы состоит из одного символа – то это шифр простой однозначной замены.

Критерием неправильной дешифровки следует считать появление запрещенных биграм (триграмм). Дешифруемый текст должен быть читабельным, и в нем должны появляться словоподобные структуры.