Система шифрования Вижнера, как шифр сложной замены

Шифры сложной замены называют многоалфавитными, так как для шифрования каждого символа исходного сообщения при­меняют свой шифр простой замены. Многоалфавитная подстанов­ка последовательно и циклически меняет используемые алфавиты.

Эффект использования многоалфавитной подстановки заклю­чается в том, что обеспечивается маскировка естественной стати­стики исходного языка, так как конкретный символ из исходного алфавита А может быть преобразован в несколько различных символов шифровальных алфавитов Bj. Система Вижинера впервые была опубликована в 1586г. и является одной из старейших и наиболее известных многоалфа­витных систем. Свое название она получила по имени французско­го дипломата XVI века Блеза Вижинера, который развивал и со­вершенствовал криптографические системы.

Система Вижинера подобна такой системе шифрования Цеза­ря, у которой ключ подстановки меняется от буквы к букве. Этот шифр многоалфавитной замены можно описать таблицей шифро­вания, называемой таблицей (квадратом) Вижинера. Таблицы Вижинера преобразованы из русского и английского алфа­витов. Таблица Вижинера используется для зашифрования и расшифрования. Таблица имеет два входа:

• верхнюю строку подчеркнутых символов, используемую для счи­тывания очередной буквы исходного открытого текста;

• крайний левый столбец ключа.

Последовательность ключей обычно получают из числовых значений букв ключевого слова.

При шифровании исходного сообщения его выписывают в строку, а под ним записывают ключевое слово (или фразу). Если ключ оказался короче сообщения, то его циклически повторяют. В процессе шифрования находят в верхней строке таблицы очередную букву исходного текста и в левом столбце очередное значение ключа. Очередная буква шифртекста находится на пересечении столбца, определяемого шифруемой буквой, и строки, определяе­мой числовым значением ключа.

Рассмотрим пример получения шифртекста с помощью таблицы Вижинера. Пусть выбрано ключевое слово АМБРОЗИЯ. Не­обходимо зашифровать сообщение ПРИЛЕТАЮ СЕДЬМОГО.

Выпишем исходное сообщение в строку и запишем под ним ключевое слово с повторением. В третью строку будем выписы­вать буквы шифртекста, определяемые из таблицы Вижинера.

Сообщение ПРИЛЕТАЮ СЕДЬМОГО

Ключ АМБРОЗИЯ АМБРОЗИЯ

Шифртекст ПЪЙЫУЩИЭ ССЕКЬХЛН

Шифр Вернамана.

Система шифрования Вернама является в сущности частным случаем системы шифрования Вижинера при значении модуля m -2. Конкретная версия этого шифра использует двоичное представление символов исходного текста.

Каждый символ исходного открытого текста из английского алфавита {А, В, С, D,..., Z}, расширенного шестью вспомогатель­ными символами (пробел, возврат каретки и т.п.), сначала кодиро­вался в 5-битовый блок (bo, b₁..., Ь₄) телеграфного кода Бодо.

Случайная последовательность двоичных ключей k₀, k₁, k₂,... заранее записывалась на бумажной ленте.

Схема передачи сообщений с использованием шифрования методом Вернама показана на рис. 2.11. Шифрование исходного текста, предварительно преобразованного в последовательность двоичных символов х, осуществлялось путем сложения по модулю 2 символов х с последовательностью двоичных ключей k.

Символы шифртекста

(2.13)

Рис. 2.11. Схема шифрования и расшифрования сообщений по методу Вернама

Расшифрование состоит в сложении по модулю 2 символов у.шифртекста с той же последовательностью ключей k:

(2.14)

При этом последовательности ключей, использованные при шифровании и расшифровании, компенсируют друг друга (при сложении по модулю 2), и в результате восстанавливаются симво­лы х исходного текста.

При разработке своей системы Вернам проверял ее с помо­щью закольцованных лент, установленных на передатчике и при­емнике для того, чтобы использовалась одна и та же последова­тельность ключей.

Следует отметить, что метод Вернама не зависит от длины последовательности ключей и, кроме того, он позволяет использо­вать случайную последовательность ключей. Однако при реализа­ции метода Вернама возникают серьезные проблемы, связанные с.необходимостью доставки получателю такой же последовательно­сти ключей, как у отправителя, либо с необходимостью безопасно­го хранения идентичных последовательностей ключей у отправи­теля и получателя. Эти недостатки системы шифрования Вернама преодолены при шифровании методом гаммирования.