Классы методов криптографии

Рассмотрим классификацию методов криптографического закрытия.

Шифрование

1.1. ЗАМЕНА (ПОДСТАНОВКА)

1.1.1. Простая (одноалфавитная)

1.1.2. Многоалфавитная одноконтурная обыкновенная

1.1.3. Многоалфавитная одноконтурная монофоническая

1.1.4. Многоалфавитная многоконтурная

ПЕРЕСТАНОВКА

1.2.1. Простая

1.2.2. Усложненная по таблице

1.2.3. Усложненная по маршрутам

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

1.3.1. С использованием алгебры матриц

1.3.2. По особым зависимостям

ГАММИРОВАНИЕ

1.4.1. С конечной короткой гаммой

1.4.2. С конечной длинной гаммой

1.4.3. С бесконечной гаммой

КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ

1.5.1. Замена и перестановка

1.5.2. Замена и гаммирование

1.5.3. Перестановка и гаммирование

1.5.4. Гаммирование и гаммирование

Кодирование

СМЫСЛОВОЕ

2.1.1. По специальным таблицам (словарям)

СИМВОЛЬНОЕ

2.2.1. По кодовому алфавиту

Другие виды

РАССЕЧЕНИЕ-РАЗНЕСЕНИЕ

3.1.1. Смысловое

3.1.2. Механическое

СЖАТИЕ-РАСШИРЕНИЕ

Под шифрованием понимается такой вид криптографи­ческого закрытия, при котором преобразованию подвергается каждый символ защищаемого сообщения. Все известные спосо­бы шифрования можно разбить на пять групп: подстановка (замена), перестановка, аналитическое преобра­зование, гаммирование и комбинированное шиф­рование. Каждый из этих способов может иметь несколько разновидностей.

Под кодированием понимается такой вид криптографи­ческого закрытия, когда некоторые элементы защищаемых дан­ных (это не обязательно отдельные символы) заменяются зара­нее выбранными кодами (цифровыми, буквенными, буквен­но-цифровыми сочетаниями и т. п.). Этот метод имеет две разновидности: смысловое и символьное кодирование. При смысловом кодировании кодируемые элементы имеют вполне определенный смысл (слова, предложения, группы пред­ложений). При символьном кодировании кодируется каждый символ защищаемого сообщения. Символьное кодирование по существу совпадает с шифрованием заменой.

Перестановки — несложный метод криптографического преобразования. Используется, как правило, в сочетании с дру­гими методами.

Многоалфавитная подстановка — наиболее про­стой вид преобразований, заключающийся в замене символов исходного текста на другие (того же алфавита) по более или ме­нее сложному правилу. Для обеспечения высокой криптостойкости требуется использование больших ключей.

Гаммирование — этот метод заключается в наложении на исходный текст некоторой псевдослучайной последователь­ности, генерируемой на основе ключа.

Блочные шифры — последовательность (с возможным повторением и чередованием) основных методов преобразова­ния, применяемая к блоку (части) шифруемого текста. Блочные шифры на практике встречаются чаще, чем «чистые» преобразо­вания того или иного класса в силу их более высокой криптостойкости. Российский и американский стандарты шифрования основаны именно на этом классе шифров.

К отдельным видам криптографического закрытия отнесе­ны методы рассечения — разнесения и сжатия дан­ных. Рассечение—разнесение заключается в том, что массив защищаемых данных делится (рассекается) на такие элементы, каждый из которых в отдельности не позволяет раскрыть со­держание защищаемой информации. Выделенные таким обра­зом элементы данных разносятся по разным зонам ЗУ или располагаются на различных носителях. Сжатие данных пред­ставляет собой замену часто встречающихся одинаковых строк данных или последовательностей одинаковых символов некото­рыми заранее выбранными символами.

Шифрование заменой (подстановка)

В этом наиболее простом методе символы шифруемого текста заменяются другими символами, взятыми из одного (одно-или моноалфавитная подстановка) или нескольких (много- или полиалфавитная подстановка) алфавитов.

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 (табл. ).

Таблица. Таблица простой замены

Используя эту таблицу, зашифруем текст: In this book the reader will wind a comprehensive survey... Получим следующее за шифрованное сообщение: At omiy pbbe omr nrsirn fadd zail s xbwgnrmrtjafr jenfru... Однако такой шифр имеет низкую стойкость, так как зашифрованный текст имеет те же статистические характеристики, что и исходный. Например, текст на англииском языке содержит символы со следующими частотами появления (в порядке убывания): Е — 0,13, Т — 0,105; А — 0,081, О — 0,079 и т. д. В зашифрованном тексте наибольшие частоты появления в порядке убывания имеют буквы R — 0,12; О — 0,0⁽), А и N по 0,07.

Естественно предположить, что символом R зашифрован: буква Е, символом О — букв Г и т. д. Это действительно соответствует таблице замены. Дальнейшая расшифровка не составляет труда. Эти методы дешифровки хорошо известны из клас­сической литературы (см., например, Артур Конан Дойль «Пля­шущие человечки», или Алан Эдгар По «Золотой жук»).

Если бы объем зашифрованного текста был намного больше, чем в рассмотренном примере, то частоты появления букв в зашифрованном тексте были бы еще ближе к частотам появления букв в английском алфавите и расшифровка оказалась бы еще проще. Поэтому простую замену используют редко и лишь в тех случаях, когда шифруемый текст короток. Для повышения стойкости шифра используют полиалфавитные подстановки, в которых для замены символов исходного текста используются символы нескольких алфавитов. Известно несколько разновидностей полиалфавитной подста­новки, наиболее известными из которых являются одно- (обык­новенная и монофоническая) и многоконтурная. При полиалфавитной одноконтурной обыкно­венной подстановке для замены символов исходного текста используются несколько алфавитов, причем смена алфавитов осуществляется последовательно и циклически, т. е. первый символ заменяется соответствующим символом первого алфавита, второй — символом второго алфавита и т. д. до тех пор, пока не будут использованы все выбранные алфавиты. После этого использование алфавитов повторяется.