Основы криптографии. Метод подстановки. Метод перестановки.
Модель процесса шифрования - дешифрования
Сообщения, подлежащие зашифровке, называемые открытым тек-том, преобразуются с помощью функции, вторым входным параметром которой является ключ. Результат процесса шифрования, называемый зашифрованным текстом, передается обычно по радио или через связного. Предполагается, что противник или злоумышленник слышит и аккуратно копирует весь зашифрованный текст. Однако в отличие от получателя, которому предназначается данное сообщение, злоумышленник не знает ключа дешифрации, и поэтому расшифровка сообщения представляет для него большие трудности, а порой она просто невозможна. Иногда злоумышленник может не только прослушивать канал связи (пассивный злоумышленник), но способен также записывать сообщения и воспроизводить их позднее, вставлять свои сообщения или модифицировать оригинальные сообщения, прежде чем они достигнут получателя (активный злоумышленник). Искусство взлома шифров называется криптоанализом. Искусства изобретать шифры (крипто-графия) и взламывать их (криптоанализ) называются вместе криптологией.
Обычно для обозначения открытого текста, зашифрованного текста и ключей полезно использовать специальную нотацию. Мы будем использовать формулу С = ЕК(Р), обозначающую, что при зашифровке открытого текста Р с помощью ключа К получается зашифрованный текст С. Аналогично формула Р = DK(C) означает расшифровку зашифрованного текста С для восстановления открытого текста. Из этих двух формул следует, что
DK(EK(P)) = P
Основное правило криптографии состоит в предположении, что криптоаналитику (взломщику кода) известен используемый метод шифрования. Другими словами, злоумышленник точно знает, как работает метод шифрования Е.
Ключ состоит из относительно короткой строки, определяющей один из огромного количества вариантов результата шифрования. В отличие от самого метода шифрования, который может изменяться только раз в несколько лет, ключ можно менять так часто, как это нужно. Таким образом, наша базовая модель представляет собой постоянный и известный общий метод, в котором в качестве параметра используется секретный и легко изменяемый ключ.
Метод подстановки
В шифрах, основанных на методе подстановки, каждый символ или группа символов заменяется другим символом или группой символов
Некоторое обобщение шифра Цезаря представляет собой сдвиг алфавита не на три символа, а на произвольное число k символов. В этом случае k становится ключом к общему методу циклически сдвигаемых алфавитов.
Следующее усовершенствование состоит в установлении соответствия каждому встречающемуся в открытом тексте символу другого символа. Например,
| Открытый текст | a | b | c | d | e | f | g | h | i | … | z |
| Зашифрованный текст | Q | W | E | R | T | Y | U | I | O | … | M |
Такая система называется моноалфавитной подстановкой, ключом к которой является 26-символьная строка, соответствующая полному алфавиту.
Шифры, основанные на методе подстановки, сохраняют порядок символов, но подменяют их. Шифры, использующие метод перестановки, меняют порядок следования символов, но не изменяют сами символы. На рис. 12.2 показан простой перестановочный шифр с колоночной перестановкой. Ключом к шифру служит слово или фраза, не содержащая повторяющихся букв. В данном примере в качестве ключа используется слово MEGABUCK. Цель ключа — пронумеровать колонки. Первой колонкой становится колонка под буквой, расположенной ближе всего к началу алфавита, и т. д. Открытый текст записывается горизонтально в строках. Шифрованный текст читается по колонкам, начиная с колонки с младшей ключевой буквой.
52) Фундаментальные принципы криптографии. Метод «Одноразовые блокноты». Квантовая криптография.
В качестве ключа выбирается произвольная битовая строка, длина которой совпадает с длиной исходного текста. Открытый текст также преобразуется в последовательность двоичных разрядов, например, с помощью стандартной кодировки ASCII. Наконец, эти две строки поразрядно складываются по модулю 2 (операция «исключающее ИЛИ», XOR). Полученный в результате зашифрованный текст сломать невозможно, поскольку в достаточно большом отрывке любая буква, биграмма или триграмма будет равновероятной. Этот метод, известный как одноразовый блокнот, теоретически является панацеей от любых атак, независимо от вычислительных мощностей, которыми обладает или будет когда-либо в будущем обладать взломщик.
принципы
Первый принцип гласит, что все зашифрованные сообщения должны содержать определенную избыточность, то есть информацию, не требующуюся для понимания сообщения.все сообщения должны содержать достаточное количество избыточной информации, чтобы активный злоумышленник не смог выдать случайный мусор за настоящие сообщения.
Второй принцип криптографии состоит в том, что необходимо иметь методы, позволяющие удостовериться в том, что пришедшее сообщение свежее, то есть было послано совсем недавно. Эта мера направлена на борьбу с активными злоумышленниками, воспроизводящими перехваченные ими старые сообщения.
Квантовая криптография базируется на том факте, что свет передается маленькими порциями, называемыми фотонами и обладающими некоторыми необычными свойствами. Кроме того, пропуская свет через поляризационный фильтр, можно добиться его поляризации. Этот факт известен, прежде всего, тем, кто носит солнцезащитные очки, а также фотографам. Световой луч (то есть поток фотонов), проходя через такой фильтр, поляризуется в направлении оси фильтра (например, вертикально). Если после этого пропустить луч через второй фильтр, интенсивность света на выходе будет пропорциональна квадрату косинуса угла между осями фильтров.