Кодирование как средство криптографического закрытия информацииКриптография – это наука о методах преобразования (кодирования) информации с целью ее защиты от незаконных пользователей. Криптографическое кодирование иначе называется шифрованием, обратное преобразование называется дешифрованием. Криптограмма - зашифрованное сообщение. Особенностью криптографических методов кодирования является то, что содержание исходного сообщения становится доступным только при наличии у получателя некоторой специфической информации – ключа, с помощью которой осуществляется дешифрование криптограммы. Современные методы криптографического закрытия информации должны обладать большой надежностью и обеспечивать секретность с учетом того, что противник зачастую имеет возможность перехвата и записи криптограмм, а также в случаях, когда алгоритм шифрования стал известен. Метод должен предусматривать такое множество возможных ключей, чтобы вероятность определения использованного была близка к нулю, даже при наличии фрагментов зашифрованных сообщений. Методы построения криптографических кодов в порядке их хронологического появления: Шифр замены. При использовании данного метода буквы кодируемого сообщения заменяются буквами того же или другого алфавита. Если исходный алфавит насчитывает k символов, то существует k! способов записать сообщение с помощью символов этого же алфавита. А это значит, что существует (k! – 1) ключей. Рассмотрим пример применения такого шифра. Пусть дан русский алфавит, состоящий из 32 букв, включая пробел. В качестве ключа выберем одну из возможных перестановок его букв и запишем под буквами исходного алфавита их значение согласно ключу.
Метод замены с данным ключом преобразует слово АЛГОРИТМ в криптограмму Й_КЫАЩРЪ. Заметим, что для кодирования может быть выбран любой алфавит. Метод шифрования по принципу замены так же прост, как и ненадёжен. Это обусловлено тем, что при простой замене сохраняются статистические свойства исходного алфавита, они лишь переносятся на другие символы. При наличии достаточно длинной криптограммы статистический анализ текста позволяет установить вероятности появления символов, а по ним ключ, который даст исходный текст практически без ошибок. Шифр Вижинера. Шифр Вижинера обладает более высокой степенью защиты информации, которая достигается благодаря нарушению статистистических закономерностей появления букв исходного алфавита. + он достаточно прост для шифрования. Прежде всего, буквы исходного алфавита объемом N нумеруются числами от 0 до N – 1 включительно. Например, буквам латинского алфавита ставятся в соответствие числа от 0 до 25.
Ключом может быть произвольное слово. Подлежащий шифрованию текст заменяется последовательностью чисел в соответствии с нумерацией символов алфавита. Символы ключа также заменяют их числовыми эквивалентами, исходя из нумерации. Ключ записывается под строкой сообщения столько раз, сколько нужно, чтобы закрыть все сообщение. После этого числа двух последовательностей суммируются друг с другом по модулю N. Полученное числовое сообщение после преобразования в буквенную форму является криптограммой. Рассмотрим сказанное на примере. Закодируем слово PROGRAM по ключу DOG. P R O G R A M – исходное сообщение Сложение по модулю N заключается в том, что сумма двух слагаемых S не должна превосходить по величине модуль N. Если же арифметическая сумма получилась больше N, то в качестве результата берется разность (S - N). Для того, чтобы расшифровать полученное сообщение, необходимо проделать все в обратном порядке. Под числовыми эквивалентами криптограммы необходимо записать числовые эквиваленты ключа и вычесть числа нижней последовательности из чисел верхней по модулю N. Последнее означает, что если уменьшаемое будет меньше вычитаемого, то к уменьшаемому надо прибавить значение модуля N. Частный случай шифра Вижинера, когда длина ключа равна единице (т. е. ключ состоит из одной буквы), называется шифром Цезаря. В этом случае кодирование сводится к сдвигу (замене всех символов сообщения на те, что находятся на расстоянии, равном номеру буквы – ключа). Шифр Вижинера обладает высокой надежностью лишь при использовании весьма длинных ключей. Шифр Вижинера с неограниченным неповторяющимся ключом называется шифром Вернама. Гаммирование. Идея этого метода близка к методу Вижинера. Но важное отличие состоит в том, что последовательность, выполняющая роль ключа, является псевдослучайной и генерируется с помощью датчика псевдослучайных чисел. Она называется гаммой. Исходное сообщение суммируется с гаммой по модулю N (число букв в исходном алфавите) и преобразуется так же, как в методе Вижинера. Псевдослучайная последовательность обладает двумя важными свойствами: · с одной стороны она удовлетворяет тесту на случайность, что значительно затрудняет раскрытие ключа, · с другой – остается детерминированной, что обеспечивает однозначность дешифрования. Надежность закрытия информации методом гаммирования определяется длиной неповторяющейся части гаммы. Доказано, что если она превышает длину кодируемого текста, то раскрытие криптограммы только на основе ее статистического анализа теоретически невозможно. Однако в этом случае требуется обеспечить секретность ключа, что не менее затратно, чем обеспечить секретности передаваемого сообщения. Одно из наиболее перспективных направлений современной криптографии – шифрование с открытым ключом. Данное направление основано на использовании для шифрования так называемых односторонних функций. Системы криптографического кодирования на односторонних функциях характеризуются тем, что для передачи сообщений не требуется предварительного обмена ключами по секретным каналам связи. Стойкость шифра зависит от сложности нахождения результата некоторой трудно решаемой математической задачи, связанной с обращением односторонней функции. На этом подходе базируется, например, возможность применения электронной (цифровой) подписи.
|
