Классификация шифров по различным признакам. Формальные модели шифров. Математические модели открытого текста

Если буквы открытого текста при шифровании каким-нибудь способом перестанавливаются, то есть изменяется только порядок следования символов открытого текста, то соответствующий шифр относится к классу шифров перестановки.

Эффективным средством повышения стойкости шифрования является комбинированное использование нескольких различных способов. С помощью двух или более способов осуществляется последовательное шифрование исходного текста. На практике наибольшее распространение получили следующие комбинации: 1) перестановка + гаммирование; 2) подстановка + гаммирование; 3) гаммирование + гаммирование; 4) подстановка + перестановка. Комбинированное шифрование предусмотрено, например, в национальном стандарте США криптографического закрытия данных. Всевозможные композиции различных шифров приводят к классу комбинированных шифров, которые обычно называются композиционными.

Таким образом, все шифры можно разделить на три класса, в результате чего образуется первый уровень классификации шифров (рис.4.1).

Рис.4.1. Основные классы шифров

В современной криптографии широко используется деление шифров по типу ключей. Если ключ зашифрования совпадает с ключом расшифрования (k_з  =  k_р), шифры называются симметричными, если нет (k_з  ≠  k_р) – асимметричными.

При симметричном шифровании (рис. 4.2) используется один ключ (секретный), с помощью которого отправитель А зашифровывает открытое сообщение, а получатель В его расшифровывает. Очевидно, что для данного ключа выполняемое шифрпреобразование должно быть обратимым, то есть должно существовать обратное преобразование, которое при выбранном ключе однозначно определяет открытое сообщение. При этом сам ключ передается от отправителя А к получателю В отдельно, используя другой (защищенный или очень надежный) канал связи. Шифрование с симметричным ключом обеспечивает высокую скорость обмена информацией, однако надежность такого шифрования не столь высока из-за возможности перехвата секретного ключа злоумышленником.

Рис. 4.2. Симметричное шифрование

Асимметричное шифрование (рис. 4.3) сложнее, но надежнее. Для его реализации  нужны два взаимосвязанных ключа: открытый и секретный. Получатель сообщает всем желающим свой открытый ключ, позволяющий шифровать для него сообщения. Если кому-то необходимо отправить зашифрованное сообщение, то он выполняет шифрование, используя открытый ключ получателя. Получив сообщение, последний расшифровывает его с помощью своего секретного ключа. Таким образом, отличительной особенностью данного метода шифрования является разделение ключей для зашифрования и расшифрования. При этом ключ для зашифрования не требуется делать секретным, более того, он может быть общедоступным и содержаться в телефонном справочнике вместе с фамилией владельца.

Рис. 4.3. Асимметричное шифрование

Основное преимущество асимметричного шифрования перед симметричным состоит в том, что при этом нет необходимости в передаче секретного ключа, который может быть перехвачен злоумышленником.           Недостатком асимметричных шифров является большая трудоемкость последних и, как результат, меньшие скорости при шифровании. Поскольку вычисления в случае асимметричного шифрования сложнее, то процедура