Изучение методов криптографической защиты информации. Понятия шифра и кода. Классификация шифров

ПЗ-1. Изучение методов криптографической защиты информации

1. Понятия шифра и кода

Исходное сообщение, которое должно быть защищено криптографическими способами, называется открытым сообщением (текстом).

Шифр - это множество обратимых преобразований формы сообщения, проводимых с целью его зашиты.

Процесс применения обратимого преобразования шифра называется зашифрованием, а результат этого преобразования - шифртекстом или криптограммой. Процесс обратного преобразования шифртекста в открытый текст называется расшифрованием. Совокупность данных, определяющих конкретное преобразование из множества преобразований шифра, называется ключом.

Специальным типом шифра является код. Kод - это своего рода словарь, где элементы открытого текста (буквы, сочетания букв, слова, фразы) - так называемый код величины - заменяются группами символов (букв, цифр, других знаков), которые называются кодообозначениями. Принципиальной разницы между шифром и кодом нет. Указанные различия можно определить следующим образом. Коды оперируют с исходными лингвистическими группами переменной длины, а шифры, как правило, оперируют с лингвистическими элементами постоянной длины.

Следует также делать различие между понятием кода применительно к криптографии и понятием помехоустойчивых кодов, широко применяемых в связи и управлении. Задача криптографического кода - скрыть содержание закодированной с его помощью информации. Задача помехоустойчивого кода - обнаружить и, если позволяет его структура, исправить ошибки в цифровом сообщении, возникающие в процессе его передачи по каналу связи. Существует также понятие арифметических кодов, которые используются для представления и хранения данных в ЭВМ, но, как правило, не используемых для решения чисто криптографических задач.

Эффективность той или иной системы шифров в первую очередь определяется ее стойкостью. В качестве показателя стойкости шифра используется число всевозможных переборов, которые необходимо осуществить для получения открытой информации. В качестве временной характеристики стойкости часто используют безопасное время t_б, представляющее собой математическое ожидание времени криптоанализа методом статистического опробования всех возможных вариантов.

Стойкость шифра определяется секретностью ключа, что определяется правилом Кирхгофа - весь механизм шифрования, кроме значения секретного ключа, известен криптоаналитику противника.

В настоящее время разработано большое количество различных шифров, обладающих той или иной стойкостью. Рассмотрим основные типы шифров, нашедших применение в аппаратуре шифрования данных.

2.   Классификация шифров

Рассмотрим классификацию шифров, являющихся основным элементом любой криптографической системы. Напомним, что шифр – совокупность обратимых преобразований множества открытых данных на множество зашифрованных данных, задаваемых алгоритмом криптографического преобразования. В свою очередь шифры являются разновидностью криптографических преобразований. Общепринятая классификация криптографических преобразований хорошо известна и приведена на рисунке 1. В ней в качестве основных способов шифрования выделены:

-  шифрование способом замены;

-  шифрование способом перестановки;

-  шифрование с помощью аналитических преобразований;

-  шифрование способом гаммирования;

-  комбинированные (составные) способы шифрования.

Шифрование способом замены (подстановки) основано на взаимно - однозначном отображении конечного множества М на себя. В зависимости от числа и последовательности использования алфавитов подстановки (замены) выделяют: простую (одноалфавитную, моноалфавитную) подстановку; многоалфавитную (полиалфавитную) одноконтурную; многоалфавитную одноконтурную монофоническую подстановку; многоалфавитную многоконтурную, гомофоническую подстановку и их разновидности. Тем не менее, основная суть шифрования способом замены остаётся неизменным, а именно символы открытого сообщения, представленные в одном алфавите, заменяются символами криптограммы, представленные в другом алфавите. Стойкость шифров замены в зависимости от их типа существенно различается. Однако получение гарантированной стойкости зашифрования с помощью использования лишь одних шифров замены задача весьма сложная. Поэтому шифрование заменой в чистом виде в серьёзных криптографических системах не используется.

Шифрование способом перестановки основано на том, что исходное открытое сообщение разбивается на блоки, в каждом из которых выполняется перестановка символов, причём также реализуется взаимно - однозначное отображение конечного множества М на себя. Простая перестановка предполагает запись блока открытого сообщения в матрицу с реализацией той или иной геометрической фигуры, и чтение данной матрицы по другому маршруту, отличному от маршрута записи. Например, запись в прямоугольную матрицу по строкам, а чтение по столбцам. Маршрут перестановок может быть усложнён путём изменения очерёдности чтение столбцов или строк таблицы в соответствии с ключевыми данными. Указанное усложнение также может быть достигнуто путём применения специальных маршрутов чтения, например маршрутов Гамильтона.