Конфиденциальность. Классы шифров. Симметричная криптография и криптография с открытым ключом

 

Конфиденциальность – необходимость предотвращения утечки (разглашения) какой-либо информации (обеспечение невозможности прочтения ее посторонним). Методом достижения конфиденциальности является шифр.

Шифрование – процесс преобразования открытого текста в зашифрованный с помощью ключа шифрования

Расшифровка – процесс преобразования зашифрованного текста в открытый с помощью ключа расщифровки.

 

Классы шифров:

1. Подстановные
2. Перестановочные
3. Аналитические

 

Симметричная криптография: ключи шифровки и расшифровки либо совпадают либо получаются друг из друга простым преобразованием. Подстановочные и перестановочные шифры относятся к симметричным шифрам.

 

Криптографическая система с открытым ключом (или асимметричное шифрование, асимметричный шифр) — система шифрования и/или электронной цифровой подписи (ЭЦП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу и используется для проверки ЭЦП и для шифрования сообщения. Для генерации ЭЦП и для расшифровки сообщения используется секретный ключ. Очевидно, что в такой схеме не должно быть возможности получить секретный ключ из открытого,

 

6. Подстановочный шифр: понятие S-блока, стойкость к атаке полным перебором, примеры моноалфавитных и полиалфавитных шифров.

 

Шифр подстановки – шифр, где каждый символ (группу символов) открытого текста заменяют на некоторый другой символ (группу символов) для получения зашифрованного текста. В общем случае предполагается, что алфавиты исходного и зашифрованного текста совпадают(из условия следует, что путем назначения однозначного соответствия всегда можно добиться выполнения этого предположения).

 

В классической криптографии различают четыре типа шифра подстановки:

1. Одноалфавитный шифр подстановки (шифр простой замены) — шифр, при котором каждый символ открытого текста заменяется на некоторый, фиксированный при данном ключе символ того же алфавита.
2. Однозвучный шифр подстановки похож на одноалфавитный за исключением того, что символ открытого текста может быть заменен одним из нескольких возможных символов.
3. Полиграммный шифр подстановки заменяет не один символ, а целую группу. Примеры: шифр Плейфера, шифр Хилла.
4. Многоалфавитный шифр подстановки состоит из нескольких шифров простой замены. Примеры: шифр Виженера, шифр Бофора, одноразовый блокнот.

 

S-блок - это секрет подстановочного фильтра: таблица подстановки, по которой при шифровке символы исходного текста заменяются на символы зашифрованного текста, а при расшифровке наоборот.

 

Стойкость шифра к атакам полным переборам - экспоненциальная.

 

Пример шифра простой замены: Шифр Атбаш

Шифрование происходит заменой первой буквы алфавита на последнюю, второй на предпоследнюю. S-блок шифра Атбаш для английского алфавита:

Исходный алфавит: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Алфавит замены: Z Y X W V U T S R Q P O N M L K J I H G F E D C B A

 

Пример многоалфавитного шифра: Шифр Виженера

В шифре Цезаря каждая буква алфавита сдвигается на несколько строк; например в шифре Цезаря при сдвиге +3, A стало бы D, B стало бы E и так далее. Шифр Виженера состоит из последовательности нескольких шифров Цезаря с различными значениями сдвига.

 

Для зашифровывания может использоваться таблица алфавитов, называемая tabula recta или квадрат (таблица) Виженера. Она и является S-блоком шифра. Применительно к латинскому алфавиту таблица Виженера составляется из строк по 26 символов, причём каждая следующая строка сдвигается на несколько позиций. Таким образом, в таблице получается 26 различных шифров Цезаря. На каждом этапе шифрования используются различные алфавиты, выбираемые в зависимости от символа ключевого слова. Таким образом каждый символ зашифрованного текста определяется через символ исходного текста (выбирающего столбец в таблице) и символ ключа (выбирающего строку в таблице). В данном шифре секретом может(и должен) быть не сам S-блок, а именно ключ, на котором было проведено шифрование.

 

7. Перестановочный шифр: вектор перестановки, перестановочная матрица P и ее свойства, стойкость к атаке полным перебором, примеры шифров.

 

Простой перестановочный шифр с фиксированным периодом n подразумевает разбиение исходного текста на блоки по n символов и получение зашифрованного текста путем выполнения некоторой перестановки символов в каждом из полученных блоков. Если размер исходного текста не кратен n, то исходный текст дополняется неким специальным символом до размера, кратного n.

Секретным ключом в подобных шифрах выступает перестановочная матрица P размером n*n, состоящая из нулей и единиц. При этом в кадой строки и каждом столбце может содержаться только одна единица(другими словами P получается путем перестановок строк или столбцов единичной матрицы соответствующего размера). Таким образом, общее число возможных ключей(матриц P) определяется длиной блока n и равно n!.

При дешифрации используется матрица обратной перестановки D, являющаяся обратной к матрице P по умножению, то есть D*P=E, где E — единичная матрица.

Стойкость к атакам полным переборам - n! – экспоненциальная.

 

Пример: пусть n=5, а P имеет вид

Исходное сообщение: message. Дополнив его до размера, кратного 5, получим: messagezzz. Разобьем на блоки: messa и gezzz. Перестановки их будут: aemss и zegzz соответственно. Шифрованное сообщение таким образом имеет вид: aemsszegzz.