Теоретическое введение. Шифрование методом Вернама (метод одноразовых блокнотов).

Шифрование методом Вернама (метод одноразовых блокнотов).

Конкретная версия этого шифра, предложена в 1926 г. Гильбертом Вернамом. Старинный телетайп фирмы AT&T со считывающим устройством Вернама и оборудованием для шифрования использовался корпусом связи армии США. Каждая буква исходного текста в алфавите, расширенном некоторыми дополнительными знаками, сначала переводилась с использованием телеграфного кода Бодо в пяти-битовый блок(b­­₀, b­­₁..b­­₄). К исходному тексту Бодо добавлялся (по модулю 2) ключ k =(k ₀, k ₁,..., k _к-1) записанный на бумажной ленте. В качестве информации, подлежащей шифрованию и дешифрованию, будут рассматриваться тексты, построенные на некотором алфавите. Алфавит - конечное множество используемых для кодирования информации знаков. Текст - упорядоченный набор из элементов алфавита.

В качестве примеров алфавитов, используемых в современных ИС можно привести следующие:

алфавит Z₃₃ – 32 буквы русского алфавита и пробел;

алфавит Z₂₅₆ – символы, входящие в стандартные коды ASCII и КОИ–8;

бинарный алфавит – Z₂ = {0,1};

восьмеричный алфавит или шестнадцатеричный алфавит;

Шиф­ро­ва­ние – пре­об­ра­зо­ва­тель­ный про­цесс: ис­ход­ный текст, ко­то­рый но­сит так­же на­зва­ние от­кры­то­го тек­ста, за­ме­ня­ет­ся шиф­ро­ван­ным тек­стом. Дешифрование – обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный. Ключ – ин­фор­ма­ция, не­об­хо­ди­мая для бес­пре­пят­ст­вен­но­го шиф­ро­ва­ния и де шифрования тек­стов.

 

Порядок выполнения работы

Шифрование исходного текста, предварительно преобразованного в последовательность двоичных символов х, осуществляется путем сложения по модулю 2 символов х с последовательностью двоичных ключей k. Получим символы шифртекста: y = x Å k

Расшифровка состоит в сложении по модулю 2 символов y шифр текста с той же последовательностью ключей k:

 

y Å k = x Å k Å k = x

 

При этом последовательности ключей, использованные при шифровании и расшифровании, компенсируют друг друга (при сложении по модулю 2), и в результате восстанавливаются символы х исходного текста.

При моделировании, преобразование исходного текста в последовательность двоичных символов можно осуществить следующим образом:

C:= SizeOf(char)*8;

for i:= 1 to n*C do begin

{Вычисление 2^(i mod C)}

A:= integer(exp((i mod C)*ln (2)));

m[i]:= (str[i div A] and A) shr (i-1);

end;

где n – количество элементов в тексте, m – массив двоичных символов, 8–количество бит в байте, str – строка содержащая текст, A, C – вспомогательные переменные.

Кодер может иметь следующий вид:

i:=1; j:=1;

while i<>length(m)+1 do begin

m[i]:= m[i] xor k[j];

if j <=M then inc(j)

else j:= 0;

inc(i);

end;

где k – последовательность ключей, M – длина последовательности ключей

Декодер полностью совпадает с кодером. При разработке системы Вернам проверял с помощью закольцованных лент, установленных на передатчике и приемнике для того, чтобы использовалась одна и та же последовательность ключей. Метод Вернама не зависит от длины последовательности ключей и позволяет использовать случайную последовательность ключей. Однако при реализации метода Вернама возникают серьезные проблемы, связанные с необходимостью доставки получателю такой же последовательности ключей, как и у отправителя, либо с необходимостью безопасного хранения идентичных последовательностей ключей у отправителя и получателя.

Последовательность ключей можно реализовать как последовательность псевдослучайных чисел. В этом случае необходимо синхронизировать только параметры псевдослучайного генератора. Примером такого датчика может быть аддитивный:

y_n+1 = (y_n + y_n-1) mod m,

где mod- остаток от деления;

Задание на лабораторную работу

1. Используя алгоритм шифрования данных в методом Вернама, написать программу шифрования и дешифрования произвольного набора символов на любом языке программирования.

Лабораторная работа №4

Шифрование данных в асимметричной криптосистеме RSA

Цель работы: изучить методы шифрования данных в криптосистеме RSA и освоить их практическое применение.