Криптографические системы

Криптография представляет собой совокупность методов преобразования данных, направленных на сокрытие смысла сообщения с помощью шифрования и открытие его расшифрованием, которые выполняются путем выполнения специальных криптографических алгоритмов с помощью ключа отправителя и получателя.

I задача криптографии - скрыть смысл.

II задача - обеспечение целостности(подлинности).

В истории криптографии можно выделить 3 периода:

1. ≈5в. до н.э. - нач. 20в.

Способ шифрования - ручной

Характеристика шифров - не только ключевая информация, но и сам алгоритм тщательно скрывались.

2. 20в. - наши дни

Способ шифрования - механический, электромеханический, электронный

Характеристика шифров - алгоритмы доступны, криптостойкость системы основывается на секретности ключа, используемого как для шифрования так и для расшифрования данных.

3. 1976 - наши дни

Способ шифрования - достаточно быстродействующие программно-аппаратные комплексы

Характеристика шифров - цель шифра - обеспечение подлинности информации. Используются различные ключи для отправителя и получателя.

В общем виде процедуру шифрования можно представить в следующем виде:

Защищенный канал

Шифрование

С=Ек (М)

Расшифрование

M=Dк(С)

Отправ М С М Получатель

итель

незащищенный канал связи

Злоумышленник

Параметр, с помощью которого выбирается отдельно используемое криптографическое шифрование называется ключем. Основной характеристикой шифра является криптостойкость, под которой понимается время, которое должно быть затрачено на раскрытие сообщения.

Выделяют 2 типа криптографических преобразований:

• симметричные - один и тот же ключ используется как для шифрования так и для расшифрования

• асимметричные (системы с открытым ключом; двухключевые) - два ключа: открытый ключ (доступен, используется для шифрования) и закрытый ключ.

Рассмотрим традиционные алгоритмы шифрования:

Шифры замены (подстановки)

Суть заключается в том, что символы шифруемого сообщения заменяются символами того же или другого алфавита по заранее установленному правилу. Выделяют шифры простой и сложной замены в зависимости от того, какое количество алфавитов используется.

Простая замена

Представителем является шифр Цезаря.

Основной недостаток шифров простой замены заключается в том, что они не скрывают естественную статистику языка. Эту проблему решает шифр сложной замены(многоалфавитной подстановки). В которых для шифрования отдельного символа сообщения используется свой алфавит. Одним из представителей шифра такого типа является шифр Виженера.

Виженер предложил составить специальную таблицу. В первой строке этой таблицы располагается исходный алфавит, дополненный пробелами и другими символами. В первом столбце выписываются также буквы исходного алфавита. Начиная со второй строки выписываются символы алфавита, сдвинутые вправо на одну позицию. При шифровании символы выписываются в строку, под символами выписывается ключ. Ключ повторяется циклически по всей длине сообщения, шифруется сообщение следующим образом. Находя символ в столбце таблицы на пересечении с буквой, соответствующей с буквой ключа в строке. Нетрудно заметить, что для шифрования одной буквы, используется свой алфавит, который образуется путем сдвига букв исходного алфавита.

Шифры сложной замены могут быть записаны аналитически следующей формулой

m=m₁ m₂ ... m_n

k=k₁ k₂ ... k_t

c_i=(m_i+k_j) mod Z Z - мощность алфавита

j = i mod t