7.2.2. Традиционные симметричные криптосистемы

Традиционные (классические) методы шифрования отличаются симметричной функцией шифрования. К ним относятся шифры перестановки, шифры простой и сложной замены, а также некоторые их модификации и комбинации. Следует отметить, что комбинации шифров перестановок и шифров замены образуют все многообразие применяемых на практике симметричных шифров.

Шифры перестановок

Правило перестановок символов – является ключом и задается различными предметами: цилиндром (скитала, древние греки), размером таблицы, условным словом или фразой (шифрующие таблицы в эпоху Возрождения), магическим квадратом в средние века.

Шифры простой замены

В шифрах простой замены каждый символ открытого текста заменяется символом того же или другого алфавита по определенному правилу. Широко известны и исследованы шифры Цезаря. Такие шифры имеют слабость по отношению к атакам на основе подсчета частот появления букв в шифротексте. Более устойчивыми являются биграммные шифры (замена двух букв) и n–граммные шифры, позволяющие маскировать частоту появления букв.

Шифры сложной замены

Шифры сложной замены называют многоалфавитными, т. к. для шифрования каждого символа исходного сообщения применяют свой шифр простой замены. Многоалфавитная подстановка последовательно и циклически меняет используемые алфавиты. Например в -алфавитной подстановке символисходного текста заменяется символомиз алфавита,наиз,наиз,наизВ_r. Многоалфавитная подстановка маскирует естественную статистику исходного языка, т. к. конкретный символ из алфавита А может быть преобразован в несколько символов шифровальных алфавитов В. К шифрам сложной замены относят шифры Гронсфельда, Вижинера, Вернама. В 20 годах были созданы первые шифровальные машины (электромеханические), реализующие шифры сложной замены. Эти машины использовались до 60-х годов.

Шифрование методом гаммирования

Под гаммированием понимают процесс наложения по определенному закону гаммы шифра на открытые данные. Гамма шифра – это псевдослучайная последовательность, выработанная по заданному алгоритму для зашифровывания открытых данных и расшифровывания зашифрованных данных. Процесс зашифровывания заключается в генерации гаммы шифра и наложении полученной гаммы на исходный открытый текст обратимым образом, например с использованием операции сложения по модулю 2.

Следует отметить, что перед зашифровыванием открытые данные разбивают на блоки Т₀ одинаковой длины, обычно по 64 бита. Гамма шифра вырабатывается в виде последовательности блоков Гш аналогичной длины.

Уравнение зашифровывания можно записать в виде ,, где–-й блок шифротекста,–-й блок гаммы шифра,–-й блок открытого текста,– количество блоков открытого текста.

Процесс расшифровывания сводится к повторной генерации гаммы шифра и наложению этой гаммы на зашифрованные дан­ные. Уравнение расшифровывания имеет вид Получаемый этим методом шифротекст достаточно труден для раскрытия, поскольку теперь ключ является переменным. По сути дела, гамма шифра должна изменяться случайным образом для каждого шифруемого блока. Если период гаммы превышает длину всего шифруемого текста и злоумышленнику неизвестна никакая часть исходного текста, то такой шифр можно раскрыть только прямым перебором всех вариантов ключа. В этом случае криптостойкость шифра определяется длиной ключа.