Вступ

Роз­діл 1. Стан досліджуваного питання

1.1. Поняття про шифри підставляння (простої заміни).

При шифруванні простою заміною (простим підставлянням) символи вхідного тексту замінюються символами того ж або іншого алфавіту за заздалегідь встановленим алгоритмом заміни. У шифрі простої заміни кожен символ початкового тексту замінюється символами того ж алфавіту однаково протягом всього тексту. Часто шифрування методом простої заміни називають шифрами одноал фавітного підставляння.

Шифр підстановки- кожен символ відкритого тексту замінюється на інший. У класичній криптографії розрізняють чотири типи шифру підстановки:

Одноалфавітний шифр підстановки (шифр простої заміни)- шифр, при якому кожен символ відкритого тексту замінюється на деякий, фіксований при даному ключі символ того ж алфавіту.

Однозвучний шифр підстановки схожий на одноалфавітний за винятком того, що символ відкритого тексту може бути замінений одним з декількох можливих символів.

Поліграмний шифр підстановки замінює не один символ, а цілу групу. Приклади: шифр Плейфера, шифр Хілла.

Багатоалфавітний шифр підстановки складається з кількох шифрів простої заміни. Приклади: шифр Віженера, шифр Бофора, одноразовий блокнот.

У шифрах простої заміни заміна проводиться тільки над одним єдиним символом. Для наочної демонстрації шифру простої заміни досить виписати під заданим алфавітом той же алфавіт але в іншому порядку або наприклад зі зміщенням. Записаний таким чином алфавіт називають алфавітом заміни.

1.2. Історія створення алгоритму шифрування за допомогою афінної системи підставлянь Цезаря.

Шифр Цезаря називають на честь Юлія Цезаря, який використовувавйого зі зсувом 3, щоб захищати військові повідомлення. Хоча Цезар був першою зафіксованою людиною, яка використовувала цю схему, інші шифри підстановки, як відомо, використовувалися і раніше. Якщо у нього було щось конфіденційне для передачі, то він записував це шифром, тобто так змінював порядок букв алфавіту, що не можна було розібрати жодне слово. Якщо будь- хто хотів дешифрувати і зрозуміти його значення, то він повинен був підставляти четверту букву алфавіту, а саме, D, для A, і так далі, з іншими буквами.

Його племінник, Август, також використовував цей шифр, але зі зрушенням вправо на один символ, і він не повторювався до початку алфавіту: Всякий раз, коли він записував шифром, він записав B для A, C для B, і решту букв за таким самим принципом, використовуючи AA для X.

Є докази, що Юлій Цезар використовував також і більш складні схеми. Невідомо, наскільки ефективним шифр Цезаря був у той час, але ймовірно він був розумно безпечний, не в останню чергу завдяки тому, що більшість ворогів Цезаря були неписьменними, і багато хто припускав, що повідомлення були написані на невідомій іноземній мові. Немає ніяких відомостей того часу щодо методів взлому простих шифрів підстановки. Найбільш ранні збережені записи про частотний аналіз - це роботи Ал-Кінді дев'ятого століття про відкриття частотного аналізу.

Шифр Цезаря із зсувом на один символ використовується на зворотньому боці мезузи, щоб зашифрувати імена Бога. Це може бути пережитком з раннього часу, коли єврейському народу не дозволили мати мезузи.

У 19-му сторіччі секція рекламних оголошень в газетах іноді використовувалася, щоб обмінюватися повідомленнями, зашифрованими з використанням простих шифрів. Кан (1967) описує випадки коли любителі брали участь у секретних комунікаціях, зашифрованих з використанням шифру Цезаря в «Таймс». Навіть пізніше, в 1915, шифр Цезаря знаходив застосування: російська армія використовувала його як заміну для більш складних шифрів, які виявились занадто складними для військ; у німецьких та австрійських криптоаналітиків були лише невеликі труднощі в розшифровці цих повідомлень.

Шифр Цезаря зі зсувом тринадцять також використовується в алгоритмі ROT13, простому методі заплутування тексту, широко використовуваному в Usenet, і використовується скоріше як спосіб приховування спойлерів, ніж як метод шифрування. Шифр Віженера використовує шифр Цезаря з різними зрушеннями в кожній позиції в тексті; значення зсуву визначається за допомогою повторюваного ключового слова. Якщо ключове слово таке ж довге як і повідомлення, тоді цей шифр стає незламуваним до тих пір поки користувачі підтримують таємницю ключового слова.

Ключові слова коротші ніж повідомлення (наприклад, «Complete Victory», що використовувалось Конфедерацією під час громадянської війни в США), вводять циклічний зразок, який міг би бути виявлений за допомогою покращеної версії частотного аналізу. У квітні 2006, побіжний бос мафії Бернардо Провенцано був спійманий в Сицилії частково через криптоаналіз його повідомлень, написаних з використанням варіації шифру Цезаря. Шифр Провенцано використовував числа, так, щоб «A» була написана як «4», «B» як «5», і так далі.

Диск з шифром Цезаря.

Часто для зручністі використання шифру Цезаря використовують два диски різного діаметру з намальованими по краях дисків алфавітами, насаджених на загальну вісь. Спочатку диски повертаються так, щоб напроти кожної букви алфавіту зовнішнього диска знаходилася та сама буква алфавіту малого диска. Якщо тепер повернути внутрішній диск на декілька символів, то ми отримаємо відповідність між символами зовнішнього диска і внутрішнього - шифр Цезаря. Одержаний диск можна використовувати як для шифрування, так і для розшифрування. Наприклад, якщо внутрішнє колесо повернути так, щоб символу A зовнішнього диска відповідав символ D внутрішнього диска, то ми отримаємо шифр із зсувом 3 вліво.