Файл: Москва.pdf

Таблица Виженера для кириллического алфавита)
АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯ
БВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯА
ВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБ
ГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВ
ДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯФБВГ
ЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯФБВГД
ЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯФБВГДЕ
ЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖ
ИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗ
ЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИ
КЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙ
ЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙК
МНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛ
НОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМ
ОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМН
ПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНО
РСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОП
СТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПР
ТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРС
УФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТ
ФХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУ
ХЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФ
ЦЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХ
ЧШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦ
ШЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧ
ЩЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШ
ЬЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩ
ЫЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬ
ЭЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧЩШЬЫ
ЮЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭ
ЯАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮ
Одноразовый шифровальный блокнот.
Примером нераскрываемого шифра может служить так называемый одноразовый шифровальный блокнот — шифр, в основе которого лежит та же идея, что в шифре Цезаря. Назовем расширенным алфавитом множество букв алфавита и знаков препинания {
. , : ; ! ? () – “ пробел, число символов расширенного кириллического алфавита в данном варианте будет равно 44. Занумеруем символы расширенного алфавита числами от 0 до 43. Тогда любой передаваемый текст можно рассматривать как последовательность {a
n
} чисел множества A = {0,1,2,…,43}.

Предположим, что имеем ключ — случайную последовательность
{c
n
} чисел из множества А той же длины, что и передаваемый текст. Складывая по модулю 44 число из передаваемого текста a
n
с соответствующим числом из множества ключа c
n
:
a
n
+ c
n
≡ b
n
(mod 44), 0 ≤ b
n
≤ получим последовательность {b
n
} знаков шифрованного текста. Чтобы получить передаваемый текст, можно воспользоваться тем же ключом ≡ b
n
– c
n
(mod 44), 0 ≤ а ≤ если b
n
– c
n
< 0, то a
n
= b
n
– c
n
+ У двух абонентов, находящихся в секретной переписке, имеются два одинаковых блокнота. В каждом из них на нескольких листах напечатана случайная последовательность чисел множества А Отправитель свой текст шифрует указанным выше способом, при помощи первой страницы блокнота. Зашифровав сообщение, он уничтожает использованную страницу и отправляет текст сообщения второму абоненту, получатель шифрованного текста расшифровывает его и также уничтожает использованный лист блокнота. Нетрудно видеть, что одноразовый шифр не раскрываем в принципе, так как символ в тексте может быть заменен любым другим символом, и этот выбор совершенно случаен.
Одноалфавитный метод шифрования.
Данный метод, пожалуй, самый древний из всех известных методов. В его основе лежит простой способ шифрования отправитель и получатель зашифрованного документа заранее договариваются об определенном смещении букв относительно их обычного местоположения в алфавите. Например, для кириллицы, если смещение равно 1, то А соответствует букве Б, Б — В и т. да когда алфавит подходит к концу, то начинают брать буквы изначала списка. И выходит, например, следующее из слова КОДИРОВАНИЕ получается ЛПЕЙСПГБОЙЖ.
Частным случаем данного метода является ранее рассмотренный шифр Цезаря. Очевидно, что произвольный шифр из класса одноалфа- витных методов не является шифром Цезаря (если мощность алфавита текста равна n, то число шифров Цезаря равно n, а число всех одноал- фавитных шифров равно n!). Однако и для таких методов легко предложить способы дешифрования, основанные на статистических свойствах шифрованных текстов, поскольку открытый и закрытый тексты имеют одинаковые статистические характеристики.
1 Напомним, что операциях используется в целочисленной арифметике, ее результатом является остаток отделения целого числа m на целое число n. Например Шифрование методом перестановки символов.
Суть этого метода заключается в том, что символы текста переставляются по определенным правилам, при этом используются только символы исходного
(незашифрованного) текста. Перестановки в классической криптографии обычно получаются в результате записи исходного текста и чтения шифрованного текста по разным путям геометрической фигуры. Простейшим примером перестановки является запись исходного текста по строкам некоторой матрицы и чтение его по столбцам этой матрицы (рис. 1.6). Последовательность заполнения строки чтения столбцов может быть любой и задается ключом. Таким образом, для матрицы размером 8 × 8 (длина блока 64 символа) возможно 1,6 × 10 ключей, что позволяет на современных компьютерах путем перебора дешифровать заданный текст. Однако для матрицы размером 16 × 16 длина блока 256 символов) имеется 1,4 × 10 26
ключей, и перебор их с помощью современных вычислительных средств весьма затруднителен.
1
И
Е
_
П
2
Е
Р
Е
С
3
О
В
А
Н
4
Т
А
Н
О
5
Ш
И
Ф
Р
6
В
К
О
Й
k
1
/k
2
1 2
3 4
Шифр-текст: ПСНОРЙЕРВАИК_ЕАНФОИЕОТШВ
Открытый текст ШИФРОВАНИЕ_ПЕРЕСТАНОВКОЙ
Ключи: k
1
{5-3-1-2-4-6}; k
2 Запись по строкам производится в соответствии в ключом Чтение по столбцам в соответствии с ключом Рис. 1.6. Пример шифрования методом усложненной перестановки
Примером применения метода перестановки может быть также восьмиэлементная таблица (или граф, обладающая совокупностью маршрутов, носящих название маршрутов Гамильтона. Последовательность заполнения таблицы каждый раз соответствует нумерации ее элементов. Если длина шифруемого текста не кратна числу элементов, то при последнем заполнении в свободные элементы заносится произвольный символ. Выборка из таблицы для каждого заполнения может

выполняться по своему маршруту, при этом маршруты могут использоваться как последовательно, таки в порядке, задаваемом ключом. Наиболее сложные перестановки осуществляются по гамильтоновым путям, которых в графе может быть несколько. Гамильтонов путь — путь, содержащий каждую вершину графа ровно один раз. Необходимо отметить, что, например, для графа на рисунке 1.7 из восьми вершин можно предложить несколько маршрутов записи открытого текста и несколько гамильтоновых путей для чтения криптограмм.
Рис. 1.7. Перестановки с использованием гамильтоновых путей на графе
Для методов перестановки характерны простота алгоритма, возможность программной реализации и низкий уровень защиты, так как при большой длине исходного текста в его зашифрованном варианте проявляются статистические закономерности ключа, что и позволяет его быстро раскрыть. Другой недостаток этих методов — легкое раскрытие, если удается направить в систему для шифрования несколько специально подобранных сообщений. Так, если длина блока в исходном тексте равна К символам, то для раскрытия ключа достаточно пропустить через шифровальную систему К блоков исходного текста, в которых все символы, кроме одного, одинаковы.
Шифрование инверсными символами по дополнению до Данный метод шифрования, является частным случаем одноалфавитной замены в алфавите мощности 256. Суть метода заключается в замене символа
ASCII-кодировкисномером i на символ с номером 255-i. Аналогично проводится и операция расшифрования.
Многоалфавитные методы шифрования.
Многоалфавитное шифрование (многоалфавитная замена) заключается в том, что для последовательных символов шифруемого текста используются одноалфавитные методы с различными ключами. Например, первый символ заменяется по методу Цезаря со смещением 14, второй — со смещением 10 и т. д. до конца заданного ключа. Затем процедура продолжается периодически. Более общей является ситуация, когда используется не шифр Цезаря, а последовательность произвольных подстановок, соответствующих одноалфавитным методам.
Более наглядным примером подобного шифрования является метод
гаммирования. Данный способ преобразования заключается в том, что символы закрываемого текста последовательно складываются с символами некоторой специальной последовательности именуемой гаммой. Такое преобразование иногда называют наложением гаммы на открытый текст. Собственно процедура наложения может осуществляться одним из двух способов. Символы открытого текста и гаммы заменяются числовыми эквивалентами То и Т
г
, а затем складываются по модулю К
Т
ш
= (Т
о
†Т
г
) mod где К — количество символов алфавита
Т
ш
— числовой эквивалент зашифрованного символа. Поясним сказанное на примере. Пример. Пусть таблица числовых эквивалентов символов исходного алфавита имеет следующий вид:
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
0 1
2 3
4 5
6 7
8 9
10 11 12 13 14 15 16
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Используется русский алфавит (К = 33), открытое сообщение — ЗАДАНИЕ, гамма — ЭКЗАМЕН. При замене символов на числовые эквиваленты буква А будет представлена как 0, Б — 1, …, Я — 32. Результат шифрования показан в следующей таблице:
Символы открытого сообщения,
Т
о
З
А
Д
А
Н
И
Е
8 0
4 0
14 Символы гаммы,
Т
г
Э
К
З
А
М
Е
Н
30 11 8
0 13 Символы шифрограммы,
Т
ш
Е
К
Л
А
Ъ
Н
Т
5 11 12 0
27 14 19

Символы текста и гаммы представляются в двоичных кодах, а затем каждая пара двоичных разрядов складывается по модулю 2 (выполняется операция Стойкость шифрования методом гаммирования определяется главным образом качеством гаммы, которое определяется двумя характеристиками длиною периода и случайностью распределения символов по периоду. Длиною периода гаммы называется минимальное количество символов, после которого последовательность начинает повторяться. Случайность распределения символов по периоду означает отсутствие закономерностей между появлением различных символов в пределах периода. ЭВОЛЮЦИЯ КРИПТОГРАФИЧЕСКИХ СЛУЖБ РОССИИ
Петровская эпоха. Вначале г. в России была создана служба, в задачи которой входила организация перехвата и перлюстрации секретной шифрпереписки иностранных корреспондентов, организованы ее дешифрование, перевод, передача сообщений в высшие инстанции. По аналогии с соответствующими европейскими службами отечественная получила название черный кабинет. Именно тогда началась регулярная работа по криптоанализу иностранных шифрованных сообщений, так что этот год можно с полным правом считать временем создания дешифровальной службы России. В штат черных кабинетов входили криптографы-дешифровальщики, агенты по перехвату почты, специалисты по вскрытию пакетов, писцы-копировальщики, переводчики, граверы, специализировавшиеся на подделке печатей, химики — их наличие было необходимо из-за активного использования стеганографических методов защиты информации, например, невидимых чернили других методов сокрытия самого факта передачи сообщения. Таким образом, черные кабинеты состояли из высококвалифицированных специалистов в различных областях деятельности.
Во все времена дешифровальщики тесно сотрудничали со специалистами по перехвату и перлюстрации (тайное и безуликовое ознакомление с содержанием переписки, без перехвата нет дешифрования. До изобретения во второй половине XIX века электрических способов передачи информации (телеграф, телефон, радио) существовало два
1 Операция сложения по модулю 2 (XOR) — логическая операция, исключающая ИЛИ, на выходе дающая 0, если значения битов совпадают, и 1, если они различаются основных способа передачи сообщений — почта и специальные курьеры. Первый способ был дешевле и быстрее, но менее безопасным, черные кабинеты располагались, как правило, именно на почтамтах. Для защиты информации помимо шифрования использовались физические методы, конверты тщательно опечатывались сургучными и восковыми печатями, прошивались по контуру нитками, часто вместе с письмом в конверт вкладывался некий специальный знак (например, волос, при вскрытии целостность этого знака нарушалась (тот же волос выпадал из конверта, и адресат мог понять, что с письмом уже кто-то ознакомился. С курьерами было еще сложнее — их надо было подкупить, напоить, усыпить, а иногда даже убить, чтобы добыть секретную депешу. Огромная работа по перехвату внешней и внутренней переписки была организована вовремя правления Петра I. Вся иностранная почта доставлялась в Посольский приказ для вскрытия и досмотра. В петровскую эпоху стали проявлять в России интерес и к шифрам иностранных государств, конечно, о регулярном дешифровании иностранной переписки речь пока не шла, однако заинтересованность в получении информации таким методом уже существовала. Русским дипломатам, разведчиками другим представителям заграницей предписывалось добывать любую информацию, касающуюся шифров, организации связи, открытых текстов (против атаки открытый текст — шифрованный текст подавляющее большинство шифров того времени были весьма неустойчивы. На этих лиц и их зарубежную агентуру также возлагалась задача организации перехвата иностранных сообщений заграницами России. Подробнее о криптографической деятельности в России во времена правления Петра I можно прочитать в книге
1
Однако, несмотря на приведенные примеры, какой-либо системы в осуществления перехвата и перлюстрации секретной переписки и специальной службы, выполняющей эти задачи, в России на тот момент не было. Лишь с занятием российского престола императрицей Елизаветой Петровной вопросам криптографической деятельности в этом направлении стало уделяться регулярное должное внимание Бабаш, А. В Информационная безопасность. История защиты информации в России А. В. Бабаш, Е. К. Баранова, ДА. Ларин. — Москва : Книжный дом Университет, Рис. 1.8. Петр Первый