Лекция Основные понятия о криптографии

Лекция
Основные понятия о
криптографии

Криптография ( в переводе с греческого
означает “тайнопись”) издавна
использовалась при обмене самой
разнообразной информацией.
Самые ранние упоминания об использовании
криптографии:
 Египет – 1900 г. до н.э.,
 Месопотамия – 1500 г. до н.э.,
 при написании Библии – 500 г. до н.э.

КРИПТОГРАФИЯ – наука о методах
преобразования (шифрования) информации с
целью её защиты от незаконных
пользователей.
 СТЕГАНОГРАФИЯ – набор средств и методов
скрытия фактов передачи сообщения.
 ШИФР – способ, метод преобразования
информации с целью её защиты от
незаконных пользователей.

Чем же криптография отличается
от стеганографии?
 Стеганография
скрывает сам факт
передачи информации,
а криптография считает, что сообщение
(в шифрованном виде!) доступно
незаконному пользователю, но он не
может извлечь из этого сообщения
защищаемую информацию..
Основной объект криптографии


А и В – удаленные
пользователи
защищаемой
информации;
П – незаконный
пользователь
(противник), который
может перехватывать
передаваемые по
каналу связи
сообщения
Вскрытие (взламывание) шифра - процесс
получения защищаемой информации
(открытого текста) из шифрованного
сообщения (шифртекста) без знания
примененного шифра.
 Шифрование - процесс применения шифра к
защищаемой информации,
 Дешифрование - процесс, обратный
шифрованию.

Из истории криптографии
Один из первых
изобретателей
шифров, греческий
полководец Эней
Тактика.
 Он создал простое,
но очень удобное
устройство - «диск
Энея».

Диск Энея
Отверстия соответствовали буквам алфавита.
 Для того чтобы зашифровать текст, нить вдевали в
эти отверстия так, чтобы по ходу нити
последовательность отверстий была такой же, как у
соответствующих им букв в тексте.
 Когда получатель сообщения начинал вытягивать эту
нить, то он мог прочитать все буквы, правда в
обратном порядке.


Если сообщение было перехвачено, гонец легко мог
его уничтожить, выдернув нить.
Шифр «Сциталь».




Полководец Лисандр получил шифрованное
сообщение
Сообщение было написано на поясе гонца :
агент намотал пояс на сциталь (деревянный
цилиндр) и написал на поясе сообщение вдоль
сциталя; потом он размотал пояс, и получилось, что
поперек пояса в беспорядке написаны буквы.
Лисандр взял сциталь такого же диаметра, аккуратно
намотал на него пояс и вдоль сциталя прочитал
сообщение от своего агента
Шифр Цезаря



каждая буква открытого текста заменяется
третьей после неё буквой в алфавите.
Пример
КРИПТОГРАФИЯ при таком способе
шифрования преобразуется в шифртекст
НУЛТХСЁУГЧЛВ.
Замечание Отметим, что Цезарь заменял
букву третьей после неё буквой, но можно
заменять и пятой, и какой-нибудь другой.
Главное - чтобы тот, кому посылается
шифрованное сообщение, знал величину
сдвига.
Одним из наиболее известных в древней истории деятелей,
постоянно пользовавшийся тайнописью, был Юлий Цезарь
Шифр Виженера и его варианты
В
шифре Виженера ключ задается
набором из d букв.
 наборы подписываются с повторением
под сообщением
 и полученные две последовательности
складываются по модулю 26 (каждая
буква рассматриваемого алфавита
нумеруется от А = 0 до Z = 25).
Пример:

Таблица
кодирования букв
русского алфавита:
 Замечание
 Шифр
Виженера с периодом 1
называется шифром Цезаря.
 Он
представляет собой простую
подстановку, в которой каждая буква
сообщения сдвигается вперед на
фиксированное число мест по
алфавиту.
Шифр Кардано


способ «решётки» изобрел Джироламо
Кардано, известный
римский математик.
готовим решётку, то
есть бумажный квадрат
с прорезанными
окошечками. Окошечки
размещены не
произвольно, а в
определенном порядке
Лёд тронулся
Поворачиваем решетку по часовой стрелке
на четверть оборота.
 При новом положении решетки все ранее
написанные буквы закрываются, а окошечках
появляется чистая бумага.


В них пишут следующие 16 букв секретного
сообщения. Если теперь убрать решетку,
получим запись, показанную на следующем
рисунке:
Таким образом квадрат поворачивают ещё два раза, снова записывая
в окошечки по 16 следующих букв. В результате буквы текста
перемешиваются. Если остаются пустые клетки, то в них
записываются буквы русского алфавита, для того, чтобы в записке не
оставалось пробелов. Наконец, после последнего поворота решетки,
получается письмо следующего вида:
Адресат наложит свою решётку на текст, обратив её
цифрой 1 вверх, и выпишет те буквы, которые
появятся в окошечках. Это будут первые 16 букв
сообщения. После четырёх поворотов записка будет
прочтена
Пусть требуется послать товарищу такую
записку:
 Лёд тронулся. Командовать парадом
буду я. Грузите апельсины бочках


Наложив решётку на листок бумаги, мы
пишем сообщение букву за буквой в
окошечках решётки. Так как окошек 16, то
сначала помещается только часть записки.
Сняв решётку, мы увидим запись,
представленную на рисунке.
Классические шифры.

Большое влияние на
развитие
криптографии
оказали работы
американского
математика Клода
Шеннона
(1916-2001)

Одним из первых Шеннон
занялся
разработкой
играющих
машин,
создал
машину, способную играть в
шахматы.

В 1952 г. Шеннон построил
лабиринтную машину, которая
могла
самостоятельно
находить путь в лабиринте,
запоминая сделанные ходы и
обучаясь выбору правильного
пути методом проб и ошибок

На основе теории, созданной Шенноном,
были разработаны алгоритмы, позволившие
значительно сократить избыточность
факсимильных, речевых и телевизионных
сообщений.

Его работы привели к созданию новой
отрасли прикладной математики, ряд новых
прикладных направлений в области теории
телекоммуникаций.
Типичные компоненты шифра



В шифрах в качестве типичных компонентов можно выделить :
шифры замены,
шифры перестановки или их сочетания.

Шифры перестановки - шифры, преобразования из которых
приводят к изменению только порядка следования символов
исходного сообщения.

Обычно открытый текст разбивается на отрезки равной длины и
каждый отрезок шифруется независимо.

Замечание К шифрам перестановки относится шифр
«Сциталь».

Шифры замены - шифры, преобразования из которых
приводят к замене каждого символа открытого
сообщения на другие символы - шифробозначения,

причем порядок следования шифробозначений
совпадает с порядком следования соответствующих
им символов открытого сообщения.

Замечание К шифрам замены относится шифр
Цезаря
Составляющие шифра
Алгоритм шифра - общее правило, по
которому преобразуется исходный текст;
 Ключ - конкретная особенность именно этой
серии шифрованных сообщений
 Замечание
В шифре «Сциталь» ключ - диаметр сциталя.
В шифрах типа шифра Цезаря ключ- сдвиг
букв.

изменение в описание основного объекта
криптографии - добавление секретного канала
связи для обмена ключами.
Атака на шифр. Стойкость шифра
Атака на шифр - попытка вскрытия этого
шифра.
 Стойкость шифра - способность шифра
противостоять всевозможным атакам на него.


Стойкость конкретного шифра оценивается
только путем всевозможных попыток его
вскрытия и зависит от квалификации
криптоаналитиков, атакующих шифр.
Абсолютно стойкий шифр






Клодом Шенноном было доказано
существование такого шифра.
Это, так называемая, лента однократного
использования.
Основные требования к ленте однократного
использования:
1) полная случайность ключа;
2) равенство длины ключа и длины открытого
текста;
3) однократность использования ключа.





Замечание
Шифр Цезаря обладает низкой стойкостью.
В нем (в случае русского алфавита)
возможны всего 32 различных ключей, один
из которых отображает открытый текст в тот
же открытый текст
Замечание
Средней мощности компьютер может за день
“перепробовать” 4 миллиарда ключей.
Криптосмарттелефон
Он обеспечивает криптографическую защиту
данных, голосовых сообщений, электронной
почты и SMS-сообщений. По такому телефону
можно спокойно общаться, не опасаясь, что вас
подслушают в течение... сотен лет - такой срок
гарантии защиты.
во время разговора на разговор накладывается
"шум" , а на другом конце эта помеха
автоматически отсеивается и собеседник вас
слышит.
Защита информации




Проблемой защиты информации путем ее
преобразования занимается криптология (kryptos тайный, logos - наука).
Криптология разделяется на два направления криптографию
и криптоанализ.

Криптография занимается поиском и
исследованием математических методов
преобразования информации.

Криптоанализ, напротив, "взламывает " систему
защиты, пытаясь раскрыть зашифрованный текст