Проблемой защиты информации путем ее преобразования занимается криптология (kryptos - тайный, logos - наука). Криптология разделяется на два направления - криптографию и криптоанализ.
Цели этих направлений прямо противоположны:
- криптография занимается поиском и исследованием математических методов преобразования информации.
- сфера интересов криптоанализа - исследование возможности расшифровывания информации без знания ключей.
Терминология
Криптография дает возможность преобразовать информацию таким образом, что ее прочтение (восстановление) возможно только при знании ключа. В качестве информации, подлежащей шифрованию и дешифрованию, рассматриваются тексты, построенные на некотором алфавите. Под этими терминами понимается следующее:
Алфавит - конечное множество используемых для кодирования информации знаков.
Текст - упорядоченный набор из элементов алфавита. В качестве примеров алфавитов, используемых в современных информационных системах, можно привести следующие:
- алфавит Z33 - 32 буквы русского алфавита и пробел;
- алфавит Z256 - символы, входящие в стандартные коды ASCII и КОИ-8;
- бинарный алфавит - Z2 = {0,1};
- восьмеричный алфавит или шестнадцатеричный алфавит;
Шифрование - преобразовательный процесс: исходный текст, который носит также название открытого текста, заменяется шифрованным текстом.
Дешифрование - обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный.
Ключ - информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и дешифрования текстов.
Обзор используемых методов
Метод подстановки
Наиболее простой вид преобразований, заключающийся в замене символов исходного текста на другие (того же алфавита) по более или менее сложному правилу. Для обеспечения высокой криптостойкости требуется использование больших ключей. В основе метода лежит принцип кодировочной таблицы. Простые подстановки широко используются в качестве головоломок. Ключом к шифрованию является перестановочный алфавит. Это позволяет заменять буквы в словах буквами из такого алфавита. Рассмотрим метод подстановки на примере. Перестановочный алфавит составлен по следующему правилу:
А(2К-1)=В(2К); А(2К)=В(33-2К),
где А - перестановочный алфавит;
В - исходный алфавит;
Воспользуемся новым алфавитом для шифрования фразы:
ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
Каждая буква в этой фразе имеет порядковый номер в исходном алфавите. При шифровании методом подстановки необходимо заменить буквы исходного алфавита соответствующими буквами перестановочного алфавита (О - П, С - О, Н - Т и т.д.).
В шифрованном виде эта фраза примет следующий вид:
ПОТПГЭ ШБЖЙУЭ ЙТХПСНБЧЙЙ.
Шифрование простой подстановкой на коротких алфавитах обеспечивает слабую защиту открытого текста. Подстановочные криптограммы можно раскрыть, составляя частотные таблицы для букв, пар букв (биграмм) и троек букв (триграмм). Большие частоты появления одних букв и малые других, а также частые ассоциации гласных с согласными позволяют найти буквы открытого текста. С увеличением размера алфавита применение частотного анализа становится все более дорогим, однако, принцип подстановки теряет свою практическую значимость.
Метод перестановки
Также несложный метод криптографического преобразования. Используется, как правило, в сочетании с другими методами.При шифровании этим методом переставляются не буквы алфавита, а буквы открытого текста. Например, сообщение разбито на 4 группы знаков, включая пробелы, и в каждой группе буквы переставлены в соответствии с правилом:
В этом случае фраза:
ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
будет представлена в следующем виде:
СООНЫЗВ ЩТАИ НЫИОМФРИАИ.
В случае перестановки таблицы частот для пар и трех букв показывают наличие стандартных буквенных пар, позволяя реконструировать открытый текст путем поиска тех перестановок, которые их воссоединяют. Следовательно, ключ, используемый для преобразования открытого текста, может быть восстановлен по одной криптограмме.
Многоалфавитные шифры
Слабая криптостойкость моноалфавитных подстановок преодолевается с применением подстановок многоалфавитных. Для защиты от частотного анализа были разработаны многоалфавитные шифры, в которых для шифрования сообщения периодически используется несколько различных подстановочных алфавитов. В приложении даны 4 подстановочных шрифта. При шифровании информации буквы с номерами 4N+i шифруются i-м алфавитом(1,5,9,13, ... - 1 алфавитом, 2,7,10,14, ... - 2 алфавитом, и т.д.). Подстановочные алфавиты преобразованы по следующим правилам:
1-й алфавит получен из исходного, а 3-й из 2-го с использованием правила(1);
2-й алфавит составлен на основании 1-го, а 4-й из 3-его по правилу:
А(К)=В(16+К); А (К+16)=В (К),
где А(i) и В(i) - подстановочный и основной шрифт;
В нашем примере исходный текст: ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
будет преобразован в: ПЮГРГН МЮЖЩЫВ ИВЬРСЭОИЙЩ.
Для получения открытого текста выделяются повторяющиеся группы знаков, и определяется период повторения. Предполагаемый период проверяется составлением частотного распределения для каждой n-й буквы зашифрованного текста. Если каждое из n частотных распределений имеет сильную неоднородность, характерную для моноалфавитной подстановки, то предполагаемый период является правильным. Затем задача решается как n различных простых подстановок.
0 коммент.:
Отправить комментарий