49. Блочные шифры. Шифры перестановок. Шифры замены.

Симметричное шифрование бывает двух видов:

• Блочное шифрование - информация разбивается на блоки фиксированной длины (например, 64 или 128 бит), после чего эти блоки поочередно шифруются. Причем, в различных алгоритмах шифрования или даже в разных режимах работы одного и того же алгоритма блоки могут шифроваться независимо друг от друга или "со сцеплением" - когда результат зашифрования текущего блока данных зависит от значения предыдущего блока или от результата зашифрования предыдущего блока.

Блочные шифры бывают двух основных видов:

1. шифры перестановки;

2. шифры замены.

Шифры перестановок переставляют элементы открытых данных (биты, буквы, символы) в некотором новом порядке. Шифры замены заменяют элементы открытых данных на другие элементы по определенному правилу.

Описание метода шифрования перестановочным шифром

В перестановочных шифрах позиции символов сообщения изменяются, но значение сообщения остается неизменным. Простой шифр — это специальная таблица (сетка), куда сообщение вписывается одним способом, а затем считывается — другим. Эта операция показана на рис.6. Сообщение вписывается в строки сетки, а считывается по столбцам. Древний вариант этого спо­соба состоял в записи сообщения на полосу, обернутую вокруг цилиндра, которая затем раскручивалась и отправлялась с посыльным. Обе эти формы являются простым чередованием (расслоением), только используемым для различных целей. Все, что подслушивающему нужно сделать, — это определить глубину сетки (или диаметр цилиндра). Увеличение глубины сетки приводит к тем же проблемам с задержкой, что и при чередовании с контролем ошибок.

Например, сообщение

«ЭТО СООБЩЕНИЕ ДЛЯ ОТПРАВКИ»

записывается в таблицу поочередно по строкам. Результат за­полнения таблицы из 3 строк и 8 столбцов показан на рис. 1.

Рис. 1. Простой перестановочный шифр

После заполнения таблицы текстом сообщения по строкам для формирования шифртекста считывают содержимое таблицы по столбцам. Если шифртекст записывать группами по три буквы, получается такое шифрованное сообщение:

ЭЕТ ТНП ОИР СЕА ОДВ ОЛК БЯИ ЩО.

Усовершенствование этой методики состоит в том, чтобы читать столбцы сетки в более сложном порядке, чем просто слева направо. Для указания порядка считывания столбцов можно использовать ключевое слово, алфавитное упорядочивание букв которого и определяет порядок чтения столбцов.

Применим в качестве ключа, например, слово КОМБАЙН, в качестве текста сообщения возьмем предложение «ЭТО СООБЩЕНИЕ СЛЕДУЕТ ОТПРАВИТЬ». На рис. 2 показаны две таблицы, заполненные текстом сообщения и ключевым словом, при этом левая таблица соответствует заполнению до перестановки, а правая таблица - заполнению после пере­становки.

Рис. 2. Горизонтальный перестановочный шифр

В верхней строке левой таблицы записан ключ, а номера под буквами ключа определены в соответствии с естественным порядком соответствующих букв ключа в алфавите. Если бы в ключе встретились одинаковые буквы, они бы были пронумерованы слева направо. В правой таблице столбцы переставлены в соответствии с упорядоченными номерами букв ключа.

При считывании содержимого правой таблицы по столбцам и записи шифртекста группами по четыре буквы получим шифрованное сообщение:

ОЕТИ СИЕВ ОСОТ ЭЩЕП ОНУА БЛТЬ ТЕДР .

Однако такая система остается все еще очень восприимчивой к нападениям по методу проб и ошибок.

Шифры замены делятся на две группы:

1. моноалфавитные (код Цезаря); (билет 50)

2. полиалфавитные (шифр Видженера) (билет 51)

В моноалфавитных шифрах замены буква исходного текста заменяется на другую, заранее определенную букву. Например в коде Цезаря буква заменяется на букву, отстоящую от нее в латинском алфавите на некоторое число позиций. Очевидно, что такой шифр взламывается совсем просто. Нужно подсчитать, как часто встречаются буквы в зашифрованном тексте, и сопоставить результат с известной для каждого языка частотой встречаемости букв.

В полиалфавитных подстановках для замены некоторого символа исходного сообщения в каждом случае его появления последовательно используются различные символы из некоторого набора. Этот набор не бесконечен, через какое-то количество символов его нужно использовать снова. В этом слабость чисто полиалфавитных шифров.