Шифрование методом гаммирования
Под гаммированием понимают наложение на открытые данные по определенному закону гаммы шифра [2].
Гамма шифра – псевдослучайная последовательность, вырабатываемая по определенному алгоритму, используемая для шифровки открытых данных и дешифровки шифротекста.
Общая схема шифрования методом гаммирования представлена на рис. 4.3.
Рис. 4.3. Схема шифрования методом гаммирования
Принцип шифрования заключается в формировании генератором псевдослучайных чисел (ГПСЧ) гаммы шифра и наложении этой гаммы на открытые данные обратимым образом, например, путем сложения по модулю два. Процесс дешифрования данных сводится к повторной генерации гаммы шифра и наложении гаммы на зашифрованные данные. Ключом шифрования в данном случае является начальное состояние генератора псевдослучайных чисел. При одном и том же начальном состоянии ГПСЧ будет формировать одни и те же псевдослучайные последовательности.
Перед шифрованием открытые данные обычно разбивают на блоки одинаковой длины, например по 64 бита. Гамма шифра также вырабатывается в виде последовательности блоков той же длины.
Стойкость шифрования методом гаммирования определяется главным образом свойствами гаммы – длиной периода и равномерностью статистических характеристик. Последнее свойство обеспечивает отсутствие закономерностей в появлении различных символов в пределах периода. Полученный зашифрованный текст является достаточно трудным для раскрытия. По сути дела гамма шифра должна изменяться случайным образом для каждого шифруемого блока.
Обычно разделяют две разновидности гаммирования – с конечной и бесконечной гаммами. При хороших статистических свойствах гаммы стойкость шифрования определяется только длиной периода гаммы. При этом, если длина периода гаммы превышает длину шифруемого текста, то такой шифр теоретически является абсолютно стойким, т.е. его нельзя вскрыть при помощи статистической обработки зашифрованного текста, а можно раскрыть только прямым перебором. Криптостойкость в этом случае определяется размером ключа.
4.3.Элементы криптоанализа
Любая попытка со стороны злоумышленника расшифровать шифротекст C и получить открытый текст М не имея подлинного ключа, называется криптоаналитической атакой.
Криптоанализ — наука о методах получения исходного значения зашифрованной информации, не имея доступа к секретной информации (ключу), необходимой для этого. В большинстве случаев под этим подразумевается нахождение ключа. Проще говоря, криптоанализ — это взламывание кода, хотя этот термин имеет и строго технические значение.
Под термином «криптоанализ» также понимается попытка найти уязвимость в криптографическом алгоритме или протоколе. Хотя основная цель осталась неизменной с течением времени, методы криптоанализа претерпели значительные изменения, эволюционировав от использовния лишь ручки и бумаги до широкого применения вычислительных мощностей компьютеров в наши дни. Если раньше криптоаналитиками были большей частью лингвисты, то в наше время это удел «чистых» математиков.
Один из широко используемых методов криптоанализа для недостаточно криптостойких алгоритмов заключается в анализе частотности символов, встречающихся в зашифрованном тексте.
Особенностью большинства искусственных языков (и всех естественных) является то, что они имеют характерное частотное распределение букв и других знаков.
При этом многие, недостаточно стойкие простейшие алгоритмы шифрования сохраняют частотность символов в тексте. В основном этот недостаток свойственен простейшим методам замены (например, шифру Цезаря и ему подобным). Это распределение частотности дает криптоаналитику путь к раскрытию шифра.
Частотное распределение букв русского и английского алфавита в художественных текстах представлено ниже
Исследовав шифротекст и обнаружив, что наиболее часто встречаемый в нем символ – это «Б», а второй по встречаемости - «К», криптоаналитик может сделать вывод, что символ «Б» это «Пробел», а «К» это буква «о».
Таким образом, путем анализа частотности символов шифротекста и сравнения их с частотностями букв русского (английского) текста можно составить таблицу замен и дешифровать шифротекст.
При вскрытии шифротекста необходимо иметь в виду, что отдельные буквы имеют примерно одинаковую частоту встречаемости в текстах. Например, буквы «а» и «е», «р» и «в», «л» и «с». Для таких букв сформированные замены могут оказаться неверными. В этом случае, необходим интеллектуальный эвристический анализ человеком полученного в результате дешифровки текста. Цель эвристического анализа – выявить те замены, которые оказались неверными (по смыслу текста), и сформировать верные замены.
Принимая во внимание выше приведенный факт, следует отметить, что дешифровка путем составления таблицы замен сразу всех символов закрытого текста может вызвать проблемы. Как правило, производят дешифровку первых 15-20 наиболее часто встречаемых в шифротексте символов, далее делают интеллектуальные подмены, далее остальные символы дешифруют по смыслу теста (принимая во внимание их частотности).