9.2. Основные понятия и определения

Итак, мы ознакомились с принципами, основными понятиями и определениями криптографии. Систематизируем полученные сведения.

В качестве информации, подлежащей зашифрованию и расшифрованию, выступают данные различной природы.

Алфавит – конечное множество символов, используемых для представления данных.

Текст – упорядоченная последовательность символов алфавита.

Кодирование – представление информации символами того или иного алфавита. Шифр Цезаря применялся нами к информации, записанной средствами русского алфавита. Для того, чтобы формализовать описание алгоритмов шифра Цезаря, пришлось сопоставить каждому символу его номер – код и оперировать с этими номерами, то есть с числами. Любая обработка данных посредством компьютеров предполагает представление этих данных в двоичном алфавите {0,1}. Двоичное кодирование данных любой природы позволяет оперировать с такими кодами как с двоичными числами.

Зашифрование – преобразование открытых данных (исходного текста) в закрытые (в криптограмму) при помощи ключа шифра.

Расшифрование – обратное преобразование зашифрованных данных в открытые при помощи ключа шифра.

Зашифрование и расшифрование объединяют термином криптографические преобразования или шифрование.

Шифр или криптографическая система – совокупность (семейство) преобразований открытого текста в зашифрованный и обратного преобразования криптограммы в исходное сообщение. И прямое, и обратное криптографическое преобразование задается своим алгоритмом.

Ключ – конкретное секретное значение непременного параметра криптографической системы. Это значение обеспечивает выбор одного преобразования из совокупности возможных для данной системы преобразований. Обычно ключ представляет собою последовательность символов алфавита. Следует различать термины ключ и пароль. Пароль, также как и ключ, является секретной последовательностью символов алфавита, но используется не для криптографических преобразований, а дли идентификации субъектов.

Стойкость криптосистемы – свойство шифра, которое характеризует его защищенности от вскрытия. В качестве показателя стойкости криптосистемы могут выступать:

• тот минимальный объем зашифрованного текста, статистический анализ которого позволяет взломать шифр. Таким образом, стойкость шифра определяет допустимый объем открытых данных, который зашифровывается при помощи одного ключа,

• вероятность взлома шифра путем перебора всех возможных значений ключа за заданное время с заданными ресурсами,

• объем вычислительной работы или время (при заданных ресурсах), необходимые для взлома шифра с заданной вероятностью.

Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования.

1. В секрете держится только ключ криптографической системы, открытость алгоритмов шифрования не должно снижать стойкости шифра. Это фундаментальное требование называют принципом Керкхоффса по имени голландского криптографа, который сформулировал его в XIX веке. К. Шеннон (независимо от А. Керкхоффса) изложил этот принцип более компактно: «Враг знает систему».

2. Зашифрованное сообщение поддается расшифрованию только при помощи ключа.

3. Шифр должен оставаться стойким и в том случае, если противнику известно достаточно большое количество исходных текстов и соответствующих им криптограмм.

4. Объем вычислительной работы, необходимый для взлома шифра путем перебора всех возможных ключей, должен иметь строгую нижнюю границу, которая лежит выше вычислительных возможностей современных компьютеров и компьютерных сетей.

5. Незначительное изменение ключа или исходного текста должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного текста. Это позволяет обнаруживать случайные искажения ключа или исходного текста.

Незначительные изменения в тексте криптограммы должны вызывать значительные изменения в расшифрованном тексте по сравнению с исходным. Это позволяет обнаруживать как случайные (из-за помех в открытом канале), так и преднамеренные изменения в криптограмме.

6. Структурные элементы алгоритмов криптографических преобразований должны быть неизменными.

7. Длина криптограммы должна быть равна длине исходного сообщения

8. Дополнительные символы, вводимые в исходное сообщение до начала его зашифрования, должны быть полностью и надежно скрыты в криптограмме. Дополнительные символы могут понадобиться для выравнивания длины исходного текста и длины криптограммы.

9. Не должно быть простых, легко устанавливаемых зависимостей между ключами, последовательно используемыми в процессе криптографических преобразований.

10. Любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту данных. Другими словами, среди возможных ключей не должно быть слабых значений.

В отношении противника в криптографии принимаются следующие допущения.

• Противник знает алгоритмы криптографических преобразований, но не знает ключа шифра.

• Противнику доступны все зашифрованные тексты. Он имеет доступ к некоторым исходным текстам, и у него есть соответствующие этим текстам криптограммы.

• Противник имеет в своем распоряжении вычислительные, временные и иные ресурсы, объем которых эквивалентен потенциальной ценности информации, которая может быть добыта в результате взлома шифра.

По степени сложности различают три уровня криптоатак.

• Атака на криптограмму. Для взлома шифра используют перебор всех возможных значений ключа или статистические характеристики алфавита сообщений.

• Атака на пару криптограмма – исходный текст.

• Атака на пару исходный текст- криптограмма.

В двух последних случаях противник пытается взломать шифр путем анализа взаимосвязей между исходным текстом и соответствующей ему криптограммой.

Вопросы и задачи для самоконтроля

1. Раскрыть понятие криптография, описать работу в классической системе коммутации для передачи секретных сообщений.

2. Пояснить алгоритмы зашифрования и расшифрования шифром Цезаря с ключом k. Пояснить, в чем причина низкой стойкости шифра Цезаря.

3. Шифром Цезаря с ключом k=15

а) зашифровать сообщение

ЦЕЗАРЬ ,

б) расшифровать полученную криптограмму.

4. Дать определения основным понятиям криптографии: алфавит, текст, кодирование, шифр, ключ, зашифрование, расшифрование.

5. Дать определение стойкости криптосистемы, перечислить основные показатели стойкости криптосистемы.

6. Перечислить основные требования к криптосистемам.