Вопрос 3 Приведите примеры : Кодирование Хаффмана, Хэмминга, Лемпель Зива

Идея кодирования по Хаффману основана на использовании частоты употребления символов в строке. Лучше всего проиллюстрировать этот алгоритм на простом примере. Имеется пять символов. Символы объединяются в пары в следующем порядке:

1) а\ объединяется с as, и оба заменяются комбинированным символом а45 с вероятностью 0.2; 2) осталось четыре символа, а\ с вероятностью 0.4, а также а2, аз и а45 с вероятностями по 0.2. Произвольно выбираем аз и 045, объединяем их и заменяем вспомогательным символом 0345 с вероятностью 0.4; 3) теперь имеется три символа ai, a2 и аз45 с вероятностями 0.4, 0.2 и 0.4, соответственно. Выбираем и объединяем символы а2 и аз45 во вспомогательный символ 02345 с вероятностью 0.6; 4) наконец, объединяем два оставшихся символа а\ и а2345 ^и заменяем на ai2345 с вероятностью 1.

Коды, предложенные Р. Хэммингом, обладают способностью обнаружить и исправить одиночные ошибки. Предположим, что имеется код, содержащий m информационных разрядов и k контрольных разрядов. Запись на k позиций определяеется при проверке на четность каждой из проверяемых k групп информационных символов. Пусть было проведено k проверок. Если результат проверки свидетельствует об отсутствии ошибок, запишем 0, если есть ошибка - 1. Запись полученной последовательности символов образует двоичное число. Свойство кодов Хэмминга таково, что контрольное число указывает номер позиции, где произошла ошибка. При отсутствии ошибки в коде данная последовательность будет содержать только нули. Полученное число описывает таким образом n=(m+k+1) событий. Следовательно, справедливо неравенство

2^k>=(m+k+1)

Алгоритм Лемпеля Зива при сжатии (кодировании) динамически создаёт таблицу преобразования строк: определённым последовательностям символов (словам) ставятся в соответствие группы бит фиксированной длины (обычно 12-битные). Таблица инициализируется всеми 1-символьными строками (в случае 8-битных символов — это 256 записей). По мере кодирования, алгоритм просматривает текст символ за символом, и сохраняет каждую новую, уникальную 2-символьную строку в таблицу в виде пары код/символ, где код ссылается на соответствующий первый символ. После того как новая 2-символьная строка сохранена в таблице, на выход передаётся код первого символа. Когда на входе читается очередной символ, для него по таблице находится уже встречавшаяся строка максимальной длины, после чего в таблице сохраняется код этой строки со следующим символом на входе; на выход выдаётся код этой строки, а следующий символ используется в качестве начала следующей строки.

Билет № 2

Вопрос 1 Оценка криптостойкости симметричных и несимметричных систем

Симметричное шифрование

В симметричных криптосистемах для шифрования и расшифрования используется один и тот же ключ. Отсюда название — симметричные. Алгоритм и ключ выбирается заранее и известен обеим сторонам. Сохранение ключа в секретности является важной задачей для установления и поддержки защищенного канала связи. В связи этим, возникает проблема начальной передачи ключа (синхронизации ключей). Кроме того существуют методы криптоатак, позволяющие так или иначе дешифровать информацию не имея ключа или же с помощью его перехвата на этапе согласования. В целом эти моменты являются проблемой криптостойкости конкретного алгоритма шифрования и являются аргументом при выборе конкретного алгоритма.

Симметричные, а конкретнее, алфавитные алгоритмы шифрования были одними из первых алгоритмов.^[20] Позднее было изобретено асимметричное шифрование, в котором ключи у собеседников разные.^[21]

Ассиметричное шифрование

В системах с открытым ключом используются два ключа — открытый и закрытый, связанные определенным математическим образом друг с другом. Открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу и используется для шифрования сообщения и для проверки ЭЦП. Для расшифровки сообщения и для генерации ЭЦП используется секретный ключ.^[22]

Данная схема решает проблему симметричных схем, связанную с начальной передачей ключа другой стороне. Если в симметричных схемах злоумышленник перехватит ключ, то он сможет как «слушать», так и вносить правки в передаваемую информацию. В асимметричных системах другой стороне передается открытый ключ, который позволяет шифровать, но не расшифровывать информацию. Таким образом решается проблема симметричных систем, связанная с синхронизацией ключей.^[21]

Первыми исследователями, которые изобрели и раскрыли понятие шифрования с открытым кодом, были Уитфилд Диффи и Мартин Хеллман из Стэнфордского университета, и Ральф Меркле из Калифорнийского университета в Беркли. В 1976 году их работа «Новые направления в современной криптографии» открыла новую область в криптографии, теперь известную как криптография с открытым ключом.