4. Блокты, ағымдық және аралас шифрлер ұғымдары.

Ақпаратты жабу құралдарын қолдану тәсілі бойынша ағындық және блоктық шифрлеу және аралас деп бөледі.

Ақпараттар блокты шифрлерде ақырлы санды блоктарға бөлінеді. Соңғы блок толық болмауы мүмкін, ондай жағдайда ол кез келген мәнсіз символдармен толықтырылады. Блоктық шифрлеуде жабық бастапқы мәтіннің кейбір символдар блогы біруақытта өзгереді, сонымен қатар блоктар шегіндегі символдардың өзгеруі өзара тәуелді болады. Кейбір аралас блоктардағы символдардың өзгеруі арасында да тәуелділік болуы мүмкін. Блоктық шифрлеуге басты талап – крипотоберіктілік. Блоктық әдістердің кемшіліктері: ашық мәтіннің бірдей блоктарына шифромәтіннің бірдей блоктары сәйкес келеді.

Блоктық крипоалгоритм өзінің жұмысына толық мәліметтер блогының болуын талап етеді, ал ағымдық криптоалгоритм нақты уақытта немесе оған жақын уақытта шифрлеуді қамтамасыз етуге тырысады.

Блоктық және ағымдық шифрлеудің басты айырмашылығы: блоктық шифрде барлық бөліктерді шифрлеу үшін бір ғана кілт қажет, ал ағымдық шифрде әрбір бөлік үшін әрбір бөліктің сол өлшемдегі өз кілті қолданылады.

Сонымен, ағымдық крипожүйені жүзеге асыруда жады элементтеріне қажеттілік туындайды. Ал, блоктық криптожүйені ашық мәтін блогының мәндерінің жиынының орын ауыстыру кілтіне байланысты деп қарастыруға болады.

Ағымдық шифр — бұл симметриялық шифр. Мұнда әрбір ашық мәтін символы шифрленген мәтін символына тек қана қолданылатын кілтке байланысты емес, сонымен қатар ашық мәтін ағымындағы орналасуына да байланысты болады. Ағымдық шифр симметриялық шифрлеуге өзгешелеу амалын жүзеге асырады.Ағындық шифрлеуде бастапқы мәтіннің әр символы басқалардан тәуелсіз өзгереді. Сондықтан мұндай өзгеру байланыс арнасы бойынша мәліметтерді берумен біруақытта жүзеге асуы мүмкін. Ағындық шифрлар мәліметтер ағынының әр элементін криптожүйеде тоқтаусыз жүзеге асырады. Ағындық шифрлердің жетістігі: түсу жылдамдығымен өлшенетін шифрлеудің жоғары жылдамдығы болып табылады. Қолданылуы – аудио- және бейнеақпараттарды шифрлеу.

Практикада аралас жүйелер жиі кездеседі – бір шифрленген мәтінге қолданылатын криптографиялық өзгертулердің негізгі әдістер тізбегі. (Ресейлік және американдық шифрлеу стандарттары дәл осы аралас криптографиялық өзгертулерге негізделген.)

Көпіршік – аралас өзгертулердің ерекше түрі; нәтижесінде соңғы мәтіндегі әр символ бастапқы мәтіннің әр символынан тәуелді болады.

Практикада келесі принциптердің біреуін қолданатын, шифрлеудің аралас әдістері кең тараған:

- «блоктардың бірігуі»

- блоктық шифрді шифрлау функциясы қолданатын кері байланыс функциялары ретінде жалған кездейсоқ кодтардың генераторлары көмегімен кілттер ағынын (шифрлер гаммасын) құрастыру.

5. Орын ауыстыру және алмастыру шифрлері. Гаммалау әдісі.

Алмастыру шифрі – шифрлеу алгоритмі. Бұл шифрлеуде ашық мәтіннің бір символы шифрленген мәтіннің бір символына алмастырылады. Хабарламаны алушы оны кері алмастыру арқылы кері шифрлейді.

Түрлері:

• қарапайым алмастыру немес бір алфавитті шифр. Ашық мәтіннің әрбір әрпі шифрленген мәтіннің сол әрпіне алмастырылады.

• омофонды алмастыру – ашық мәтіннің әрбір әрпіне шифрленген мәтіннің бірнеше символы қойылады.

• блоктық – ашық мәтін шифрлеуі блоктар түрінде болады. Мысалы, "АБА" блогына "РТК" сәйкес келуі мүмкін, ал "АББ" блогына— "СЛЛ". 

• көпалфавитті алмастыру. Бірнеше қарапайым алмастырудан тұрады.

Орын ауыстыру шифрі – ашық мәтін әріптері басқа әріптерге орын баспайды, тек олардың келу тізбек тәртібі өзгереді. Шифрде 2-модулі бойынша биттік қосу жиі қолданылады.

Бағандық орын ауыстыруда берілген ашық мәтін жол бойынша жазылады, ал шифрленген мәтін бағандар бойынша оқылады. Кері шифрлеуі: шифрленген мәтін баған бойынша жазылады, ал ашық мәтінді горизонталь бойынша оқуға болады.

Сикырлы квадрат деп оның клеткаларына әрбір бағанынының, әрбір қатарының және әрбір диагоналының қосындысы бірдей сан беретін 1-ден басталатын натурал сандардың тізбегі жазылған квадраттық кестені атайды.

Шифрленетін мәтін сиқырлы квадратқа оның клеткаларының нөмірленуіне сәйкес жазылады. Егер содан кейін қатар-катар бойынша осындай кестенің кұрамын жазып алса, онда бастапкы хабарламаның әріптерінің орнын ауыстыру арқылы жинақгалған шифрмәтін алынады.

АҚПАРАТТЫ ҚОРҒАУ мәтінін сиқырлы квадраттың көмегімен Шифрлеу мысалы көрсетілген. Оң жақтағы кестеде мынадай шифрмәтін алынған:

.ПҚҒ РҚОТ ЫАТР АУАА

16	3	2	13		.	П	Қ	Ғ
5	10	11	8		Р	Қ	О	Т
9	6	7	12		Ы	А	Т	Р
4	15	14	1		А	У	А	А

4x4 сикырлы квадратын пайдалану мысалы

Алмастырулар шифрленген кестелермен жиі беріледі.

Кілт түрінде шифрленген кестелерде мыналар қолданылады

1. кесте көлемі

2. алмастыруға берілетін сөз немесе сөйлем

3. кесте құрылымының ерекшеліктері

Гаммалау әдісі

Бұл әдісте шифрленетін мәтіннің символдары гамма деп аталатын арнаулы тізбектің символдарымен қосылады. Кейде белгілі бір заң бойынша ашық деректер үстіне шифрдің гаммасы беттестіріледі. Сондықтан бұл әдіс гаммалау деп аталады, ал шифрдің гаммасы - белгілі бір алгоритм бойынша ашық деректерді шифрлеуге және шифрленген деректерді ашуға арналып жасалған жалған кездейсоқ тізбек.

Гаммалау арқылы шифрлеудің мәні мынада: жалған кездейсоқ сандар бергішінің көмегімен шифрдің гаммасын генерациялау және алынған гамманы бастапкы мәтінге кайтадан кері аударуға болатындай етіп (мысалы, екі модулі бойынша қосу операциясын пайдалану арқылы) беттестіру.

Мына жағдайды атап өтуіміз керек. Шифрлеу алдында ашык деректерді, ұзындығы бірдей, әдетте 64 биттен, Т₀ ⁽ⁱ⁾ блоктарына бөледі. Шифрдің гаммасы осыған ұксас, ұзындығы Г_ш^(і) блоктарынан тұратын тізбектер түрінде құрылады. Шифрлеу теңдеуі мына түрде болады:

Т_ш^(і) = Г_ш⁽ⁱ⁾+ Т₀ ⁽ⁱ⁾ , і=1 ... М.

Бұл жерде Т_ш^(і) - мәтін-шифрдің і-ші блогі; Г_ш⁽ⁱ⁾- шифр-гамманың і-ші блогі; Т₀ ⁽ⁱ⁾ - ашық мәтіннің і- ші блогі; М- ашық мәтін блоктарының саны.

Шифрлеуді ашу процесі шифр гаммасын кайтадан генерациялау және осы гамманы шифрленген деректер үстіне салудан тұрады. Шифрлеуді ашу теңдеуінің түрі мынадай:

Т₀ ⁽ⁱ⁾ = Г_ш^{( )} Т₀ ⁽ⁱ⁾

Гаммалау ағымдық процедура болып табылады. Егер бір символды тастап кеткенде. Барлық қалған мәтін дұрыс емес кері шифрленеді.

Қазіргі кезде шифрлау стандарттарында биттік қосу және 2-нің модулі бойынша қосу гаммасы қолданылуда.

модулі бойынша қосу әдісі. Шифрлеу алдында хабарлама символдары алфавиттегі әріп нөмерімен алмастырылады. модулі негізі қолданылатын алфавиттегі әріп санын анықтайды.Шифрлеу келесі формула бойынша орындалады:

  ,

Одан кейін, алынған сандарды шифрограмма әріптеріне алмастыру орындалады. Дешифрлеу келесі формула бойынша жүреді:

,

мұндағы   – берілген хабарлама символдары,   – шифрленген хабарлама симводары,   – гамма символы.