МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Таврическая академия КФУ имени В.И.ВЕРНАДСКОГО
Кафедра «Прикладной математики»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО КУРСУ «ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ»
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 01.04.04
Симферополь
Модуль 1. Понятие о традиционных методах шифрования
Лабораторная работа № 1
«Разработка криптосистемы на основе шифра цезаря»
Цель работы: Ознакомление с принципами шифра Цезаря. Разработка программы, реализующей метод шифра Цезаря.
Введение
Шифр Цезаря, также известный как шифр сдвига, код Цезаря или сдвиг Цезаря — один из самых простых и наиболее широко известных методов шифрования.
Шифр назван в честь римского императора Гая Юлия Цезаря, использовавшего его для секретной переписки со своими генералами.
Описание шифра цезаря
Шифр Цезаря — это вид шифра подстановки, в котором каждый символ в открытом тексте заменяется буквой находящейся на некоторое постоянное число позиций левее или правее него в алфавите. Например, в шифре со сдвигом 3, А была бы заменена на Г, Б станет Д, и так далее.
Если сопоставить каждому символу алфавита его порядковый номер (нумеруя с 0), то шифрование и дешифрование можно выразить формулами:
y = (k+x) mod n
x = (y-k) mod n
где x — символ открытого текста, y — символ шифрованного текста, n — мощность алфавита, а k — ключ.
Шифрование с использованием ключа k=3. Буква «С» «сдвигается» на три буквы вперед и становится буквой «Ф». Твердый знак, перемещённый на три буквы вперед, становится буквой «Э», и так далее:
Исходный алфавит: АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ
Шифрованный: ГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯАБВ
Оригинальный текст:
Съешь же ещё этих мягких французских булок, да выпей чаю.
Шифрованный текст получается путём замены каждой буквы оригинального текста соответствующей буквой шифрованного алфавита:
Фэзыя йз зьи ахлш пвёнлш чугрщцкфнлш дцосн, жг еютзм ъгб.
Задание
Используя среду Microsoft Visual Studio 2013, язык C++, разработать программу, осуществляющую шифрование исходного текстового файла по алгоритму шифра Цезаря. Значение ключа k соответствует порядковому номеру студента в списке группы.
МОДУЛЬ 2. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИММЕТРИЧНЫХ КРИПТОСИСТЕМ.
Лабораторная работа № 2
«Разработка криптосистемы на основе симметричного алгоритма DES
(Data Encryption Standard)»
Цель работы: Ознакомление с базовыми принципами алгоритма DES. Разработка программы, реализующей метод шифрования по алгоритму DES.
Введение
Стандарт шифрования данных DES (Data Encryption Standard), который ANSI называет алгоритмом шифрования данных DEA (Data Encryption Algorithm), а ISO - DEA-1, за 20 лет стал мировым стандартом.
ЗАДАНИЕ
Разработать консольную программу, выполняющую шифрование и дешифрование файлов, основываясь на параметрах командной строки. Для выбора варианта задания использовать приведённую ниже таблицу.
Описание DES
DES представляет собой блочный шифр, он шифрует данные 64-битовыми блоками. С одного конца алгоритма вводится 64-битовый блок открытого текста, а с другого конца выходит 64-битовый блок шифротекста. DES является симметричным алгоритмом: для шифрования и дешифрирования используются одинаковые алгоритм и ключ (за исключением небольших различий в использовании ключа).
Длина ключа равна 56 битам. (Ключ обычно представляется 64-битовым числом, но каждый восьмой бит используется для проверки чётности и игнорируется. Биты чётности являются наименьшими значащими битами байтов ключа.) Ключ, который может быть любым 56-битовым числом, можно изменить в любой момент времени. Ряд чисел считаются слабыми ключами, но их можно легко избежать. Безопасность полностью определяется ключом.
На простейшем уровне алгоритм не представляет ничего большего, чем комбинация двух основных методов шифрования: смещения и диффузии. Фундаментальным строительным блоком DES является применение к тексту единичной комбинации этих методов (подстановка, а за ней - перестановка), зависящей от ключа. Такой блок называется этапом. DES состоит из 16 этапов, одинаковая комбинация методов применяется к открытому тексту 16 раз.
Алгоритм использует только стандартную арифметику 64-битовых чисел и логические операции, поэтому он легко реализовывался в аппаратуре второй половины 70-х. Изобилие повторений в алгоритме делает его идеальным для реализации в специализированной микросхеме. Первоначальные программные реализации были довольно неуклюжи, но сегодняшние программы намного лучше.
Рис.2.1 - DES