Лабораторные и практики / 04_ЛР / 4_ЛР
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА» (СПбГУТ)
_____________________________________________________________________________
Кафедра информационной безопасности телекоммуникационных систем Дисциплина «Основы криптографии»
Лабораторная работа 4
«Принцип построения подстановочно-перестановочного шифра и его криптоанализ тотальным перебором ключей»
Выполнили: |
ст. гр. |
|
. |
.
Проверил: |
проф. Яковлев В.А.. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы
Целью данной работы является изучение структуры и основных свойств блочного шифра, основанного на подстановочно перестановочной сети (Substitution-Permutation Network или SPN), криптоанализа методом тотального перебора ключей и правила принятия решения о правильном ключе при переборе.
Задание
1.Изучить схему и принцип действия учебного шифра, используемого в данной работе.
2.Произвести шифрование открытого сообщения, представленного в виде произвольной двоичной последовательности длиной 16-бит (т.е. длиной равной одному блоку шифра), наблюдая результаты на каждом этапе шифрования. Сделать вывод об улучшении качества шифрования с увеличением числа раундов.
3.Произвести дешифрование криптограммы, полученной в п. 2, а также дешифрование этой криптограммы при эмуляции ошибок в канале передачи. Сделать вывод о размножении ошибок в расшифрованном сообщении.
4.Произвести шифрование смыслового текста.
5.Дешифровать полученный шифртекст на правильном и произвольном неправильном ключе.
6.Произвести криптоанализ зашифрованого смыслового текста при помощи метода тотального опробывания ключей.
Ход работы:
1. Изучить схему и принцип действия учебного шифра, используемого в данной работе.
Генерация раундовых ключей.
Выбран управляющий ключ из 7-ми бит: 1000001 На его основе сгенерированы раундовые ключи К1, К2, К3, К4, К5
Анализ преобразований шифра:
Выбрана двоичная последовательность длиной 16 бит доя шифрования
(открытый текст): 0110 0110 0110 0110 (Вариант 6)
Полученная криптограмма 1110 1011 0001 1111
Шифрование с использованием исходного ключа 1000001:
Дешифрование случайным неверным ключом 1011101:
2. Криптоанализ методом тотального перебора ключей.
При допустимом отклонении в 5% частотные интервалы для букв русского языка равны:
P(«о»)= ( 4 - 14) % P(«а»)= ( 1.2 - 11.2) % P(«и»)= (1.2 - 11.2 ) %
Ключ=1000001 P(«О»)=8,8% P(«А»)=6,0% P(«И»)=5,6%
Расшифровка криптограммы другого студента (ФИО - кто другой)
Подбираем ключ:
При допустимом отклонении в 5% частотные интервалы для букв русского языка равны:
P(«о»)= ( 4 - 14) % P(«а»)= ( 1.2 - 11.2) %
P(«и»)= (1.2 - 11.2 ) %
Проверялись ключи:
Ключ= 1101101 P(«О»)=9,4% P(«А»)=6,4% P(«И»)=3,0%
Расшифрованный текст:
3. Анализ влияния ошибок в канале связи на достоверность
сообщения после его дешифрования
Исходная криптограмма: |
0010 0001 1000 1010 |
Расшифровка криптограммы: 1000 1000 1000 1000
Расшифровка криптограммы при эмуляции ошибки в 1-м бите
криптограмма с ошибкой: |
1010 0001 1000 1010 |
расшифровка криптограммы: 01010001 11010100 количество ошибок в расшифровке: 9
во 2-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0110 0001 1000 1010 |
расшифровка криптограммы: 1001 1000 1000 1111 количество ошибок в расшифровке: 4 в 3-м бите
криптограмма с ошибкой: |
0000 0001 1000 1010 |
расшифровка криптограммы: 1100 1000 1010 0001 количество ошибок в расшифровке: 4 в 4-м бите
криптограмма с ошибкой: |
0011 0001 1000 1010 |
расшифровка криптограммы: 1111 100101110000 количество ошибок в расшифровке: 9
в 5-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 1001 1000 1010 |
расшифровка криптограммы: 1100 1110 11110001 количество ошибок в расшифровке: 8
в 6-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 0101 1000 1010 |
расшифровка криптограммы: |
0011 1111 0100 1011 |
количество ошибок в расшифровке: 10 |
|
в 7-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 0011 1000 1010 |
расшифровка криптограммы: |
0000 0000 1000 0000 |
количество ошибок в расшифровке: 3 |
|
в 8-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 0000 1000 1010 |
расшифровка криптограммы: 1010 0101 1111 1010 количество ошибок в расшифровке: 8 в 9-м бите
криптограмма с ошибкой: |
0010 0001 0000 1010 |
расшифровка криптограммы: |
0011 1100 1000 0010 |
количество ошибок в расшифровке: 6 |
|
в 10-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 0001 1100 1010 |
расшифровка криптограммы: |
0011 1111 10110101 |
количество ошибок в расшифровке: 11 |
|
в 11-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 0001 1010 1010 |
расшифровка криптограммы: 0010 0110 1000 0111 количество ошибок в расшифровке: 9
в 12-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 0001 1001 1010 |
расшифровка криптограммы: |
0010 100100110111 |
количество ошибок в расшифровке: 10 |
|
в 13-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 0001 1000 0010 |
расшифровка криптограммы: 1000 1111 1000 1110 количество ошибок в расшифровке: 5
в 14-м бите |
|
криптограмма с ошибкой: |
0010 0001 1000 1110 |
расшифровка криптограммы: 1101 1110 0100 0001 количество ошибок в расшифровке: 8 в 15-м бите
криптограмма с ошибкой: |
0010 0001 1000 1000 |
расшифровка криптограммы: 0010 1110 1000 0111 количество ошибок в расшифровке: 8 в 16-м бите
криптограмма с ошибкой: |
0010 0001 1000 1011 |
расшифровка криптограммы: |
11010000 0100 0111 |
количество ошибок в расшифровке: 9
Среднее значение ошибок в дешифрованном сообщении при ошибочном приеме одного бита криптограммы.
|
|
16 |
N |
|
Ni |
|
|
|
|
|
i 1 |
|
ош. ср. |
16 |
|
|
Nош.ср. = 7,56
=(9+4+4+9+8+10+3+8+6+11+9+10+5+8+8+9) / 16= 7,56
Выводы:
В данной работе мы изучили структуры и основные свойства блочного
шифра, основанного на подстановочно перестановочной сети (Substitution-
Permutation Network или SPN), криптоанализа методом тотального перебора
ключей и правила принятия решения о правильном ключе при переборе.
По последнему пункту работы можем наблюдать, что количество ошибок после дешифрования больше, чем число ошибок, которые произошли в период времени передачи криптограммы, следовательно, это шифр с размножением ошибок.
Среднее значение ошибок в данной работе Nош.ср. = 7,56 .