3189

Цель работы - освоить реализацию простейшего перестано­ вочного шифра.

Сведения из теории

Шифры перестановки (permutation) или транспозиции изменяют только порядок следования символов или других элементов исходно­ го текста. Классическим примером такого шифра является система, использующая карточку с отверстиями - решетку Кардано, которая при наложении на лист бумаги оставляет открытыми лишь некото­ рые его части. При зашифровке буквы сообщения вписываются в эти отверстия. При расшифровке сообщение вписывается в диаграмму нужных размеров, затем накладывается решетка, после чего на виду оказываются только буквы открытого текста.

Решетки можно использовать двумя различными способами. В первом случае зашифрованный текст состоит только из букв ис­ ходного сообщения. Решетка изготавливается таким образом, чтобы при ее последовательном использовании в различных положениях каждая клетка лежащего под ней листа бумаги оказалась занятой. Если такую решетку последовательно поворачивать после заполне­ ния всех открытых при данном положении клеток, то при возврате решетки в исходное положение все клетки окажутся заполненными. Числа, стоящие в клетках, облегчают изготовление решетки. В каж­ дом из концентрических окаймлений должна быть вырезана только одна клетка из тех, которые имеют одинаковый номер. Второй, сте­ ганографический метод использования решетки позволяет скрыть факт передачи секретного сообщения. В этом случае заполняется только часть листа бумаги, лежащего под решеткой, после чего бук­ вы или слова исходного текста окружаются ложным текстом.

Рассмотрим усложненную перестановку по таблице. Пример таблицы для реализации этого метода шифрования показан на рис. 1.

Таблица представляет собой матрицу с размерностью, в которую по­ строчно вписывается искомое сообщение. При считывании инфор­ мации по столбцам в соответствии с последовательностью чисел ключа получается шифротекст. Усложнение заключается в том, что некоторые ячейки таблицы не используются. При зашифровании со­ общения

«КОМАНДОВАТЬ ПАРАДОМ БУДУ Я» получим:

«ОЬБНАОДКДМУМВ АУ ОТР ААПДЯ».

При расшифровании буквы шифротекста записываются по столбцам в соответствии с последовательностью чисел ключа, после чего исходный текст считывается по строкам. Для удобства запоми­ нания ключа применяют перестановку столбцов таблицы по ключе­ вому слову или фразе, всем символам которых ставятся в соответст­ вие номера, определяемые порядком соответствующих букв в алфа­ вите. Например, при выборе в качестве ключа слова ИНГОДА после­ довательность использования столбцов будет иметь вид 4 6 2 5 3 1.

Рис. 1. Пример шифрования методом усложненной перестановки по таблице

Пример оформления отчета по практической работе

Практическая работа № Название практической работы Выполнил: cm. гр. Ф.И.О. Вариант № Цель практической работы

Открытое сообщение

Построенные матрицы МО, М90, M l80, М270

М0=

М90= Ml 80= М270=

Зашифрованный текст

Этапы расшифрования шифртекста

Цель работы - освоить реализацию шифра многоалфавитной замены.

Сведения из теории

Алгоритм был изобретен в 1917 г. сотрудником компании AT&T по фамилии Vemam и называется одноразовым блокнотом (one-time pad). В этом алгоритме ключ представляет собой последо­ вательность битов не менее длинную, чем шифруемое сообщение т. Результат шифрования получается в результате побитового сложения по модулю сообщения и ключа. Дешифровка состоит в побитовом сложении шифрограммы с ключом. Отметим, что данный алгоритм утрачивает свою надежность, если два сообщения оказываются шиф­ рованы одним и тем же ключом. В этом случае путем побитового сложения шифрограмм можно исключить биты ключа, а получив­ шаяся побитовая сумма осмысленных сообщений поддается методам статистического анализа. Ключ должен быть надежным образом пе­ редан адресату, что само по себе не проще, чем передача сообщения. Единственная выгода метода состоит в том, что ключ можно пере­ дать заранее, а сообщение - по открытому каналу и тогда, когда это будет нужно.

Почти все используемые на практике шифры характеризуются как условно надежные, поскольку они могут быть раскрыты в прин­ ципе при наличии неограниченных вычислительных возможностей. Абсолютно надежные шифры нельзя разрушить даже при наличии неограниченных вычислительных возможностей. Доказательство существования и единственности абсолютно надежного шифра по­ лучил К. Шеннон с помощью разработанного им теоретико­ информационного метода исследования шифров.

Система шифрования Вижинера В системе Вижинера элементами ключа могут быть не только

цифры от 0 до 9, но и произвольные символы некоторого алфавита.

При шифровании исходного сообщения его выписывают в стро­ ку, а под ним записывают ключевое слово или фразу. Если ключ ока­ зался короче сообщения, то его циклически повторяют. Все символы используемого алфавита пронумерованы от 0 до М-4, где М - размер алфавита. Преобразование символа открытого текста осуществляется по формуле

где Pj - номер символа открытого текста, Kt- номер расположенного под ним символа ключа, С,-- номер символа шифротекста.

Преобразование символа закрытого текста в символ открытого осуществляется по формуле

Pi=Q - Kj (mod М).

Пример.

Рассмотрим пример шифрования сообщения ПРИЛЕТАЮ ДНЕМ по методу Вижинера с помощью ключевого слова СИСТЕМА

В данном случае буквы русского алфавита пронумерованы от О до 31: А-0, Б—1, В -2,..., Я-31.

Система шифрования Вернама является частным случаем сис­ темы шифрования Вижинера при значении модуля М=2.

При шифровании открытого текста, каждый его символ пред­ ставляется в двоичном виде. Ключ шифрования также представляет­ ся в двоичной форме. Шифрование исходного текста осуществляется путем сложения по модулю 2 двоичных символов открытого текста с

Дешифрование состоит в сложении по модулю 2 символов шифротекста с ключом.

Общая схема системы шифрования Вернама представлена на рисунке.

Рис. Схема системы шифрования Вернама

Модификация системы шифрования Вернама используется для криптографической защиты информации в архиваторе ARJ. Формула

Зашифруем с помощью системы Вернама открытый текст «БЛАНК» с помощью ключа «ОХ».

Преобразуем открытый текст «БЛАНК» в ASCII коды: Б=193, Л=203, А=192, Н=205, К=202. В двоичном виде последовательность 193, 203, 192, 205, 202 представится в виде 11000001 11001011 11000000 11001101 11001010.

Преобразуем ключ «ОХ» в ASCII коды: 0=206, Х=213. В дво­ ичном виде последовательность 206, 213 представится в виде 11001110 11010101.

Подпишем циклически ключ под открытым текстом и выполним сложение по модулю 2 соответствующих битов (таблица).

Результат шифрования открытого текста

Порядок выполнения работы

1.Самостоятельно реализовать алгоритм Виженера.

2.Разработать алгоритм с кодировкой частотного анализа. Замечание по реализации.

Посмотреть действующую программу можно по ссылке

C:\Grypto\Grypto.exe// Ctrl+MouseDoun.

3. Шифруемая строка разбивается на N блоков длиной L симво­

лов.

4.Последний блок при необходимости дополняется пробелами до длины L.

5.Каждому блоку длиной L ставится в соответствие перестано­ вочный блок длиной L (например, 12345/32154).

6. Шифрование и расшифрование производится по блокам в разрезе строк.

Procedure TForml.N5Click(Sender: TObject); Const

Nl:array[1..2,1..5] of ti=(( 1,2,3,4,5),(2,4,3,5,1»; var

j,i,n,nc,Ncl ,nk,Nd,N0:ti; mc:array[1..455] of tc;

Cm:Tc; Ms,Msl:array[1..255] of tc; St,stl:Ts;

begin

Form 1 .Memol .Clear;

Stl :=1прШВох('Вводите строку для шифрования малый регистр'/Вводите',");

Form1 .Memo1 .Lines.Add(St1);

Forml .Memol .Lines.Add("); N:=Length(Stl);

For j:=l to n do Ms[j]:=Stl[j]; nk:= n div 5;

Nd:= n mod 5;

if Nd>0 then inc(nk); ifNd>0 then NO:=5-Nd; n:=n+nO;

Randomize; If Nd>0 then

For i:=l to NO do stl:=stl+Chr(224+random(31)); Forml.Memol.Lines.Add( 'Дополненная строка, кратная 5 сим­

волам');

Form 1 .Memo1 .Lines.Add(stl);

Forml .Memo 1 .Lines.Add("); For i:=l to N do ms[i]:=stl[i]; For i:=l to nk do

For j:=l to 5 do Msl[Nl[2j]+5*(i-l)]:=Msfi+5*(i-l)]; Forml.Memo 1.Lines.Add( 'Зашифрованная строка после пере­

становки');

Form1 .Memo 1 .Lines.Add(Msl); Forml .Memo 1 .Lines.Add("); For i:=l to n do begin Mc[i]:=Msl[i];

Cm:=Mc[i];

Nc:=Ord(Cm);

if cm- ' then mbl[l,i]:=47 else mbl[l,i]:=Nc-200; end;

Forml.Memo 1.Lines.Add('Bывoд строки, представленной по­ байтно’);

Wrr(N,l,Mbl); For i:=l to nk do

For j:=l to 5 do Mb 1 [2,N1[1 j]+5*(i-1 )]:=Mb1 [1,Nl[2j]+5*(i-1)]; St:=";

For i:=l to n-nO do

if mbl[2,i]= 47 then st:=st+'' else St:=St+Chr( mbl[2,i]+200);

Form1.Memo 1.Lines.АёёСРезультат Расшифрования '); Forml .Memol.Lines.Add(St);end;

Контрольные вопросы

1.Чем характеризуются шифры многоалфавитной замены?

2.Являются ли шифры многоалфавитной замены абсолютно надежными по Шеннону?

3.Какой шифр, на ваш взгляд, более надежный: шифр простой замены или многоалфавитной замены? Обоснуйте свой ответ.

Пример оформления отчета по практической работе

Практическая работа № Название практической работы Выполнил: cm. гр. Ф.И.О. Вариант № Цель практической работы

Открытое сообщение

Этапы построения шифртекста

Зашифрованный текст

Этапы расшифрования шифртекста

Алгоритм с кодировкой частотного анализа