Шифр One – Time – Pad (otp)

Шифр ОТР – это единственный шифр, который является абсолютно надежным, т.е.его взлом невозможен. Одним из примеров является шифр, изобретенный в 1917 году Г.Вернамом и названный его именем.

Метод шифрования здесь очень прост: в качестве открытого текста берется поток битов, а в качестве секретного ключа – случайный набор двоичных чисел такой же длины, как и открытый текст. Криптограмма получается тупеем сложения элементов открытого текста и элементов ключа без учета переноса, т.е. по правилу 1 + 1 = 0, а не 1 + 1 = 10. Если последовательность, являющаяся ключом, действительно случайна, то криптоаналитик не имеет никакой возможности взломать данный шифр.

Основная проблема этого способа шифрования состоит в том, что ключ не имеет постоянной длины, зависит только от длины открытого текста и не может быть использован повторно. Это означает, что каждый сеанс шифрования уникален и не дает никакой информации о любом другом сеансе шифрования, поэтому невозможно применить данные, полученные при взломе одной из криптограмм, для анализа других. Однако для шифрования с помощью алгоритма ОТР получателю сообщения необходимо иметь доступ к тому же ключу, который был использован отправителем.

Пример 9.

Пусть открытый текст преобразован в двоичную последовательность 010101010101010101010101010, а в качестве ключа была случайным образом сгенерирована последовательность 1010101010101010101010101.

Тогда, используя правило сложения двоичных чисел, получим криптограмму 1111111111111111111111111.

Шифрование с автоключом. Алгоритм «Crypto»

Шифр, в котором сам открытый текс или получающаяся криптограмма используется в качестве «ключа», называется шифром с автоключом. Шифрование в этом случае начинается с ключа, называемого первичным, и продолжается с помощью открытого текста или криптограммы, смещенной ни длину первичного ключа.

Пример 10.

Шифрование с автоключом при использовании открытого текста:

Открытый текст	ШИФРОВАНИЕ_ЗАМЕНОЙ
Автоключ	КЛЮЧШИФРОВАНИЕ_ЗАМ
Криптограмма	ВФТЗЖЛХЮЧИАХЙТЕХПЦ

Ш – 23 по порядку, К – 11 по порядку, то 23 + 11 = 34, что соответствует по порядку букве В, если начинаем считать с буквы Ш и т.д.

Пример 11.

Шифрование с автоключом при использовании криптограммы:

Открытый текст	ШИФРОВАНИЕ_ЗАМЕНОЙ
Автоключ	КЛЮЧВФТЗСЧУХЪЭУЭЫЙ
Криптограмма	ВФТЗСЧУЧЪЭУЭЫЙЩКЙУ

Алгоритм «Crypto» использует шифрование с автоключом. Рассмотрим его более подробно.

При шифровании формируется случайный ключ длиной от 20 до 256 символов (длина ключа также определяется случайно), с помощью которого выполняется шифрование исходного текста. Секретный ключ стоится на основе упорядоченных выборок с возвращением m элементов из n возможных, причем m>n.

Алгоритм при повторном шифровании открытого текста использует только блоки полученной криптограммы, что также затрудняет криптоанализ. Кроме того, алгоритм позволяет изменить вероятность появления символов в тексте сообщения, что повышает устойчивость алгоритма к атаке, основанной на вероятностном шифровании.

Ключом при шифровании является случайная последовательность символов алфавита. При попытке угадывания ключа для дешифрования ошибка всего в одном символе ключа ведет к неправильной расшифровке всей криптограммы.

Для шифрования текста используется следующая таблица символов:

1	1	21	)	41	В	61	Ц	81	и	101	ъ	121	Q	141	k
2	2	22	-	42	Г	62	Ч	82	к	102	ь	122	R	142	l
3	3	23	_	43	Д	63	Ш	83	л	103	ы	123	S	143	m
4	4	24	+	44	Е	64	Щ	84	м	104	й	124	T	144	n
5	5	25	=	45	Ё	65	Э	85	н	105	A	125	U	145	o
6	6	26	\	46	Ж	66	Ю	86	о	106	B	126	V	146	p
7	7	27	/	47	З	67	Я	87	п	107	C	127	W	147	q
8	8	28	|	48	И	68	Ъ	88	р	108	D	128	X	148	r
9	9	29	,	49	К	69	Ь	89	с	109	E	129	Y	149	s
10	0	30	.	50	Л	70	Й	90	т	110	F	130	Z	150	t
11		31	~	51	М	71	Ы	91	у	111	G	131	a	151	u
12	!	32	@	52	Н	72	а	92	ф	112	H	132	b	152	v
13	«	33	#	53	О	73	б	93	х	113	I	133	c	153	w
14	№	34	$	54	П	74	в	94	ц	114	J	134	d	154	x
15	;	35	^	55	Р	75	г	95	ч	115	K	135	e	155	y
16	%	36	&	56	С	76	д	96	ш	116	L	136	f	156	z
17	:	37	.	57	Т	77	е	97	щ	117	M	137	g	157	[
18	?	38	<	58	У	78	ё	98	э	118	N	138	h	158	]
19	*	39	А	59	Ф	79	ж	99	ю	119	O	139	i	159	{
20	(	40	Б	60	Х	80	з	100	я	120	P	140	j	160	}

Каждый символ в данном алфавите имеет свой порядковый номер. При работе с текстом сообщения под номером символа сообщения мы будем понимать номер данного символа в данном алфавите.

Шифрование производится по следующей схеме:

1. Определяется символы, которые используются в тексте сообщения менее чем n раз.

2. К исходному тексту дописываются эти символы: символ исходного текста – дописанный символ, символ исходного текста – дописанный символ, и т.д.

3. Полученный текст разбивается на блоки длиной, равной выбранной длине ключа.

4. Каждый блок шифруется с помощью секретного ключа: каждый символ текста сообщения сдвигается «по кругу» на n символов, где n определяется как номер очередного символа секретного ключа.

5. На следующем шаге формируется новый секретный ключ по следующему правилу: пусть А – элемент ключа, тогда А_i = А₁ + …+ А_i. С помощью полученного ключа проводится второй раунд шифрования.

6. Третий раунд шифрования проводится с помощью третьего ключа, сформированного следующим образом: А_i = A_i + A_i+1 + … + A_n.

7. Над каждой парой полученных блоков выполняется следующая операция: текст правого блока шифруется по этому же алгоритму, используя в качестве секретного ключа текст левого блока.

8. Текст зашифрованного сообщения последовательно составляется из всех блоков.

При дешифровке полученного текста используется следующий алгоритм:

1. Текст зашифрованного сообщения делится на блоки, по длине равные длине используемого секретного ключа.

2. Над каждой парой блоков выполняется следующая операция: каждый левый блок расшифровывается с помощью текста правого блока в качестве секретного ключа. Дешифровка производится по следующему правилу: сдвиг по кругу против часовой стрелки на n, где n – номер символа ключа.

3. Полученный текст расшифровывается по тому же правилу с помощью трех секретных ключей.

4. Из полученного текста выписываются только нечетные символы.

5. Полученная последовательность представляет собой исходный открытый текст.