Криптография - это наука о методах защиты информации путём шифрования исходных данных.

Шифрование - это преобразование открытой информации в зашифрованную и наоборот, а две составные части этого процесса называют соответственно зашифрованием и расшифрованием.

Для того, чтобы зашифрованое сообщение было возможным расшифровать, необходимо единовременное исполнение двух условий. Во-первых, функция расшифрования и функция зашифрования должны соответствовать друг другу, во-вторых, ключ расшифрования аналогично обязан соответствовать ключу зашифрования.

По стандарту ГОСТ 28147-89 понятию ключ соответствует следующее определение: "конкретное секретное состояние некоторых параметров алгоритма криптографического преобразования, обеспечивающее выбор одного преобразования из совокупности всевозможных для данного алгоритма преобразований". Говоря иначе, ключ - это уникальный код, при помощи которого можно изменять результаты работы алгоритма шифрования: одна и та же исходная информация при использовании различных ключей будет зашифрован по-разному.

Криптостойкость - основная характеристика алгоритмов шифрования и указывает прежде всего на степень сложности получения исходного текста из зашифрованного без соответствующего ключа.

Симметричное шифрование

История алгоритмов симметричного шифрования (шифрования с закрытым ключом) начинается с римского императора Гая Юлия Цезаря - в I веке до н.э. римлянин уже пользовался этим алгоритмом, впоследствии ставшего известным как "криптографическая система Цезаря".

Сегодня наиболее распространенным алгоритмом симметричного шифрования является стандарт DES, разработанный в 1977г в США и до последнего времени являвшийся американским государственным криптографическим стандартом. Однако относительно малая длина ключа DES (56 бит) и, как следствие, небольшая криптостойкость привели к тому, что во всем мире все больше используются новые разработки в области шифрования - российский стандарт шифрования ГОСТ 28147-89 и новый государственный криптостандарт США - Advanced Encryption Standard (AES).

Асимметричное шифрование

В настоящее время среди алгоритмов ассиметричного шифрования широкое распространение получил алгоритм RSA.

Проблемы криптографии

Главной проблемой любых алгоритмов симметричного шифрования является необходимость передачи ключей непосредственно "из рук в руки". Это достаточно серьезный недостаток, постольку, поскольку его использование делает нереализуемым использование алгоритмов симметричного шифрования в системах, где количество участников не ограничено. Тем не менее, в остальном шифрование с закрытым ключом имеет одни достоинства, которые особенно хорошо заметны на фоне серьезных недостатков асимметричного шифрования.

В первую очередь это - невысокая скорость выполнения операций шифрования и дешифрования, обусловленная наличием ресурсоемких операций. Другой недостаток "теоретический" - криптостойкость алгоритмов шифрования с открытым ключом так и не доказана. Это прежде всего связано с задачей дискретного логарифма - пока не удалось доказать, что ее решение за адекватное время невозможно. Дополнительные проблемы добавляет и необходимость защиты открытых ключей от подмены - заменив открытый ключ легального пользователя, злоумышленник сможет произвести шифрование информации на своем открытом ключе и впоследствии без проблем расшифровать его своим секретным ключом.

Несмотря на эти недостатки, алгоритмы асимметричного шифрования продолжают находить все большее применение. Сегодня уже реализованы криптографические системы, поддерживающие сертификацию открытых ключей, а также совмещающие в своей работе алгоритмы симметричного и асимметричного шифрования.

Шифр замены

Шифр простой замены, простой подстановочный шифр, моноалфавитный шифр — класс методов шифрования, которые сводится к созданию по определённому алгоритму таблицы шифрования, в которой для каждой буквы открытого текста существует единственная сопоставленная ей буква шифр-текста. Само шифрование заключается в замене букв согласно таблице. Для расшифровки достаточно иметь ту же таблицу, либо знать алгоритм, по которой она генерируется.

К шифрам простой замены относятся многие способы шифрования, возникшие в древности или средневековье, как, например, Атбаш или Шифр Цезаря. Для вскрытия подобных шифров используется частотный криптоанализ.

Шифр Виженера

Шифр Виженера  — метод полиалфавитного шифрования буквенного текста с использованием ключевого слова.

Этот метод является простой формой многоалфавитной замены. Шифр Виженера изобретался многократно. Впервые этот метод описал Джован Баттиста Беллазо (итал. Giovan Battista Bellaso) в книге La cifra del. Sig. Giovan Battista Bellasо в 1553 году, однако в XIX веке получил имя Блеза Виженера, французского дипломата. Метод прост для понимания и реализации, он является недоступным для простых методов криптоанализа.

Описание

В шифре Цезаря каждая буква алфавита сдвигается на несколько строк; например в шифре Цезаря при сдвиге +3, A стало бы D, B стало бы E и так далее. Шифр Виженера состоит из последовательности нескольких шифров Цезаря с различными значениями сдвига. Для зашифровывания может использоваться таблица алфавитов, называемая tabula recta или квадрат (таблица) Виженера. Применительно к латинскому алфавиту таблица Виженера составляется из строк по 26 символов, причём каждая следующая строка сдвигается на несколько позиций. Таким образом, в таблице получается 26 различных шифров Цезаря. На разных этапах кодировки шифр Виженера использует различные алфавиты из этой таблицы. На каждом этапе шифрования используются различные алфавиты, выбираемые в зависимости от символа ключевого слова. Например, предположим, что исходный текст имеет вид:

ATTACKATDAWN

Человек, посылающий сообщение, записывает ключевое слово («LEMON») циклически до тех пор, пока его длина не будет соответствовать длине исходного текста:

LEMONLEMONLE

Первый символ исходного текста A зашифрован последовательностью L, которая является первым символом ключа. Первый символ L шифрованного текста находится на пересечении строки L и столбца A в таблице Виженера. Точно так же для второго символа исходного текста используется второй символ ключа; то есть второй символ шифрованного текста X получается на пересечении строки E и столбца T. Остальная часть исходного текста шифруется подобным способом.

Исходный текст: ATTACKATDAWN

Ключ: LEMONLEMONLE

Зашифрованный текст: LXFOPVEFRNHR

Расшифровывание производится следующим образом: находим в таблице Виженера строку, соответствующую первому символу ключевого слова; в данной строке находим первый символ зашифрованного текста. Столбец, в котором находится данный символ, соответствует первому символу исходного текста. Следующие символы зашифрованного текста расшифровываются подобным образом.

Если буквы A-Z соответствуют числам 0-25, то шифрование Виженера можно записать в виде формулы:

Расшифровка: