2.1.4. Шифры замены (подстановки)
Шифры замены (подстановки) образуются с помощью замены знаков открытого текста другими знаками или символами в соответствии с определенным правилом (ключом). С одним из таких шифров многие из нас впервые познакомились еще в детском возрасте, когда зачитывались захватывающими расследованиями знаменитого сыщика Шерлока Холмса. В рассказе А. Конан-Дойля «Пляшущие человечки», например, описывается как шифруются и расшифровываются тексты с помощью шифра замены. В этом шифре каждой букве алфавита соответствует изображение пляшущего человечка. Используя этот шифр можно произвести шифрование открытого текста, приведенного выше. В результате мы получим целый ансамбль пляшущих человечков, который изображен на рис. 5.13. Такой шифр имеет невысокую криптостойкость и, как видно из текста книги мастера детективов, может быть быстро расшифрован даже без использования какой-либо вычислительной техники.
В отличии от этого простейшего шифра, большинство современных шифров практически неврзможно расшифровать, то есть не существует вычислительных средств, способных в приемлемые сроки осуществить перебор возможных вариантов или эффективных алгоритмов, позволя- __ . ,- . . •-_ v-/ ющих значительно сократить Y, ~Т~ Jr ~t i ~T~ fjTTl заседание указанные переборные алгоритмы.
Рисунок 5.13 Открытый текст, закодированный шифром «Пляшущие человечки»
Шифрование на основе замены использует принцип шифроалфавита — перечня эквивалентов, применяемых для преобразования открытого текста в зашифрованный. В том случае, когда для шифрования используется всего один шифроалфавит, шифр
Рис. 5.14. Шифрование с использованием двоичного кода
называется одноалфавитным (моноалфавитным). Когда же используются два и более шифроалфавитов, шифр называется многоалфавитным (полиалфавитным).
Для увеличения скорости шифрования и использовании при этом вычислительной техники удобно использовать цифровое представление текстовой информации, при котором символы текста заменяются некоторыми цифровыми эквивалентами или представляются в виде двоичного кода. В этом случае, при шифровании, символы шифруемого текста последовательно складываются с символами некоторой специальной последовательности (ключом), называемой гаммой. Процедуру наложения ключа (гаммы) на исходный текст можно осуществить двумя способами.
При первом способе символы исходного текста, замененные цифровыми эквивалентами, (например, А — 32, Б — 27, В — 22 и т. д.), складываются по модулю К, где К — число символов в алфавите, с ключом (гаммой).
При втором способе символы исходного открытого текста и ключа (гаммы) представляются в виде двоичного кода, а затем складываются поразрядно друг с другом по модулю 2. Наглядно это представлено на рис. 5.14. Допустим, что необходимо зашифровать слово «КРОНА», каждая буква которого имеет эквивалент в виде двоичного кода. Используя ключ (гамму), например 1001, произведем его сложение по модулю 2 с двоичными кодами букв. В результате получается последовательность, состоящая только из 0 и 1. Восстановление исходной последовательности заключается в обратном сложении по модулю 2 исходного ключа и полученной шифропоследовательности.
Вместо сложения по модулю 2 можно использовать и другие логические операции, например, преобразование по правилу логической эквивалентности, что равносильно введению еще одного ключа, которым является выбор правила формирования символов зашифрованного сообщения из символов исходного текста и ключа. Шифрование по данному методу аналогично шифрованию методом многоалфавитной подстановки при условии, что длина ключа превышает длину шифруемого текста.