Лабораторна робота №2 шифрування інформації в симетричних криптосистемах

1. Мета роботи

Навчитися шифрувати та розшифровувати повідомлення з допомогою симетричних криптосистем.

2. Прилади та матеріали

ПК, стандартні програми Windows.

3. Теоретичні відомості

Необхідність захисту інформації в основному виникла з потреб таємної передачі військових і дипломатичних повідомлень. Шифрували свої повідомлення античні спартанці. У китайців простий запис повідомлення з допомогою ієрогліфів робила його таємним для чужоземців. Найдревніші шифри – це шифри простої заміни, коли символи одного алфавіту заміняються символами другого, або того ж з певним зсувом. Такий шифр використовувався Юлієм Цезарем при переписці з Цицероном І ст.. до н.е. Тоді кожна буква замінювалась на другу букву алфавіту шляхом зсуву на певну величину , при досягненні кінця алфавіту виконувався циклічний перехід до його початку. Цезар використовував значення =3, тоді латинський алфавіт приймав вигляд:

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C

Як виглядала фраза “VENI VIDI VICI” (Прийшов, побачив, переміг) згідно з шифруванням Юлія Цезаря? (YHQL YLGL YLFL).

У складнішому варіанті значення змінюється для кожної букви.

Спочатку епохи Відродження (кінець ХІV ст..) починають застосовуватись шифруючи таблиці, які по суті задають правила перестановки букв в повідомленні. В якості ключа тут задаються розмір таблиці та особливості її структури. Наприклад (шифр Скібата): складається таблиця з п’яти рядів і семи стовпців. Повідомлення записується по стовпцям, а потім шифрується з рядків по певній кількості букв (наприклад 5), тоді повідомлення ТЕРМИНАТОР ПРИБЫВАЕТ СЕДЬМОГО В ПОЛНОЧЬ в таблиці зашифрується:

Т	Н	П	В	Е	Г	Л
Е	А	Р	А	Д	О	Н
Р	Т	И	Е	Ь	В	О
М	О	Б	Т	М	П	Ч
И	Р	Ы	С	О	О	Ь

А в зашифрованому вигляді отримаємо:

ТНПВЕ ГЛЕАР АДОНР ТИЕЬВ ОМОБТ МПЧИР ЫСООЬ.

Ми вже розглянули один з самих примітивних табличних шифрів – проста перестановка, ключем для неї є розмір таблиці (в нашому випадку з термінатором).

Це таблиця 5х7 і заміна написана в стовпцях, записується в рядки. Там кількість символів в слові шифротексті дорівнюють кількості рядків, а кількість слів – кількості стовпців. Цей шифр не дуже стійкий.

Більшостійкість має метод одиничної перестановки за ключем. Цей метод відрізняється від попереднього тим, що стовпці з вихідним текстом переставляються в залежності від ключового слова. Наприклад, для нашого повідомлення про термінатора використовують ключове слово ПЕЛІКАН.

П

Е

Л

И

К

А

Н

15

5

11

8

10

0

13

Т

Н

П

В

Е

Г

Л

Е

А

Р

А

Д

О

Н

Р

Т

И

Е

Ь

В

О

М

О

Б

Т

М

П

Ч

И

Р

Ы

С

О

О

Ь

А	Е	И	К	Л	Н	П
0	5	8	10	11	13	15
Г	Н	В	Е	П	Л	Т
О	А	А	Д	Р	Н	Е
В	Т	Е	Ь	И	О	Р
П	О	Т	М	Б	Ч	М
О	Р	С	О	Ы	Ь	И

Шифротекст: ГНЕВП

ЛТОАА

ДРНЕВ

ТЕЬИО

РПОТМ

БЧМОР

СОЫЬИ

Можна ще застосовувати метод подвійної перестановки. Розглянемо її на прикладі таблиці 4х4. Текст: “ПРИЛЕТАЮ ВОСЬМОГО”. Задали нумерацію ключовим словом або цифрами:

	4			1		3			2
3	П			Р		И			Л
1	Е			Т		А			Ю
4	В			О		С			Ь
2	М			О		Г			О

	1	2	3	4
3	Р	Л	И	П
1	Т	Ю	А	Е
4	О	Ь	С	В
2	О	О	Г	М

	1	2	3	4
1	Т	Ю	А	Е
2	О	О	Г	М
3	Р	Л	И	П
4	О	Ь	С	В

Шифротекст: ТЮАЕ ООГМ РЛИП ОЬСВ

В цьрму випадку ключом буде послідовність рядків і стовпців: 3142 і 4123. Це можуть бути і два ключових слова як і в попередньому прикладі. Кількість двійкових перестановок зростає з збільшенням розміру таблиці. Для таблиці 3х3 – 36 варіантів, 4х4 – 576 варіантів, 5х5 – 14400, в загальному .

Кількість варіантів при такому шифруванні зростає значно швидше, нцж у методі двійкової перестановки. Так для квадрата 3х3 існує лише один варіант магічного квадрата (його поворт не враховується), а для квадрату 4х4 вже 800 варіантів, для 5х5 – близько 250тис.

Для тих часів було нереально вручну виконати таку кількість переборів, тому вважалось, що шифротекст оберіагє не лише ключ, а й магія.

Наприклад, квадрат 4х4:

					16		3			2		13
					5		10			11		8
					9		6			7		12
					4		15			14		1

О	И	Р	М
Е	О	С	Ю
В	Т	А	Ь
Л	Г	О	П

Списаний по рядкам текст, має цілком загадковий вигляд: ОИРМ ЕОСЮ ВТАЬ ЛГОП, якщо букви прочитати по зростанню цифр отримаємо: “ПРИЛЕТАЮ ВОСЬМОГО”.