4. Шифры перестановки

Метод перестановки заключается в том, что символы шифруемого текста переставляются по определенным правилам внутри шифруемого блока символов, т.е. преобразования приводят к изменению только порядка следования символов исходного сообщения.

Рассмотрим некоторые наиболее часто встречающиеся разновидности этого метода - простую, усложненную по таблице и усложненную по маршрутам перестановку.

Шифрование простой перестановкой (вертикальной перестановкой) осуществляется следующим образом:

1. выбирается ключевое слово с неповторяющимися символами;

2. шифруемый текст записывается последовательными строками под символами ключевого слова;

3. зашифрованный текст выписывается колонками в той последовательности, в которой располагаются в алфавите буквы ключа (или в порядке следования цифр в натуральном ряду, если ключ цифровой).

В качестве иллюстрации приведем пример шифрования способом простой перестановки сообщения: «ШИФРОВАНИЕ МЕТОДОМ ПРОСТОЙ ПЕРЕСТАНОВКИ". При этом применим цифровой ключ 5 – 8 – 1 – 3 – 7 – 4 – 6 – 2. В исходном тексте вместо пробелов используется ЗНАК *.

5	8	1	3	7	4	6	2
Ш	И	Ф	Р	О	В	А	Н
И	Е	*	М	Е	Т	О	Д
О	М	*	П	Р	О	С	Т
О	Й	*	П	Е	Р	Е	С
Т	А	Н	О	В	К	И	*

Выписывая текст по колонкам и группируя символы по пять, получаем зашифрованный текст в виде:

Ф***н ндтс* рмппо вторк шиоот аосеи оерев иемйа

Расшифрование выполняется в следующем порядке:

1. подсчитываем число знаков в зашифрованном тексте и делим на число знаков ключа;

2. выписываем ключевое слово и под его знаками в соответствующей последовательности выписываем символы зашифрованного текста в определенном выше количестве;

3. по строкам таблицы читаем исходный текст.

Число ключей не более m!, где m - число столбцов таблицы.

Слабость шифрования простой перестановкой обуславливается тем, что при большой длине шифруемого текста в зашифрованном тексте могут проявиться закономерности символов ключа. Для устранения этого недостатка можно менять ключ после зашифровки определенного числа знаков.

Для получения и запоминания числового ключа существуют различные методы. Один из самых распространенных состоит в том, чтобы приписывать буквам числа в соответствии с алфавитным порядком букв. Возьмем, например, слово ПЕРЕСТАНОВКА. Присутствующая в нем буква А получает №1. Если какая-то буква входит несколько раз, то ее появления нумеруются последовательно слева направо. Поэтому второе вхождение буквы А получает №2. Буквы Б в этом слове нет, то буква В получает №3, и т.д.:

П	Е	Р	Е	С	Т	А	Н	О	В	К	А
9	4	10	5	11	12	1	7	8	3	6	2

Усложнение перестановки по таблице заключается в том, что для записи символов шифруемого текста используется специальная таблица, в которую введены некоторые усложняющие элементы. Усложнение состоит в том, что определенное число клеток таблицы не используется (в матрице на рисунке ниже они пусты). Количество и расположение неиспользуемых элементов является дополнительным ключом шифрования. Шифруемый текст блоками по m х n – s элементов (m х n – размеры таблицы,s – число неиспользуемых элементов) записывается в таблицу. Далее шифрование аналогично простой перестановке.

5	8	1	3	7	4	6	2
Ш	И		Ф	Р	О	В	А
		Н	И	Е	*	М	Е
Т	О	Д	О		М	*	П
Р			О	С	Т	О
Й	*		П	Е	Р	Е	С
Т		А	Н	О	В	К	И

Зашифрованный текст будет выглядеть так:

НДААЕ ПСИФИ ООПНО *МТРВ ШТРЙТ ВМ*ОЕ КРЕСЕ ОИО*

При расшифровании знаки зашифрованного текста записываются из столбцов таблицы в последовательности знаков ключа с пропуском неиспользуемых элементов, а исходный текст считывается по строкам.

Еще один вариант - шифр "Поворотная решетка". предназначен для сообщений длины 4mk. Берется трафарет размером 2m*2k клеток, вырезается m*k клеток так, что при наложении его на лист бумаги того же размера 4 различными способами (поворачивая на 90) его вырезы полностью покрывают всю площадь листа. Буквы сообщения последовательно вписываются в вырезы трафарета по строкам, в каждой строке слева направо, при каждом из 4-х его возможных положений в заранее установленном порядке. Чтобы расшифровать текст, трафарет накладывают в том же установленном порядке и выписывают символы, которые оказываются в вырезах при данном положении. Число возможных трафаретов, т.е. количество ключей этого шифра составляет 4^mk (при размере трафарета 8*8 число вариантов превосходит 4 миллиарда).

Весьма высокую стойкость шифрования можно обеспечить усложнением перестановок по маршрутам типа гамильтоновских. При этом для записи символов шифруемого текста используются вершины некоторого гиперкуба, а знаки зашифрованного текста считываются по маршрутам Гамильтона, причем используется несколько различных маршрутов. Для примера рассмотрим шифрование по маршругам Гамильтона при n =3. Структура и три маршрута показаны на рисунке 2.2, а пример шифрования – на рисунке 2.3.

Шифруемый текст: БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ С ПРЕДСТ [АВИТЕЛЕМ]

Зашифрованный текст: ТЕУБД ЬО ОСОРТЖЫНЕСП СРТД ...

Рисунок 1.3 - Пример структуры и маршрутов Гамильтона

Рисунок 1.4 - Пример шифрования по маршрутам Гамильтона