Криптоанализ

Распространенными методами криптоанализа являются статистические методы, при которых используются знания статистических свойств открытого текста и сопоставление их с найденными статистическими закономерностями перехваченных криптограмм, на основании чего может быть раскрыт текст или ключ. Одним из традиционных методов криптоанализа при использовании естественных языков является так называемый частотный анализ, основанный на том, что языки имеют характерное частотное распределение букв или других знаков.

Для определения возможности применения частотного анализа можно использовать так называемый индекс соответствия, представляющий собой оценку суммы квадратов вероятностей каждой буквы криптограммы. Крайнее значение индекса указывает на возможность использования частотного анализа. И, наоборот, его применение практически бесполезно при равномерном распределении символов в криптограмме.

Кроме того, может использоваться так называемый метод вероятных слов, в котором при сопоставлении некоторой небольшой части криптограммы с известным фрагментом текста пытаются найти ключ и с его помощью расшифровать весь текст. Требуемый фрагмент открытого текста может быть найден с помощью статистических методов или просто угадан, исходя из предполагаемого содержания или структуры открытого текста.

Классические методы шифрования

К классическим (базовым) методам шифрования относятся:

• методы подстановки;

• методы перестановки;

• аддитивные методы.

Классические методы шифрования могут использоваться как составные элементы и симметричных, и асимметричных систем шифрования.

Суть методов подстановки в том, что каждому символу алфавита, в котором выполнен открытый текст, ставят в соответствие символ этого же или другого алфавита или алфавитов и получают криптограмму путем соответствующей подмены.

Методы подстановки, в которых используется один алфавит, называются моноалфавитными, более одного – многоалфавитными. В качестве алфавитов в многоалфавитных методах может использоваться один и тот же алфавит, циклически сдвигаемый после каждого использования. Недостаток моноалфавитных методов в том, что текст криптограммы характеризуется теми же частотными закономерностями, что и открытый текст, следовательно, обладает невысокой защищенностью от статистического криптоанализа.

В качестве ключа в методах подстановки может использоваться закодированная информация об используемом алфавите, его сдвиге и т.п.

Методы перестановки не используют подмену символов, а сводятся к перестановке символов исходного открытого текста в соответствии с некоторым алгоритмом. Простейший метод состоит в том, что берется квадратная матрица и заполняется символами открытого текста по строкам, а затем считывается по столбцам.

Одним из усложнений метода перестановок является метод маршрутов Гамильтона. Он сводится к тому, что открытый текст разбивается на последовательности символов одинаковой длины, каждая из которых подвергается перестановке в соответствии правилом, специфичным для каждой последовательности.

Правило перестановки является в данном случае ключом.

Суть аддитивных методов сводится к следующему. Пусть задан открытый текст в некотором алфавите и некоторая последовательность букв этого же алфавита такой же длины, которая играет роль ключа. Тогда криптограмму можно получить так: буквы взаимно-однозначно закодировать целыми числами; произвести сложение чисел, соответствующих буквам текста и ключа, находящихся в одинаковых местах, по модулю, равному числу букв в алфавите; и опять вернуться от чисел к буквам. Проблемой становится порождение ключевой последовательности. Если ключ выбирается случайно, и его длина не меньше длины текста, то система теоретически абсолютно секретна, ее нельзя раскрыть. Однако, в вычислительной криптографии такой подход к формированию ключевой последовательности неприемлем. Чаще всего в вычислительной криптографии пользуются псевдослучайными ключами, порождаемыми в результате работы какого-либо детерминированного алгоритма преобразования информации. В качестве такового чаще всего используются датчики или генераторы случайных чисел (генераторы псевдослучайных последовательностей – ПСП).