Kurs ishi Mavzu bo'yicha taqdimot: Kriptografiya. Simmetrik kriptotizimlar Kirish

1. Kriptografiya fan sifatida

Kriptografiya - bu ma'lumotlarning maxfiyligini (ma'lumotni begonalarga o'qishning mumkin emasligi) va haqiqiyligini (yaxlitligi va muallifligining haqiqiyligini) ta'minlash usullari haqidagi fan.

Dastlab kriptografiya axborotni shifrlash usullarini - maxfiy algoritm yoki kalitga asoslangan ochiq (manba) matnni shifrlangan matnga (shifrlangan matn) teskari o'zgartirishni o'rgandi. Kalit - xabarlarni shifrlash/parchalashda kriptografik algoritm tomonidan qo'llaniladigan maxfiy ma'lumotlar. Xuddi shu algoritmdan foydalanganda shifrlash natijasi kalitga bog'liq. Kalitlar ishlatiladigan algoritmga qarab farqlanadi:
) Simmetrik kalitlar - simmetrik kriptotizimlarda ishlatiladigan kalitlar. Simmetrik kalitlarning (kriptotizimlarning) asosiy xususiyati: maxfiy xabarni shifrlash va shifrini ochish uchun siz bir xil kalitdan foydalanishingiz kerak (yoki teskari o'zgartirish kaliti oldinga o'tish kalitidan osongina hisoblanadi va aksincha).
) Asimmetrik kalitlar - assimetrik algoritmlarda qo'llaniladigan kalitlar, bu erda shifrlash va shifrlash xususiy (faqat egasiga ma'lum) va ochiq (hujjatning haqiqiyligini tekshirish uchun ruxsatsiz shaxslarga e'lon qilinishi mumkin bo'lgan kalit) kalitlari yordamida amalga oshiriladi.
Ushbu maqolada faqat simmetrik kriptotizimlar ko'rib chiqiladi.
Shifrlash va shifrlash
Shifr - uzatilayotgan ma'lumotlarning maxfiyligini ta'minlash uchun kalitga ega bo'lgan matnni o'zgartirish tizimining bir turi. Shifr an'anaviy belgilar kombinatsiyasi (odatiy alifbo, misol: Trithemius shifr) yoki harflar va raqamlarni o'zgartirish algoritmi (misol: Playfair shifrlash) bo'lishi mumkin. Xabarni shifr yordamida shifrlash jarayoni shifrlash deb ataladi. Shifrni kodlash bilan aralashtirmang - ma'lumotni bir shakldan ikkinchisiga o'zgartirish. Ikkinchisida kalit tushunchasi yo'q va bizning vaqtimizda ma'lumotni himoya qilish uchun kodlash amalda qo'llanilmaydi.
Shifrlar guruhlarga bo'linadi:
) ishlatiladigan kalitlar soni bo'yicha (yuqoriga qarang);
) xabarni shifrlash usuliga ko'ra:
. Blok shifrlash (bir vaqtning o'zida butun matn blokini shifrlaydi, barcha ma'lumotlarni olgandan so'ng shifrlangan matnni chiqaradi);
. Oqimli shifr (ma'lumotni shifrlaydi va kelishi bilan shifrlangan matnni ishlab chiqaradi, shuning uchun cheksiz hajmdagi matnni qayta ishlash imkoniyatiga ega bo'ladi);
. Shifrni almashtirish (asl matnning elementlari qandaydir qoidaga muvofiq shifrlangan matn bilan almashtiriladi; matn elementlari bitta belgilar, harflar juftlari, uch harflar va bu holatlarning kombinatsiyasi bo'lishi mumkin). Ushbu maqolada faqat almashtirish shifrlari ko'rib chiqiladi.
Kriptografiyada almashtirish shifrining to'rt turi mavjud:
) Bir alifboli shifr (oddiy almashtirish shifr) - ochiq matnning har bir belgisi berilgan kalit bilan o'rnatilgan bir xil alifboning qandaydir belgisi bilan almashtiriladigan shifr (masalan: Trithemius shifr, Sezar shifr). Shuni ta'kidlaymanki, oddiy almashtirish shifrlash har doim ham harfni boshqa harf bilan almashtirishni anglatmaydi. Harfni raqam bilan almashtirishdan foydalanishga ruxsat beriladi.
) Bir tovushli almashtirish shifrlash - ochiq matn belgisi bir nechta mumkin bo'lgan belgilardan biri bilan almashtirilishi mumkin. Bu turning yorqin misoli kitob shifridir. Ushbu usulning mohiyati kitobdan har qanday matnni tanlashdir, bu erda ma'lum bir harf bilan boshlanadigan so'zlarning raqamlari yoki harflarning koordinatalari (chiziq, qatordagi raqam) asl xabarning shifrini bajaradi. Bunday holda, bir harfga bir nechta kod mos kelishi mumkin.
) Poligrammani almashtirish shifrlash - shifrlashda bir belgi emas, balki butun belgilar guruhi almashtiriladi. Misollar: Playfair shifrlash, Hill shifrlash.
) Polialfavit almashtirish shifrlash - shifrlash bir nechta oddiy almashtirish shifrlaridan iborat. Ko'p alifboli shifrning mohiyati shifrlangan matnning ma'lum miqdordagi harflariga bir nechta monoalfavit shifrlarining tsiklik qo'llanilishidir.
Simmetrik shifrlarning klassik namunasi, shuningdek, almashtirish shifrlari:
. Kalitsiz oddiy almashtirish shifrlashning eng oddiy usuli hisoblanadi. Xabar jadvalga ustunlar bo'yicha yoziladi. To'g'ri matn ustunlarga yozilgach, shifrlashni shakllantirish uchun u satr satr o'qiladi. Ushbu shifrdan foydalanish uchun jo'natuvchi va qabul qiluvchi jadval o'lchami ko'rinishidagi umumiy kalit haqida kelishib olishlari kerak . Masalan, siz iborani shifrlashingiz kerak: Kichik sayyora. Keling, uni 5 × 5 jadvalga yozamiz ( satr va ustun raqamlari bilan birga):

	1	2	3	4
1	m	n	I	n
2	A	b	P	e
3	l	Kimga	l	T
4	e	A	A	A

Va satrlarni 2314 tartibda shifrlang:

1234
2	A	b	P	e
3	l	Kimga	l	T
1	m	n	I	n
4	e	A	A	A

Shifrlangan xabar: almeknaplaaetna.
Shifrni ochish teskari tartibda amalga oshiriladi.
. Bitta kalitli almashtirish - bu avvalgisiga juda o'xshash amaliyroq shifrlash usuli. U faqat jadval ustunlari kalit so'z yoki ibora bo'yicha taqdim etilganligi va alifbo tartibida qayta joylashtirilganligi bilan farq qiladi.
. Ikki marta almashtirish - shifrlangan xabar shunchaki qayta shifrlanadi. Bu usul shifrlashning kuchini oshirmasligi isbotlangan.
Hozirgi vaqtda almashtirish shifrlari faqat ma'lumot olish uchun ishlatiladi.
Shuningdek, kriptotizimlar ma'lum kriptografik kuchga ega. Kriptografik quvvat (kriptostrength) - shifrning kriptoanalizga (yorilish) qarshi turish qobiliyati. Muvaffaqiyatli hujum uchun krakerdan erishib bo'lmaydigan hisoblash resurslari, tutib bo'lmaydigan ochiq va shifrlangan xabarlar hajmi yoki uning muddati tugagandan so'ng himoyalangan ma'lumotlar ahamiyatsiz bo'ladigan katta yorilish vaqti kerak bo'lsa, shifr kuchli hisoblanadi. . Ko'pgina hollarda kriptografik kuchni matematik jihatdan isbotlab bo'lmaydi, faqat shifrlashning zaif tomonlarini isbotlash mumkin.
Kripto-chidamli shifrlar quyidagilarga bo'linadi:
) Mutlaqo chidamli; Har bir shifr uchun quyidagi shartlar bajarilishi kerak:
. Kalit har bir xabar uchun yaratiladi (ya'ni har bir kalit faqat bir marta ishlatiladi);
. Kalit statistik jihatdan ishonchli (ya'ni, mumkin bo'lgan belgilarning har birining paydo bo'lish ehtimoli teng);
. Kalit uzunligi xabar uzunligiga teng yoki undan katta.
Bu shartlarning barchasiga ega bo'lgan yagona shifr - Vernam shifridir.
) Etarli darajada chidamli; o'z navbatida ular quyidagilarga bo'linadi:
. Amalda chidamli;
. Hisoblash jihatdan mustahkam.
Ushbu shifrlarning kuchi krakerning hisoblash imkoniyatlariga bog'liq (to'g'rirog'i kriptoanalitik). Ushbu kurs ishida muhokama qilinadigan Playfair shifrlash juda kuchli; Trithemius shifr, o'z navbatida, kriptoanalitiklar uchun ancha zaifdir va almashtirish shifrlari deyarli hech qanday xavfsizlikka ega emas.
Simmetrik kriptotizimlarning afzalliklari va kamchiliklarini ta'kidlash kerak:
) Afzalliklar:
. Amalga oshirish qulayligi;
. Taqqoslanadigan xavfsizlik uchun kichikroq kalit uzunligi talab qilinadi (assimetrik kriptotizimlardan farqli o'laroq);
. Ajoyib o'rganish.
) Kamchiliklari:
. Katta tarmoqdagi kalitlarni boshqarishning murakkabligi (bu tarmoqda yaratilishi, uzatilishi, saqlanishi va yo'q qilinishi kerak bo'lgan kalit juftlari sonining kvadratik ko'payishini anglatadi; masalan, 10 ta abonentli tarmoq allaqachon 100 ta kalit uchun 45 ta kalitni talab qiladi. 4950, 1000 uchun - 499 500);
. Kalit almashinuvidagi qiyinchilik.
Simmetrik shifrlarning muhim xususiyati mualliflikni tasdiqlash uchun ulardan foydalanishning mumkin emasligidir, chunki kalit har bir tomon uchun ma'lum.