Современная криптография

Начало XX характеризуется внедрением электромеханических машин в работу шифровальщиков, таких, как Энигма.

Энигма состоит из комбинаций механических электрических систем: клавиатуры, набора вращающихся роторов, расположенных вдоль вала и прилегающих к нему, и ступенчатого механизма, двигающего один или более роторов при каждом нажатии клавиши.

На роторах располагаются контакты, соответствующие буквам в алфавите (обычно от A до Z). Сам ротор отвечает очень простому типу шифрования, т.е. элементарному шифру замены. Например, контакт, отвечающий за букву E, мог быть соединен с контактом буквы T на другой стороне ротора. Но при использовании нескольких роторов в связке получается более надёжное шифрование.

С середины ХХ века до 1970-х гг. математика серьёзно внедряется в процесс шифрования. Обязательным этапом становится изучение уязвимостей шифра. Однако до 1975 года криптография оставалась классической (криптографией с секретным ключом).

С 1970-х годов наступает современный этап развития криптографии.

 

Симметричные шифрование - это способ шифрования, в котором для шифрования и расшифровывания используют один и тот же ключ.

Ключ шифрования должен быть известен обеим сторонам…и должен оставаться в секрете для посторонних.

Итак, первый метод симметричного шифрования - это метод простой перестановки:

1. Простая перестановка:

Из названия видно, что данный способ является самым простым.… Итак, кодируемое сообщение записывается в таблицу по столбцам. После этого для образования шифра текст считывается по строкам. Отправителю и получателю сообщения обязательно нужно договориться об общем виде размера таблицы. При расшифровывании действия выполняются в обратном порядке.

1. Одиночная перестановка по ключу.

Обладает несколько большей стойкостью к раскрытию.…Этот способ отличается от предыдущего тем, что столбцы таблицы переставляются по ключевому слову, фразе или набору чисел длиной в строку таблицы. Например, по слову пеликан.

В верхней строке левой таблицы записан ключ, а номера под буквами ключа определены в соответствии порядка их следования в алфавите.…В правой таблице столбцы упорядочены по числам. Далее сообщение также считывается по строкам, как в предыдущем примере.

1. Двойная перестановка.

Суть этого способа заключается в шифровании сообщения, которое уже было зашифровано. Итак, сначала в таблицу записывается текст сообщения, а потом поочерёдно переставляются столбцы, а затем строки. Число вариантов двойной перестановки увеличивается, если увеличивается размер самой таблицы.

1.  Перестановка «магический квадрат».

Этот способ применялся ещё в средние века. Магическим квадратом называют таблицу с вписанными в них натуральными числами, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число.

В магический квадрат вписывали шифруемое сообщение в соответствии с нумерацией символов. Далее сообщение выписывается по строкам, как и в предыдущих примерах. В те времена считалось, что криптограмма, полученная с помощью магического квадрата, являлась более стойкой к расшифровке.

Существует более десятка современных алгоритмов симметричных шифров, параметрами которого являются стойкость, длина ключа, сложность преобразования.

Криптоанализ

Говоря о шифровании, мы должны рассматривать две области - криптографию и криптоанализ. Криптография шифрует сообщение, а криптоанализ взламывает зашифрованные сообщения.

Основная цель криптоанализа с течением времени не изменилась. Криптоаналитики по-прежнему пытаются подобрать ключ, чтобы расшифровать шифр. Но методы криптоанализа сильно изменились. В наши дни используются специализированные криптоаналитические компьютеры для взлома шифра. Раньше криптоаналитиками являлись по большей части лингвисты, а сейчас это удел чистых математиков.

Некоторые методы взлома криптограмм были изобретены десятки веков назад. Первым известным письменным упоминанием о криптоанализе является «Манускрипт о дешифровке криптографических сообщений», написанный арабским учёным Ал-Кинди ещё в IX веке. В этом труде содержится описание частотного анализа.

Сутью частотного анализа является мысль о том, что частота появления заданной буквы алфавита в достаточно длинных текстах одна и та же для разных текстов одного языка.

Утверждается, что в каждом языке есть свои закономерности употребления различных комбинаций букв. Например, пара стоящих рядом букв «ся» в русском языке более вероятна, чем пара «цы», а «оь» вообще не встречается. Именно на этом строится метод частотного анализа.

Например, полиалфавитный шифр Виженера, о котором я уже упоминал, до 1863 года являлся самым устойчивым, пока Фридрих Касиски не предложил свою методику взлома этого шифра.

 Следующий этап развития связан с изобретением роторных шифровальных машин, таких как Энигма.

Благодаря математике криптография достигла такого развития, что количество математических операций по шифрованию и, следовательно, по взлому достигло астрономических значений.

Современная криптография стала гораздо более устойчивой к криптоанализу, в то время как раньше для взлома достаточно было ручки и листа бумаги. Тем не менее, криптоанализ рано списывать со счетов, поскольку неизвестно, насколько эффективными являются методы, применяемые спецслужбами для взлома шифра, а также сколько было проведено атак на различные распространенные сложные шифры. Таким образом, криптоанализпо-прежнему играет важную роль в обширной области защиты информации.

Главной задачей всех методов криптоанализа является поиск шифра, по которому производилось шифрование. Методы применяются в зависимости от того, какая информация содержится на руках у криптоаналитика. Если криптоаналитик обладает только шифром, то он будет пытаться найти ключ атакой на основе шифротекста и т.д.

Следует отметить, что подробного рассмотрения этих шифров, а также примеров их использования не содержится в открытой литературе. Информация, связанная с методами криптоанализа, является закрытой и предусмотрена только для служебного пользования.

Стоит также помнить, что в соответствии с Уголовным Кодексом РФ взлом чужой информации является уголовно наказуемым деянием.

.