Криптография

МОРДОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.П.ОГАРЕВА 

Факультет светотехнический

Кафедра светотехники 
 
 
 
 
 

Реферат

по курсу  «Информатика»

на тему:

«Криптография» 
 
 
 

                                 Выполнила: студент 104 гр. спец. Сервис

                                                                   Натальина М. А.

      Проверил: доцент каф. светотехники

      Алексеев  Е.Г. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Саранск 2010

Содержание 
 

1. Введение      
2. Криптология: 

а) Появление  шрифтов.

б) Становление  науки криптологии, основные алгоритмы шифрования.

в) Криптология в новое время.

3. Шифрование подписи.
4. Обеспечиваемая шифром степень защиты. 
5. Криптоанализ и атаки на криптосистемы.
6. Заключение
7. Список используемой литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Известная американская киноактриса, ознакомившись  со своим досье в ФБР, воскликнула: "Боже, так я всю жизнь купалась в стеклянной ванне на людном перекрестке!" Поэтому когда США в 1994 году пытались принять за стандарт шифрования Clipper, позволяющий правительству читать любые частные шифровки, то более 50000 американцев направили по электронной почте в Вашингтон протесты.

Введение

  Изобретенная  тысячелетия назад письменность обладает свойством вседоступности, которое, в зависимости от получателя сообщения, можно рассматривать как полезное, или как вредное. Мы обычно рады получить письмо от знакомых, но бываем не в восторге, заметив, что конверт вскрыт и с его содержимым кто-то ознакомился. Потому параллельно письменности, развивается секретное письмо, сиречь по-гречески криптография.

  Криптография- это наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности (целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации.

  Она предназначена спрятать смысл письма от просто грамотных людей и сделать  его доступным лишь определенным адресатам. Поскольку компьютер  революционно расширил в последние  годы сферу письменности, то почти  одновременно возникла потребность  столь же большого развития криптографии. Актуальность этой науки набирает свои обороты.

  Основной  задачей криптологии является сохранность данных исследований, разработок и стратегической управляющей информации в компьютерных системах. Существует проблема экономических преступлений, прослеживается значительный их рост. При этом лидирующее положение занимают махинации в банках, которые сводятся к изменению данных с целью получения финансовой выгоды. Новизна компьютерных преступлений состоит в том, что информация, представляющая активы фирм, теперь хранится не на бумаге в видимом и легко доступном человеческому восприятию виде, а в неосязаемой и считываемой только машинами форме на электронных устройствах хранения. Раскрывается лишь малая часть компьютерных преступлений, так как финансовые компании предпочитают о них умалчивать, чтобы не потерять престижа.  
 
 
 
 
 
 
 
 

  Криптология. Появление шифров.

  Почти четыре тысячи лет назад в городе Менет-Хуфу на берегу Нила некий египетский писец нарисовал иероглифы, которые рассказывали историю жизни его господина. Сделав это, он стал родоначальником документально зафиксированной истории криптографии.

  Дошедшая  до наших дней надпись, вырезанная примерно в 1900 году до н. э. на гробнице знатного человека по имени Хнумхотеп, лишь в отдельных местах состоит из необычных иероглифических символов вместо более привычных иероглифов. По мере расцвета древнеегипетской цивилизации вводили в употребление новые иероглифы, первый звук произношения которых выражал желательную букву, как, например, изображение свиньи. Часто это делалось с целью, чтобы произвести впечатление на читателя. Иногда для того, чтобы блеснуть каллиграфией или ради красоты. Реже — чтобы отразить соответствующее тому времени произношение. Но постепенно многие надписи начинали преследовать другую, самую важную для криптографии цель — секретность.

  Итак, добавление элемента секретности в  преобразование иероглифов породило криптографию. Правда, это напоминало скорее игру, поскольку преследовалась цель задержать  разгадку только на самое короткое время. Поэтому криптоанализ также заключался всего лишь в раскрытии головоломки.

  Так родилась криптология. В течение 3000 лет ее развитие не было поступательным. В одних местах криптология появлялась самостоятельно и потом исчезала вместе с породившими ее цивилизациями. В других она выжила, проникнув в памятники литературы. Опираясь на ее литературную основу, последующие поколения уже могли карабкаться к новым высотам криптологии. Накопленные знания получили простор только в начале эпохи европейского Возрождения.

  В Европе криптография находилась в состоянии  застоя вплоть до наступления эпохи  Возрождения. Применявшиеся шифросистемы были предельно просты — фразы писались по вертикали или в обратном порядке, гласные заменялись точками, использовались иностранные алфавиты (например, древнееврейский и армянский), каждая буква открытого текста заменялась следовавшей за ней буквой.  
 
 

Становление науки криптологии. Основные алгоритмы шифрования.

  В ручных шифрах того времени часто  используются таблицы, которые дают простые шифрующие процедуры  перестановки букв в сообщении. Ключом в них служат размер таблицы, фраза, задающая перестановку или специальная  особенность таблиц. Простая перестановка без ключа - один из самых простых  методов шифрования. Например, сообщение  НЕЯСНОЕ СТАНОВИТСЯ ЕЩЕ БОЛЕЕ НЕПОНЯТНЫМ записывается в таблицу по столбцам. Для таблицы из 5 строк и 7 столбцов это выглядит так:

  Н О Н С Б Н Я 
Е Е О Я О Е Т 
Я С В Е Л П Н 
С Т И Щ Е О Ы 
Н А Т Е Е Н М 

  После того, как открытый текст записан  колонками, для образования шифровки он считывается по строкам. Если его  записывать группами по 5 букв, то получится: НОНСБ НЯЕЕО ЯОЕТЯ СВЕЛП НСТИЩ  ЕОЫНА ТЕЕНМ. Для использования  этого шифра отправителю и  получателю нужно договориться об общем  ключе в виде размера таблицы. Объединение букв в группы не входит в ключ шифра, используется лишь для удобства записи.  
 
Более практический метод шифрования, называемый одиночной перестановкой по ключу очень похож на предыдущий. Он отличается лишь тем, что колонки таблицы переставляются по ключевому слову, фразе или набору чисел длиной в строку таблицы. Использовав в виде ключа слово ЛУНАТИК, получим такую таблицу.

   
Л У Н А  Т И К 
4 7 5 1 6 2 З 
Н О Н С Б Н Я 
Е Е О Я О Е Т 
Я С В Е Л П Н 
С Т И Щ Е О Ы 
Н А Т Е Е Н М 
 
до перестановки

   
А И К Л Н Т У 
1 2 З 4 5 6 7 
С Н Я Н Н Б О 
Я Е Т Е О О Е 
Е П Н Я В Л С 
Щ О Ы С И Е Т 
Е Н М Н Т Е А 
после перестановки

  В верхней строке ее записан ключ, а номера под ключом определены по естественному порядку соответствующих  букв ключа в алфавите. Если в  ключе встретились бы одинаковые буквы, они бы нумеровались слева  направо. Получается шифровка: СНЯНН  БОЯЕТ ЕООЕЕ ПНЯВЛ СЩОЫС ИЕТЕН  МНТЕА. Для дополнительной скрытности можно повторно шифровать сообщение, которое уже было зашифровано. Этот способ известен под названием двойная  перестановка. Для этого размер второй таблицы подбирают так, чтобы  длины ее строк и столбцов были другие, чем в первой таблице. Лучше  всего, если они будут взаимно  простыми. Кроме того, в первой таблице  можно переставлять столбцы, а во второй строки. Наконец, можно заполнять  таблицу зигзагом, змейкой, по спирали  или каким-то другим способом. Такие  способы заполнения таблицы если и не усиливают стойкость шифра, то делают процесс шифрования гораздо  более занимательным.  
 
Кроме одиночных перестановок использовались еще двойные перестановки столбцов и строк таблицы с сообщением. При этом перестановки определялись отдельно для столбцов и отдельно для строк. В таблицу вписывался текст и переставлялись столбцы, а потом строки. При расшифровке порядок перестановок был обратный. Насколько просто выполнялось это шифрование показывает следующий пример:

   
2 4 1 3 
4 П P И Е 
1 3 Ж A Ю 
2 Ш Е С 
3 Т О Г О 
исходная таблица

  1 2 3 4 
4 И П Е Р 
1 A 3 Ю Ж 
2 Е С Ш 
3 Г Т О О

  перестановка  столбцов  

  1 2 3 4 
1 A 3 Ю Ж 
2 Е С Ш 
3 Г Т О О 
4 И П Е Р 
перестановка строк  

  Получается  шифровка АЗЮЖЕ СШГТООИПЕР. Ключом к этому шифру служат номера столбцов 2413 и номера строк 4123 исходной таблицы. Число вариантов двойной перестановки тоже велико: для таблицы 3х3 их 36, для 4 х 4 их 576, а для 5 х 5 их уже 14400. Однако двойная перестановка очень слабый вид шифра, легко читаемый при любом размере таблицы шифрования.

  Щифр магический квадратов-это квадратные таблицы со вписанными в их клетки последовательными натуральными числами от 1, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число. Подобные квадраты широко применялись для вписывания шифруемого текста по приведенной в них нумерации. Если потом выписать содержимое таблицы по строкам, то получалась шифровка перестановкой букв. Считалось, что созданные с их помощью шифровки охраняет не только ключ, но и магическая сила. Вот пример магического квадрата и его шифровки:

   
16 3 2 13 
5 10 11 8 
9 6 7 12 
4 15 14 1 
 
О И Р Т 
З Ш Е Ю 
Ж А С 
Е Г О П

  Полученная  из ПРИЕЗЖАЮ ШЕСТОГО, шифровка ОИРТЗШЕЮ ЖАСЕГОП представляется довольно основательной. На первый взгляд кажется, будто магических квадратов очень мало. Тем не менее их число очень быстро возрастает с увеличением размера квадрата. Так, существует лишь один магический квадрат размером 3 х 3, если не принимать во внимание его повороты. Магических квадратов 4 х 4 насчитывается уже 880, а число магических квадратов размером 5 х 5 около 250000. Поэтому магические квадраты больших размеров могли быть хорошей основой для надежной системы шифрования того времени, потому что ручной перебор всех вариантов ключа для этого шифра был немыслим.

  Широкое развитие торговли в средние века потребовало специфических шифров, предельно простых и удобных, которыми могли бы пользоваться купцы  для передачи, например, даты приезда или цены товара. Так, для ключа РЕСПУБЛИКА цифра 0 означает букву Р, цифра 1 означает Е, 2 - С, 3-Н и так далее. Поэтому получив от корреспондента сообщение ПРИБЫВАЮ ЕЛРПАС, они его читали как ПРИБЫВАЮ 16/03/92. Простота и удобство этой системы шифрования позволили ей дожить до начала этого века без всяких изменений.

  Другой  шифр, обычно называемый шифром Гронсфельда, состоит в модификации шифра Цезаря числовым ключом. Для этого под сообщением пишут ключ. Если ключ короче сообщения, то его повторяют циклически. Шифровку получают будто в шифре Цезаря, но отсчитывая необязательно только третью букву по алфавиту, а ту, которая сдвинута на соответствующую цифру ключа. Так, применяя в качестве ключа группу из трех начальных цифр числа "пи", а именно 314, получаем шифровку:

   
сообщение СОВЕРШЕННО СЕКРЕТНО 
ключ 3143143143143143143 
шифровка ФПЖИСЬИОССАХИЛФИУСС

  Чтобы зашифровать первую букву сообщения С используя первую цифру ключа 3, отсчитывается третья по порядку от С в алфавите буква С-Т-У-Ф и получается буква шифровки Ф. Разновидность этого шифра была применена в резидентном англорусском словаре, составленном студентами МВТУ, и взломка его доставила слушателям лекций по программированию не меньше удовольствия, чем разгадывание кроссворда. Шифр Гронсфелвда имеет массу модификаций, претендующих на его улучшение, от курьезных, вроде записи текста шифровки буквами другого алфавита, до нешуточных, как двойное шифрование разными ключами. Кроме этих шифров, зачастую использовался шифр простой замены, заключающийся в замене каждой буквы сообщения на соответствующую ей букву шифра. Такой шифр, популярный среди школьников, является простым кодом и вскрытие его возможно при длине шифровки всего в 20-30 букв, а при длинах текста свыше 100 символов представляет собой очень простую, но весьма увлекательную задачу приведенную ниже. А сейчас рассмотрим рождение шифра сложной замены (шифры сложной замены называют многоалфавитными, так как для шифрования каждого символа исходного сообщения применяется свой шифр простой замены. Шифр Гронсфельда тоже многоалфавитный шифр - в нем 10 вариантов замены.), который используется по сей день.  
 
Главным достижением Альберти Леона Батиста в криптологии было изобретение многоалфавитной замены, сделавших шифровку очень устойчивой к вскрытию. Этот шифр можно описать таблицей шифрования, иногда называемой таблицей Виженера, по имени Блеза Виженера, дипломата XVI века, который развивал и совершенствовал криптографические системы: