Классы методов криптографии

Рассмотрим классификацию методов криптографического закрытия.

1. Шифрование

1.1. ЗАМЕНА (ПОДСТАНОВКА)

1.1.1. Простая (одноалфавитная)

1.1.2. Многоалфавитная одноконтурная обыкновенная

1.1.3. Многоалфавитная одноконтурная монофоническая

1.1.4. Многоалфавитная многоконтурная

1.2. ПЕРЕСТАНОВКА

1.2.1. Простая

1.2.2. Усложненная по таблице

1.2.3. Усложненная по маршрутам

1.3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

1.3.1. С использованием алгебры матриц

1.3.2. По особым зависимостям

1.4. ГАММИРОВАНИЕ

1.4.1. С конечной короткой гаммой

1.4.2. С конечной длинной гаммой

1.4.3. С бесконечной гаммой

1.5. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ

1.5.1. Замена и перестановка

1.5.2. Замена и гаммирование

1.5.3. Перестановка и гаммирование

1.5.4. Гаммирование и гаммирование

2. Кодирование

2.1. СМЫСЛОВОЕ

2.1.1. По специальным таблицам (словарям)

2.2. СИМВОЛЬНОЕ

2.2.1. По кодовому алфавиту

3. Другие виды

3.1. РАССЕЧЕНИЕ-РАЗНЕСЕНИЕ

3.1.1. Смысловое

3.1.2. Механическое

3.2. СЖАТИЕ-РАСШИРЕНИЕ

Под шифрованием понимается такой вид криптографи-ского закрытия, при котором преобразованию подвергается каждый символ защищаемого сообщения. Все известные способы шифрования можно разбить на пять групп: подстановка (замена), перестановка, аналитическое преобра­зование, гаммирование и комбинированное шифование. Каждый из этих способов может иметь несколько разновидностей.

Под кодированием понимается такой вид криптографи­ческого закрытия, когда некоторые элементы защищаемых дан­ных (это не обязательно отдельные символы) заменяются зара­нее выбранными кодами (цифровыми, буквенными, буквен­но-цифровыми сочетаниями и т. п.). Этот метод имеет две разновидности: смысловое и символьное кодирование. При смысловом кодировании кодируемые элементы имеют вполне определенный смысл (слова, предложения, группы пред­ложений). При символьном кодировании кодируется каждый символ защищаемого сообщения. Символьное кодирование по существу совпадает с шифрованием заменой.

Перестановки — несложный метод криптографического преобразования. Используется, как правило, в сочетании с дру­гими методами.

Многоалфавитная подстановка — наиболее про­стой вид преобразований, заключающийся в замене символов исходного текста на другие (того же алфавита) по более или ме­нее сложному правилу. Для обеспечения высокой криптостойкости требуется использование больших ключей.

Гаммирование — этот метод заключается в наложении на исходный текст некоторой псевдослучайной последователь­ности, генерируемой на основе ключа.

Блочные шифры — последовательность (с возможным повторением и чередованием) основных методов преобразова­ния, применяемая к блоку (части) шифруемого текста. Блочные шифры на практике встречаются чаще, чем «чистые» преобразо­вания того или иного класса в силу их более высокой крипто-стойкости. Российский и американский стандарты шифрования основаны именно на этом классе шифров.

К отдельным видам криптографического закрытия отнесены методы рассечения — разнесения и сжатия данных. Рассечение—разнесение заключается в том, что массив защищаемых данных делится (рассекается) на такие элементы, каждый из которых в отдельности не позволяет раскрыть содержание защищаемой информации. Выделенные таким обпя зом элементы данных разносятся по разным зонам ЗУ или располагаются на различных носителях. Сжатие данных прел ставляет собой замену часто встречающихся одинаковых строк данных или последовательностей одинаковых символов некото­рыми заранее выбранными символами.

Кратко рассмотрим некоторые методы криптографического закрытия информации.

Шифрование заменой (подстановка). В этом наиболее про­стом методе символы шифруемого текста заменяются другими символами, взятыми из одного (одно- или моноалфавитная под­становка) или нескольких (много- или полиалфавитная подста­новка) алфавитов.

Самой простой разновидностью является прямая (про­стая) замена, когда буквы шифруемого сообщения заменя­ются другими буквами того же самого или некоторого другого ал­фавита. Таблица замены может иметь следующий вид (табл. 8.1).

Используя эту таблицу, зашифруем текст: In this book the reader will wind a comprehensive survey... Получим следующее за­шифрованное сообщение: At omiy pbbe omr nrsirn /add zail s xbwgnrmrtjafr jcnfru... Однако такой шифр имеет низкую стой­кость, так как зашифрованный текст имеет те же статистические характеристики, что и исходный. Например, текст на англий­ском языке содержит символы со следующими частотами появ­ления (в порядке убывания): Е — 0, 13, Т — 0, 105; А — 0, 081, О — 0, 079 и т. д. В зашифрованном тексте наибольшие частоты появления в порядке убывания имеют буквы R — 0, 12; О — 0, 09, А и N по 0, 07.

Естественно предположить, что символом R зашифрована буква Е, символом О — букв Т и т. д. Это действительно соот­ветствует таблице замены. Дальнейшая расшифровка не составляет труда. Эти методы дешифровки хорошо известны из клас­сической литературы (см., например, Артур Конан Дойль «Пля-ущие человечки», или Алан Эдгар По «Золотой жук»).

Если бы объем зашифрованного текста был намного больше, чем в рассмотренном примере, то частоты появления букв в зашифрованном тексте были бы еще ближе к частотам появления букв в английском алфавите и расшифровка оказалась бы еще проще. Поэтому простую замену используют редко и лишь в тех случаях, когда шифруемый текст короток.

Для повышения стойкости шифра используют полиалфа­витные подстановки, в которых для замены символов ис­ходного текста используются символы нескольких алфавитов. Известно несколько разновидностей полиалфавитной подста­новки, наиболее известными из которых являются одно- (обык­новенная и монофоническая) и много контурная.

При полиалфавитной одноконтурной обыкно­венной подстановке для замены символов исходного текста используются несколько алфавитов, причем смена алфавитов осуществляется последовательно и циклически, т. е. первый символ заменяется соответствующим символом первого алфави­та, второй — символом второго алфавита и т. д. до тех пор, пока не будут использованы все выбранные алфавиты. После этого использование алфавитов повторяется.

Шифрование методом перестановки. Этот метод заключается в том, что символы шифруемого текста переставляются по опре­деленным правилам внутри шифруемого блока символов. Рас­смотрим некоторые наиболее часто встречающиеся разновидно­сти этого метода, которые могут быть использованы в автомати­зированных системах.

Самая простая перестановка — написать исходный текст за­дом наперед и одновременно разбить шифрограмму на пятерки букв. Например, из фразы

ПУСТЬ БУДЕТ ТАК, КАК МЫ ХОТЕЛИ

получится такой шифротекст:

ИЛЕТО ХЫМКА ККАТТ ЕДУБЬ ТСУП.

В последней группе (пятерке) не хватает одной буквы. Значит, прежде чем шифровать исходное выражение, следует его дополнить не значащей буквой (например, О) до числа, кратн го пяти:

ПУСТЬ-БУДЕТ-ТАККА-КМЫХО-ТЕЛИО.

Тогда шифрограмма, несмотря на столь незначительное из менение, будет выглядеть по-другому:

ОИЛЕТ ОХЫМК АККАТ ТЕДУБ ЬТСУП

Кажется, ничего сложного, но при расшифровке проявятся серьезные неудобства.

Во время Гражданской войны в США в ходу был такой шифр: исходную фразу писали в несколько строк. Например, по пятнадцать букв в каждой (с заполнением последней строки не­значащими буквами).