Текст книги "Шифрованный мир. Азы криптографии и задачи по криптоанализу"

Шифр Вернама

Шифр Вернама – это симметричный полиалфавитный шифр с абсолютной криптографической стойкостью.

Шифр Вернама был изобретен в 1917 году сотрудниками AT&T (одна из крупнейших американских телекоммуникационных компаний США) Мейджором Джозефом Моборном и Гильбертом Вернамом. Шифр Вернама появился на свет после многочисленных безуспешных попыток Вернама усовершенствовать Шифр Виженера до невзламываемого.

Суть шифрования шифром Вернама проста для понимания и реализации на компьютере. Для того чтобы зашифровать открытый текст нужно всего лишь произвести объединение двоичного кода открытого текста с двоичным кодом ключа операцией «исключающее ИЛИ» (XOR), полученный двоичный код, представленный в символьном виде и будет шифровкой шифра Вернама. Если попробовать полученную шифром Вернама шифровку еще раз зашифровать шифром Вернама с этим же ключом, мы вновь получим открытый текст. Собственно, зашифрование шифра Вернама идентично его расшифрованию.

Несмотря на то, что теоретически небольшие сообщения можно зашифровывать и расшифровывать шифром Вернама вручную, гораздо удобнее использовать для этих целей компьютер, тем более что шифр Вернама подразумевает использование двоичной системы счисления.

Однако, при своей простоте шифр Вернама по утверждениям некоторых аналитиков является единственным абсолютно криптографически стойким. За счет чего? За счет строгих требований к ключу шифра Вернама.

– Ключ для шифровок шифра Вернама должен быть таким же длинным, как и сама шифровка

– Ключ шифра Вернама также должен быть абсолютно случайным

– Нельзя употреблять ключ более одного раза.

Именно поэтому шифр Вернама еще называют системой одноразовых блокнотов и используется в основном для передачи государственных тайн. Агент, которому должны приходить шифровки шифра Вернама, имеет при себе компактный шифроблокнот, содержащий в себе несколько ключей. Ключи для шифра Вернама формируются за счет истинно случайных явлений (радиоактивный распад атомных ядер, белый шум, погодные явления и др.). Использованные страницы шифроблокнота агент уничтожает, таким образом может осуществляться на практике использование шифра Вернама.

Также Шифр Вернама может использоваться для снижения вероятности перехвата сообщения при наличии только ненадёжных каналов передачи информации. В таких случаях, по одному из каналов передают шифровку, а по другому ключ. Так например, если вероятность перехвата пакета информации по каждому каналу равна 25%, то вероятность перехвата сообщения при таком применении шифра Вернама получается равной 6,25%, так как, чтобы расшифровать шифровку шифра Вернама, необходимо перехватить одновременно оба пакета информации.

Несмотря на очевидные сложности в запоминании, генерировании и передаче ключа, шифр Вернама обладает ещё и следующими недостатками:

– Уничтожить полученный ключ не так просто как кажется, особенно такой длинный, как в шифре Вернама

– При перехвате ключа шифра Вернама, злоумышленник или противник может подменить шифровку, при расшифровании которой получится совершенно иной открытый текст

Основные термины и определения. Классификация шифров

Однако, я надеюсь, что с развитием технологий (например, используя протокол квантового распределения ключа BB84), эти недостатки удастся нивелировать и сделать шифр Вернама самым простым и защищенным методом передачи информации.

А теперь самый популярный шифр, который упоминается в кинематографе:

Книжный шифр

Книжный шифр – метод шифрования, при котором каждый элемент (чаще всего слово) открытого текста заменяется на указатель аналогичного элемента в какой-либо книге. Обычно при шифровании книжным шифром используется словарь или Библия. Вместо каждого слова при этом шифре пишется, например, два числа – номер страницы и номер слова на этой странице. Ключом книжного шифра является не только сама книга, но именно такого издания и года выпуска, какая была у шифровщика.

Афинный шифр

Афинный шифр – это шифр простой замены, использующий в качестве ключа два числа a и b.

Эти числа (то есть ключ афинного шифра) определяют линейную зависимость порядковых номеров символов будущей шифровки от порядковых номеров заменямых символов открытой информации в используемом алфавите. Так, например, если a=2, b=8, то линейная зависимость афинного шифра 2x+8, то символ «А» (порядковый номер символа равен 1) заменяется на «И» (порядковый номер символа равен 2*1+8=10).

1.2.14Аффинный шифр

Шифр Цезаря – частный случай афинного шифра, где a=1. Таким образом, аффинный шифр хоть и малость надёжнее шифра Цезаря (требуется провести частотный анализ и угадать хотя бы 2 буквы, а не просто перебрать пару десятков вариантов), но ушёл от него не далеко.

Шифр Хилла

Шифр Хилла – полиграммный шифр подстановки, основанный на линейной алгебре с использованием матриц.

Шифровки Хилла получаются следующим образом: ключ, представленный в виде квадратной матрицы NxN умножается на N-мерный вектор. Полученный вектор по модулю длины используемого алфавита преобразуется в текст и шифр Хилла занимается обработкой следующего блока. Кстати, шифр Хилла является первым блочным шифром, который работает с блоками более 3 символов.

Как и все линейные шифры, шифр Хилла может быть легко взломан при наличии достаточно длинной шифровки. Однако для 1929 года тройное шифрование шифром Хилла с блоками по 6 символов было крайне стойким.

Так как система оказалась слишком сложна в использовании, Хилл собрал механическую шифровальную машину, которая упрощала эти операции. К сожалению, машина могла использовать лишь ограниченное множество ключей, и даже с машиной шифр использовался очень редко – лишь для шифрования некоторых государственных радиопередач.

История криптографии – Википедия

Практику по шифру Хилла можно получить по ссылке https://habr.com/ru/post/332714/

Шифр Атбаш

Шифр Атбаш – это шифр простой замены и тоже частный случай аффинного шифра с a=-1, b=N+1, где N – размер используемого алфавита. Это значит, что при зашифровании шифром Атбаш первая буква алфавита будет заменяться на последнюю, а вторая – на предпоследнюю. Да и само название шифра – «Атбаш» составлено из первой, последней, второй и предпоследней букв еврейского алфавита.

Так, например, при зашифровании шифром Атбаш фразы «это шифр атбаш» полученная шифровка будет выглядеть следующим образом – «ВМР ЖЦКО ЯМЮЯЖ».

Шифр пляшущих человечков

Шифр пляшущих человечков – это шифр простой замены, использующий в качестве символов шифровки схематические изображения человеческих фигур.

В 1903 году был опубликован рассказ Артура Конан Дойля о сыщике Шерлоке Холмсе «Пляшущие человечки». В рассказе посредством шифра пляшущих человечков общаются между собой Илси Патрик и Аб Слени, её бывший жених. Аб Слени посредством шифра пляшущих человечков пытается вернуть Илси, а когда та его отвергла, посылает ей предупреждение о её смерти. Шерлок Холмс, взломав шифр пляшущих человечков (при помощи частотного криптоанализа и предположив, что одно из слов «Илси»), отослал сообщение тем же шифром пляшущих человечков убийце. Аб Слени, будучи уверен, что его зовет Илси, ошибся (ведь шифр пляшущих человечков будучи симметричным шифром простой замены не обеспечивает аутентичности), попался и был осужден на каторжные работы.

Преимущество у шифра пляшущих человечков только одно – благодаря стеганографическим (об этом непонятном слове сразу в следующей главе) свойствам при небольшой длине шифровки может быть написан где угодно – на заборе, столбе, асфальте и сойдет за детские рисунки. Что касается недостатков, то их у шифра пляшущих человечков полный набор – будучи симметричным шифром простой замены, он не обеспечивает ни достаточной конфиденциальности, ни аутентичности.

Шифр «Пляшущие человечки – Кабинет Информатики

Стеганогра́фия

Стеганография (от греч. στεγανός – скрытый + γράφω – пишу; буквально «тайнопись») – способ передачи или хранения информации с учётом сохранения в тайне самого факта такой передачи (хранения).

В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое тайного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо или судоку. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.

Преимущество стеганографии над чистой криптографией состоит в том, что сообщения не привлекают к себе внимания. Сообщения, факт шифрования которых не скрыт, вызывают подозрение и могут быть сами по себе уличающими в тех странах, в которых запрещена гражданская криптография. Таким образом, криптография защищает содержание сообщения, а стеганография защищает сам факт наличия каких-либо скрытых посланий.

Стеганография – Википедия

Способами скрыть само существование шифрованного текста (или даже просто клера) может быть масса разных изобретений и методов: невидимые чернила, микроскопические фотоснимки, вклеиваемые в текст писем, запись на боковой стороне колоды карт, расположенных в условленном порядке, «жаргонные шифры», где слова имеют другое обусловленное значение, трафареты, которые, будучи положенными на текст, оставляют видимыми только значащие буквы или как в прошлой главе – рисунки на заборе.

В настоящее время под стеганографией чаще всего понимают сокрытие информации в текстовых, графических либо аудиофайлах путём использования специального программного обеспечения.

Стеганография – Википедия

Так что слушая Вашу любимую музыку, задумайтесь: а может в ней что-то уже зашифровано?

Практика по шифрам простой замены

Открываете приложение CryptoApp, первые две кнопки – дешифровка простой замены в зависимости от языка. Далее вводите/вставляете шифровку, приложение проводит частотный анализ и показывает предполагаемые замены и предполагаемый клер. Осталось лишь, исходя из своих умозаключений, помочь ему, указав на неточности в заменах.

№2 (русский язык)

жцко ямюяж юду, нфроъъ энъьр, цчрюоъмъс ъннъатц, цлыъхнфрх нъфмрх прэнмясиъэ. рсц оячояюрмяуц тсршънмэр оячуцзсдй фрырэ ц жцкорэ, фрмродъ цнпругчрэяуцнг ыуа нрфодмца эяшсдй цтъс ц сячэясцх, змрюд прмрт цчюъшямг поънуъырэясца. чсясца вмцй фрырэ ц жцкорэ юдуц прмрт пъоъыясд ьсрнмцфят, фрмродъ, э нэрб рзъоъыг, пъоъыяуц цй фямяоят. прчшъ роыъс мятпуцъорэ чяэъоюрэяу фямяонфцй ыэроас ц пъоъсау чсясца жцкорэ.

№3 (английский язык, в шифровке нет пробелов)

bou-cbd.hd-bh.stdw.ho.cnv.hubis-dgajzdjou-adna–ldnjww-h-hdwv-dojdu-advcvhvbsdbqq-babcp-kdvcs.l-djou-adg-zbs-dw-.o.-hrdhu-dvh-hdzbs-dbooa.ivo-hdydwa-hh-wd.cdbazjardujsw.cndbdhq-bad.cdu-adubcwhkdhu-d. hdbshjdbppjzqbc.-wditdhbpa-wdbc. zbshkdou-dw-hpa. qo. jchd-zqubh._-du-adsban-d-t-hk

Это были азы криптографии, но если Вам понравилось – можете попытаться залезть на одну ступеньку повыше и поизучать компьютерные шифры и протоколы конца 20 века, которые и сейчас широко используются: AES, International Data Encryption Algorithm, RSA, SSL, TLS, HTTPS, SSH, IPsec, PPTP.

Таблица стандартной кодировки символов для шифра Бэкона

 
А 00000
Б 00001
В 00010
Г 00011
Д 00100
Е 00101
Ё 00110
Ж 00111
З 01000
И 01001
К 01010
Л 01011
М 01100
Н 01101
О 01110
П 01111
Р 10000
С 10001
Т 10010
У 10011
Ф 10100
Х 10101
Ц 10110
Ч 10111
Ш 11000
Щ 11001
Ь 11010
Ы 11011
Ъ 11100
Э 11101
Ю 11110
Я 11111
 

Ответы на задачи

Шифр Бэкона: источниксбежал

Шифр простой замены №1: шифр онлайн добро пожаловать на сайт шифр онлайн!!! Здесь мы попытались рассказать о наиболее популярных, интересных и понятных шифрах, а также популяризовать крайне интересное приложение, позволяющее зашифровать, расшифровать и даже дешифровать сообщения различными видами шифрования в социальной сети вконтакте. полный список статей по шифрам смотрите ниже. рекомендуем начать с виды шифров.

Шифр простой замены №2: шифр атбаш был, скорее всего, изобретен ессеями, индейской сектой повстанцев. они разработали множество различных кодов и шифров, которые использовались для сокрытия важных имен и названий, чтобы потом избежать преследования. знания этих кодов и шифров были потом переданы гностикам, которые, в свою очередь, передали их катарам. позже орден тамплиеров завербовал катарских дворян и перенял знания шифров.

Шифр простой замены №3: Athena is easily distinguishable from other ancient Greek goddesses due to her unusual appearance. Unlike other female deities, she uses male attributes – dressed in armor, holding a spear in her hands. She is also accompanied by sacred animals. The descriptions emphasize her large eyes.

Зная, что это афинный шифр, вычислите его параметры а и b

Омофонный шифр №2: please do not say anybody that you resolve this puzzle actions speak louder than words

Шифр Виженера №1: ШИФР ОНЛАЙН ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ НА САЙТ ШИФР ОНЛАЙН!!! ЗДЕСЬ МЫ ПОПЫТАЛИСЬ РАССКАЗАТЬ О НАИБОЛЕЕ ПОПУЛЯРНЫХ, ИНТЕРЕСНЫХ И ПОНЯТНЫХ ШИФРАХ, А ТАКЖЕ ПОПУЛЯРИЗОВАТЬ КРАЙНЕ ИНТЕРЕСНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ, ПОЗВОЛЯЮЩЕЕ ЗАШИФРОВАТЬ, РАСШИФРОВЫВАТЬ И ДАЖЕ ДЕШИФРОВЫВАТЬ СООБЩЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ШИФРОВАНИЯ И ОТПРАВЛЯТЬ ШИФРОВКИ В СОЦИАЛЬНОЙ СЕТИ ВКОНТАКТЕ. ПОЛНЫЙ СПИСОК СТАТЕЙ ПО ШИФРАМ СМОТРИТЕ НИЖЕ. РЕКОМЕНДУЕМ НАЧАТЬ С ВИДЫ ШИФРОВ.

Шифр Вижинера №2: 0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ.,!?:-+ [пробел] () АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ

Алгоритм Диффи – Хеллмана: 2

Шифр Бофора: IN 1938, THE FIRM OF BORIS HAGELIN, THE FIRST AND ONLY CRYPTOLOGY MILLIONAIRE, PRODUCED A CIPHER MACHINE CALLED THE C-38. IT WAS INTENDED FOR USE BY THE SWISS ARMY, BUT WAS NOT WIDELY USED. IN 1940, HAGELIN SMUGGLED SEVERAL COPIES TO THE UNITED STATES. THERE, THE MACHINE WAS SLIGHTLY MODIFIED, RENAMED THE M-209 AND PUT INTO MASS PRODUCTION. ONE COPY COST ABOUT 64 DOLLARS. DURING WORLD WAR II, MORE THAN 140,000 COPIES OF THE M-209 WERE PRODUCED BY DIFFERENT COMPANIES.

Шифр простой замены №3: a = 7, b = -5