20. Шифры подстановки и перестановки

Шифры подстановки заменяют элементы открытых данных на другие элементы. Шифры делятся на 2 группы: моноалфавитные и полиалфавитные. В моноалфавитных (Цезарь) символ исходного текста заменяется на другой заранее определенный символ ЗТ = (ОТ + ключ) mod N, N=32. Ключ можно определить, зная особенности языка. Существуют способы усложнения моноалфавитных шифров, которые искажают характеристику зашифрованного текста. Тут замещаются целые комбинации символов. В полиалфавитных используют несколько моноалфавитных подстановок, в зависимости от выбора алгоритма. Шифр Вижинера базируется на наборе из N цифр Цезаря со сдвигом от 0 до N-1. Шифр Вернома – шифрованный текст генерируется путем побитного выполнения логических операций XOR над открытым текстом и закрытым ключом, при этом ключ циклически повторяется после своего завершения. Абсолютно устойчивый ключ к расшифрованию предложил Меборн, усовершенствовав алгоритм Вернома, предложив ключ не повторять, при этом возникло понятие идеального ключа. Его признаки: длина ключа должна быть больше или равна длины шифра. Ключ должен вырабатываться случайным образом. Полностью соблюсти не получается.

Шифры перестановки. В данных шифрах в зашифрованном тексте новых символов не появляется. Простейший случай – преобразование лесенка. Открытый текст записывается в форме ступенек определенной длины, а зашифрованный текст формируется построчно. Существует множество модификаций данного метода: решетка, лабиринт. Для увеличения надежности используют многократное повторение алгоритмов.

21. Блочные шифры.

Это шифры, в которых логической единицей шифрования является некоторый блок открытого текста, после преобразования которого получается блок шифрованного текста той же длины. Обычно используют блоки размером 64 бита.

При этом схема С = Ек(М), М= Dк(С), где М – блок открытого текста, С – блок зашифрованного текста, K - открытый ключ, Е – операция кодирования, D – декодирование. Ключ в данном случае представляет собой некоторый блок двоичной информации фиксированного размера. Исходный и зашифрованный блоки имеют фиксированную разрядность равную между собой. При блочном шифровании преобразуемый блок может быть представлен в виде целого некоторого числа, из диапазона, соответствующего его разрядности. Блоки могут быть разбиты на подблоки и соответствующих им чисел. Над этими числами блочный алгоритм по определенной схеме производит некоторые элементарные действия: M = (M+V)mod(2ⁿ) – сложение по модулю 2;

M = M XOR V; M = (M*V) mod(2ⁿ) – умножение по модулю 2;

M = M SHL V – арифметический сдвиг.

M = M SHR V – арифметический сдвиг вправо.

M’= M ROL V – циклический сдвиг влево.

M’ = M ROR V – циклический сдвиг вправо. S - подстановка, P – перестановка.

Все современные блочные шифры представляют собой композицию элементарных преобразований. F = F1*F2*…Fi – называется простым преобразованием. Количество циклов может быть разным. DES – 16 циклов. Характерным признаком блочных алгоритмов является многократное использование ключа, при этом для каждого цикла вырабатывается свой ключ цикла, основанный на главном уникальном ключе. Блочные шифры являются очень высоко-производительными и высоко-надежными, поэтому нашли применение в различных областях. DES – размер ключа 56, блока 64, циклов 16. ГОСТ – размер ключа 256, блока 64, циклов 32.