Элементарные понятия криптографии
Наука о шифрах получила название криптология,слово образовано из двух греческих: "criptos" - тайный и "logos" - сообщение (слово). С самого начала криптология включала две взаимодополняющие ветви:криптографию,в которой изучались методы шифрования сообщений, икриптоанализ,где разрабатывались методы раскрытия шифров.
к
риптография
(разработка шифров)
К
РИПТОЛОГИЯ
криптоанализ (раскрытие шифров)
Возникновение шифров относится к глубокой древности, когда возникла потребность в обеспечении секретности некоторых ценных сведений или важных сообщений. Один из самых древних зашифрованных текстов был найден при раскопках в Месопотамии. Глиняная табличка, относящаяся к 20 веку до н.э., содержала рецепт глазури для покрытия гончарных изделий. Долгое время она была уделом талантливых одиночек и считалась искусством на грани черной магии.
До середины 20 века криптология выступала скорее как искусное ремесло, а не наука, как удел узкого круга избранных лиц. Однако большое количество эмпирического материала в области разработки, применения и раскрытия шифров, накопленного к этому времени, особенно в ходе мировых войн, создали предпосылки для научного обобщения криптологических знаний. Основополагающей работой криптологии считается работа американского ученого Клода Шеннона "Теория связи в секретных системах", опубликованная в 1949 году .
Все древние шифры были ручными, а значит весьма трудоемкими при шифровании длинных текстов. В 19-м веке появились сначала механические, а в 20-м - электромеханические и электронные устройства шифрования/дешифрования, а затем и компьютерные реализации таких алгоритмов. С широким распространением ЭВМ в начале 70-х годов появилась новая разновидность шифров - блочные, ориентированные на операции с машинными словами. До этого все шифры предполагали последовательную позначную обработку информации (их стали называтьпоточнымишифрами).
Шифр- это множество обратимых преобразований формы сообщения с целью его защиты от несанкционированного прочтения. Исходное сообщение, которое подвергается шифрованию, называетсяоткрытым текстом, а результат, полученный применением преобразования шифра к исходному сообщению, называетсяшифртекстомиликриптограммой. Переход от открытого текста к шифртексту называетсязашифрованием, а обратный переход -расшифрованием.
Принцип построения преобразования шифра (или просто шифра) всегда предполагает множество вариантов его реализации, а для конкретных случаев использования шифра выбирается вполне определенный вариант. Совокупность данных, определяющих конкретное преобразование шифра из множества возможных, называется ключом.
Стойкость шифра - это способность противостоять попыткам постороннего лица восстановить (дешифровать) открытый текст по перехваченному шифртексту. В этих попытках криптоаналитик сначала пытается предугадать принцип построения шифра, а затем определить ключ. Сравнительная стойкость шифров оценивается ориентировочно по времени, необходимому противнику, вооруженному современными средствами вычислительной техники, чтобы каким-либо способом (например, полным перебором вариантов), дешифровать сообщение. Чем больше вариантов ключей возможно, тем более трудным для дешифрования является шифр.
Однако получателю зашифрованного сообщения ключ должен быть известен, чтобы он имел возможность восстановить открытый текст. Очевидно, для нормального функционирования такой системы ключ должен храниться в секрете, поэтому она получила название криптосистемы (или шифросистемы)с секретным ключом. Иными словами: К.Шеннон рассматривает шифрование как отображение исходного сообщения в зашифрованное
С= FiM,
где С – криптограмма, Fi – отображение, М – исходное состояние. Индекс i соответствует конкретному используемому ключу. Для того, чтобы была возможность однозначного дешифрования сообщения отображение Fi должно иметь обратное отображение. Тогда
M=Fi-1С.
Схема функционирования криптосистемы с секретным ключом (модель К.Шеннона) показана на рисунке 1
Р
ис.
1.Криптосистема с секретным ключом
Источник сообщений порождает открытый текст Х. Источник ключей определяет ключ шифра Z, и шифратор источника с его помощью преобразует открытый текст Х в шифртекст Y, который передается по открытому каналу. Шифратор приемника делает обратное преобразование, получая с помощью ключа Z открытый текст Х из шифртекста Y. Важнейшей частью модели криптографической системы с секретным ключом является "защищенный" канал, по которому передается ключ. Это канал повышенной надежности и секретности, за которым может стоять некоторое устройство или даже специальный курьер. Строго говоря, защищенными должны быть все элементы системы, в которых используется секретный ключ.
Прежде чем переходить к рассмотрению современного состояния криптологии, заглянем немного в историю ее раннего развития.