6.3. Элементы криптоанализа
Любая попытка со стороны злоумышленника расшифровать шифротекст C и получить открытый текст М не имея подлинного ключа, называется криптоаналитической атакой.
Криптоанализ – это наука о раскрытии исходного текста зашифрованного сообщения без доступа к ключу. Успешный криптоанализ может раскрыть исходный текст или ключ. Он позволяет также обнаружить слабые места в криптосистеме, что в конечном счете ведет к тем же результатам.
Один из широко используемых методов криптоанализа для недостаточно криптостойких алгоритмов заключается в анализе частотности символов, встречающихся в зашифрованном тексте. Такой криптоанализ называют криптоанализом, основанном на исследовании частотности символов закрытого текста.
Особенностью большинства искусственных языков (и всех естественных) является то, что они имеют характерное частотное распределение букв и других знаков.
При этом многие, недостаточно стойкие простейшие алгоритмы шифрования сохраняют частотность символов в тексте. В основном этот недостаток свойственен простейшим методам замены (например, шифру Цезаря и ему подобным). Это распределение частотности дает криптоаналитику путь к раскрытию шифра.
Частотное распределение букв русского и английского алфавита в художественных текстах представлено ниже
Исследовав шифротекст и обнаружив, что наиболее часто встречаемый в нем символ – это «Б», а второй по встречаемости - «К», криптоаналитик может сделать вывод, что символ «Б» это «Пробел», а «К» это буква «о».
Другим примером криптоаналитической атаки является атака по открытому тексту. Например, зная непрерывную часть открытого текста, зашифрованного методом Вернама, большую или равную длине ключа, можно вычислить ключ путем сложения по модулю 2 открытой и соответствующей ей закрытой части текста. Данный факт объясняет малую криптостойкость закрытых архивов ARJ, в которых система Вернама используется для криптографической защиты.
6.4. Современные симметричные системы шифрования
При построении стойких шифров необходимо использовать два основных принципа – рассеивание и перемешивание [20,28].
Рассеивание предполагает распространение влияния одного знака открытого текста на множество знаков шифротекста, что позволяет скрыть статистические свойства открытого текста.
Перемешивание предполагает использование таких шифрующих преобразований, которые усложняют восстановление взаимосвязи статистических свойств открытого и шифротекста.
Обычно для достижения эффектов рассеивания и перемешивания используют шифры, реализованные в виде последовательности простых традиционных шифров, каждый из которых вносит свой вклад в суммарное рассеивание и перемешивание. Наиболее часто при этом используют традиционные шифры перестановки и замены.
При многократном чередовании простых перестановок и замен, управляемых достаточно длинным секретным ключом, можно получить очень стойкий шифр с хорошим рассеиванием и перемешиванием. Большинство существующих стандартов шифрования построены в полном соответствии с данной методологией.