Защита информации

СИММЕТРИЧНЫЕ ШИФРЫ ПЕРЕСТАНОВОК

И ПРОСТЫХ ЗАМЕН

Методические указания

к выполнению лабораторной работы №1

для студентов дневной формы обучения

1. Цель работы

Целью данной работы является

1. изучение понятий и принципов криптографии и криптоанализа;

2. освоение симметричных методов шифрования и дешифрации сообщений;

3. применение симметричных методов шифрования для защиты текстовых файлов;

4. применение симметричных методов шифрования для дешифрации сообщений с неизвестным ключом.

Продолжительность работы – 4 часа.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. изучение теоретической части методических указаний;

2. составление алгоритма и программы для шифрования текстовых файлов заданным методом;

3. составление алгоритма и программы для дешифрации зашифрованных текстовых файлов заданным методом при неизвестном ключе шифрования;

4. составление контрольного примера;

5. отладка программ;

6. защита лабораторной работы.

3. теоретические сведения

3.1. Основные понятия и определения

Значительная часть программных и аппаратных средств защиты информации основана на методах шифрования и дешифрации информации. Наука о шифровании информации для обеспечения ее конфиденциальности (секретности) и подлинности называется криптографией.

Методы шифрования (шифры) состоят из совокупности обратимых преобразований исходной информации, задаваемых ключом и криптографическим алгоритмом. При шифровании исходный открытый (незашифрованный) текст по определенному методу преобразуется в шифртекст (зашифрованный текст).

Ключ – секретное состояние параметров криптографического алгоритма, обеспечивающее выбор только одного варианта шифрования или расшифрования, из всех потенциально возможных для данного алгоритма. При передаче сообщений наиболее простой является криптографическая система с секретным ключом, обеспечивающая шифрование передаваемой информации (рис. 1).

Рис. 1. Криптографическая система с секретным ключом

Отправитель генерирует открытый текст исходного сообщения M, которое должно быть передано законному получателю по незащищенному каналу. Для того чтобы перехватчик не смог узнать содержание сообщения М, отправитель шифрует его с помощью обратимого преобразования E_к и получает шифртекст (или криптограмму) С = E_к (М), который отправляет получателю. Законный получатель, приняв шифртекст C, расшифровывает его с помощью обратного преобразования D = E_к^-1 и получает исходное сообщение в виде открытого текста М

D_к (С) = E_к^-1(Е_к(М)) = М. (1)

Преобразование E_к выбирается из семейства криптоалгоритмов с помощью конкретного криптографического ключа K, который в рассмотренной системе должен передаваться по защищенному (секретному) каналу связи.

Преобразование шифрования может быть симметричным и асимметричным относительно преобразования дешифрации. В криптосистеме с секретным ключом (рис.1) преобразование шифрования является симметричным, поэтому ее называют симметричной (одноключевой) криптосистемой.

Криптосистема может иметь разные варианты реализации:

1. набор инструкций;

2. аппаратные средства;

3. комплекс программ компьютера.

Они позволяют зашифровать открытый текст и расшифровать шифртекст различными способами, один из которых выбирается с помощью ключа K.

Наука о раскрытии исходного текста зашифрованного сообщения без доступа к ключу называется криптоанализом. Ключ или исходное сообщение раскрывается посредством обнаружения слабых мест в системе криптографической защиты.

Стойкость шифра определяется интервалом времени, необходимым для раскрытия ключа шифрования методами криптоанализа.

Методы шифрования должны

• достаточно надежно защищать данные от раскрытия;

• быть просты в реализации;

• быть надежными при случайных ошибках шифрования;

• присоединять к шифруемому тексту минимум избыточной информации.

Последним трем требованиям в полной мере соответствуют симметричные классические шифры перестановок и простых замен. Именно из них комбинируется все многообразие применяемых на практике симметричных методов шифрования информации.