2.1.5. Одноалфавитные шифры.

Примером одноалфавитного шифра является шифр Цезаря, в котором каждая буква исходного открытого текста заменялась третьей по счету буквой латинского алфавита (с учетом циклического сдвига). Вскрытие такого шифра осуществляется путем перебора возможных ключей, в каче­стве которых используется величина сдвига букв сообщения в алфавите до появления осмысленного текста.

При простой моноалфавитной подстановке каждый знак m_i текста, принад­лежащего алфавиту А, заменяется соответствующим знаком h_i , принадлежа­щим к алфавиту шифротекста В. Соот-ветствие между знаками алфавитов А и В задается с помощью кодовой таблицы или выражения. Например, при ис­пользовании обобщенного «шифра Цезаря» выражение, устанавливающее связь между алфавитами А и В, имеет вид

где К — количество знаков в алфавитах;

h — постоянная величина сдвига.

Каждому знаку алфавитов, которые в рассматриваемом случае состоят из одних и тех же символов, ставится в соответствие число. Переход к шифротексту осуществляется в результате суммирования с некоторым постоянным числом h. Шифрование данным способом эквивалентно сдвигу алфавита на фиксированное число позиций h. Если сдвиг h=l, то, например, для русского алфавита буква А заменяется на букву Б, буква Б — на букву В, буква Я — на букву А и т. п. соответственно (рис. 5.15).

В качестве примера зашифруем вышерассмотренное информационное сообщение

ЗАСЕДАНИЕ СОСТОИТСЯ ЗАВТРА ЮСТАС.

После шифрования получим новое сообщение, которое имеет вид

ИБТЁЕБОЙЁ ТПТУПЙУТА ИБГУСБ ЯТУБТ

Увеличить надежность такого шифра можно путем использования пере­мешанного алфавита (см. рис. 5.15). Исходное сообщение после примене­ния такого алфавита будет иметь вид:

ЩЙПНЕЙДЗН ПЛПАЛЗАПЁ ЩЙУАРЙ ЮПАЙП

Рис. 5.15. Пример одноалфавитного шифра

Однако, не смотря на то, что количество возможных перестановок букв алфавита равно 33!, шифры моноалфавитной замены не являются высоко­стойкими и могут быть вскрыты с использованием вычислительной техни­ки достаточно быстро.

2.1.6. Многоалфавитные шифры

В шифрах многоалфавитной замены, в отличие от описанных выше, для шифрования применяются несколько перемешанных алфавитов, поочередно используемых при замене букв исходного шифруемого сообщения.

К многоалфавитным шифрам относятся шифр Вижинера, шифр «Энигма», цилиндр Джефферсона и др. Использование шифра Вижинера, например, сво­дится к следующему. Множество, например, из 33 алфавитов (циклических сдвигов) русского языка формируется путем последовательного сдвига букв исходного алфавита, подобно рассмотренному выше шифру Цезаря.

Совокупность всех алфавитов, сведенных в одну таблицу, образует так называемую шифровальную таблицу Вижинера (рис. 5.16). При шифрова­нии в этом случае также имеется кодовое слово, буквы которого определя­ют выбор конкретного алфавита, используемого при замене соответству­ющей буквы открытого текста. Процесс шифрования может быть описан, в данном случае, как суммирование номеров соответствующих друг другу букв открытого текста и ключевого слова по модулю 33.

Рассмотрим пример формирования шифра Вижинера для использованных выше информационного сообщения и ключевого слова, повторяющегося не­обходимое число раз.

Исходное сообщение разбивается на блоки с использованием ключевого слова «КОРЕНЬ», которое записывается над исходным открытым текстом 5 раз подряд (для нашего текста). Выбираем строку с алфавитом, который начинается с буквы К (первая буква ключевого слова) в первом столбце шифровальной таблицы Вижинера (см. рис 5.16). Первая буква шифрован­ного текста находится на пересечении этой строки и столбца таблицы, на­чинающегося с первой буквы открытого текста (первая строка таблицы), в данном случае это буква Т. Следующая буква шифротекста находится на пересечении строки таблицы, начинающейся со второй буквы ключевого слова — буквы О, и столбца, начинающегося со второй буквы открытого текста. Это буква — О. Аналогично производится шифрование остальных букв. В итоге, получается шифротекст, по количеству символов совпадаю­щий с исходным открытым текстом:

ТОВЙСЬ ШУХЦЬН ЭЭЩЧЯЫ ТОТЧЮЬ ИАГЕЯЦ

Для облегчения процессов шифрования и расшифрования обычно ис­пользуется специальная шифровальная линейка, состоящая из неподвиж­ной и подвижной частей (рис. 5.17). При шифровании соответствующая

Рис. 5.16. Шифровальная таблица Вижинера для русского алфавита

ЗАСЕДА НИЕСОС ТОИТСЯ ЗАВТРА ЮСТАС

КОРЕНЬ КОРЕНЬ КОРЕНЬ КОРЕНЬ КОРЕНЬ

Рис. 5.17. Пример формирования шифра Вижинера с

использованием шифровальной линейки

буква ключевого слова, например первая — К, путем перемещения под­вижной части устанавливается напротив буквы А неподвижной части ли­нейки. В этом случае над соответствующей буквой открытого текста, рас­положенной на неподвижной части линейки, находится находящаяся на

подвижной части соответствующая буква шифротекста.

Для увеличения криптостойкости в шифре Вижинера может использо­ваться переменный ключ, в качестве которого применяется некоторый текст, заранее известный отправителю и получателю сообщения.