Симметричное шифрование

Введение

Человечество использует шифрование с того момента, как появилась первая секретная информация - такая, доступ к которой не должен быть публичным. Суть шифрования заключается в предотвращении просмотра исходного содержания сообщения теми, у кого нет средств его дешифровки. Симметричное шифрование — это способ шифрования данных, при котором один и тот же ключ используется и для кодирования, и для восстановления информации. До 1970-х годов, когда появились первые асимметричные шифры, оно было единственным криптографическим методом.Криптография, или криптология, наука и искусство передачи сообщений в таком виде, чтобы их нельзя было прочитать без специального секретного ключа. В отечественном словоупотреблении термин «криптология» объединяет в себе «криптографию», т.е. шифрование сообщений, и «криптоанализ», т.е. несанкционированное расшифровывание сообщений. Исходное сообщение называется в криптографии открытым текстом, или клером. Симметричное шифрование (алгоритмы Виженера, метод замены,перестановки, гаммирования, DES, ГОСТ).Рассмотрим для примера Шифр Виженера (фр. Chiffre de Vigenère) — метод полиалфавитного шифрования буквенного текста с использованием ключевого слова.Этот метод является простой формой многоалфавитной замены. Шифр Виженера изобретался многократно. Впервые этот метод описал Джовани Баттиста Белласо в 1553 году, однако в XIX веке получил имя Блеза Виженера, французского дипломата. Метод прост для понимания и реализации, но является недоступным для простых методов криптоанализа.Хотя шифр легко понять и реализовать, на протяжении трех столетий он противостоял всем попыткам его сломать; чем и заработал имя le chiffre indéchiffrable (фр. неразгаданный шифр). Многие люди пытались реализовать схемы шифрования, которые по сути являлись шифрами Виженера.В шифре Цезаря каждая буква алфавита сдвигается на несколько строк; например в шифре Цезаря при сдвиге +3, A стало бы D, B стало бы E и так далее. Шифр Виженера состоит из последовательности нескольких шифров Цезаря с различными значениями сдвига. Для зашифровывания может использоваться таблица алфавитов, называемая tabula recta или квадрат (таблица) Виженера. Применительно к латинскому алфавиту таблица Виженера составляется из строк по 26 символов, причём каждая следующая строка сдвигается на несколько позиций. Таким образом, в таблице получается 26 различных шифров Цезаря. На каждом этапе шифрования используются различные алфавиты, выбираемые в зависимости от символа ключевого слова.Например, предположим, что исходный текст имеет вид:ATTACKATDAWNЧеловек, посылающий сообщение, записывает ключевое слово («LEMON») циклически до тех пор, пока его длина не будет соответствовать длине исходного текста:LEMONLEMONLEПервый символ исходного текста A зашифрован последовательностью L, которая является первым символом ключа. Первый символ L шифрованного текста находится на пересечении строки L и столбца A в таблице Виженера. Точно так же для второго символа исходного текста используется второй символ ключа; то есть второй символ шифрованного текста X получается на пересечении строки E и столбца T. Остальная часть исходного текста шифруется подобным способом.Исходный текст: ATTACKATDAWNКлюч: LEMONLEMONLEЗашифрованный текст: LXFOPVEFRNHRРасшифровывание производится следующим образом: находим в таблице Виженера строку, соответствующую первому символу ключевого слова; в данной строке находим первый символ зашифрованного текста. Столбец, в котором находится данный символ, соответствует первому символу исходного текста. Следующие символы зашифрованного текста расшифровываются подобным образом.Если буквы A-Z соответствуют числам 0-25, то шифрование Виженера можно записать в виде формулы:Расшифровка: Рассмотрим далее шифры замены,перестановки и табличного гаммирования.Математическая модель произвольного шифра замены  SА = (Х, К, Y, E, D), гдеX – символ (фрагмент) открытого текста в алфавите А, |A| = n;Y– символ шифртекста в алфавите В, |B| = m;K – ключ шифра k =1(1)K; Ek – преобразование зашифрования с ключом kз;Dk – преобразование расшифрования с ключом kp.Правило зашифрования произвольного шифра замены yj ∊ фk(хj), j = 1(1)J , j = 1(1)J.Гамми́рование, или Шифр XOR, — метод симметричного шифрования, заключающийся в «наложении» последовательности, состоящей из случайных чисел, на открытый текст. Последовательность случайных чисел называется гамма-последовательностью и используется для зашифровывания и расшифровывания данных. Суммирование обычно выполняется в каком-либо конечном поле.Классификация шифров. Признак - тип преобразования зашифрования открытого текста порождает при замене символа (фрагмента) Х на эквивалентный символ Y шифр текста: шифр замены; получение шифртекста перестановкой символов открытого текста порождает шифр перестановки; зашифрование последовательно открытого текста двумя или более разными шифрами порождает композиционный шифр.При совпадении ключей зашифрования и расшифрования kз= kр в шифрах замены возникает симметричный шифр; при несовпадении ключей kз≠ kр асимметричный шифр. Если в преобразованиях используются неоднозначные функции возникает шифр многозначной замены (пропорциональной замены, омофоны); шифр однозначной замены (шифр гаммирования) возникает в случае использования однозначных функций. Правило зашифрования для шифра однозначной замены yj = ф(хj), j = 1(1)J , j = 1(1)J.Шифр равнозначной замены возникает при выборе шифрующего символа yi из алфавита В, |B| = m, yi ∊ Вq, i =1(1)N; иначе возникает шифр разнозначной замены. Для шифров замены часто используют V∊Ар, для некоторого р∊N. При р = 1 возникают поточные шифры; при р>1 возникают блочные шифры замены.При использовании в процессе шифрования единственного алфавита шифр замены называют одноалфавитным шифром замены или шифром простой замены. В других случаях - многоалфавитным шифром замены. С шифрами перестановки ситуация более простая. Открытый текст размещают перед шифрованием в таблицу, например, a×b =4×7. Шифрованный текст пишем по столбцам пнотртйаиупнмреоешрвррекмаси. Это шифр маршрутной перестановки.В заключение отметим особенности стандартов шифрования DES и ГОСТ: HYPERLINK "https://intuit.ru/studies/courses/691/547/lecture/12379?page=2" Алгоритм шифрования ГОСТ 28147-89 - это стандарт симметричного шифрования, принятый в 1989 году в Советском Союзе и установивший алгоритм шифрования данных, составляющих государственную тайну.Несмотря на то, что алгоритм, изложенный в ГОСТ 28147-89, проектировался достаточно давно, в него заложен достаточный запас по надежности. Это связано, прежде всего, с большой длиной ключа шифрования.Как известно, разработчики современных криптосистем придерживаются принципа, что секретность зашифрованных сообщений должна определяться секретностью ключа. Это значит, что даже если сам алгоритм шифрования известен криптоаналитику, тот, тем не менее, не должен иметь возможности расшифровать сообщение, если не располагает соответствующим ключом. Все классические блочные шифры, в том числе DES и ГОСТ 28147-89, соответствуют этому принципу и спроектированы таким образом, чтобы не было пути вскрыть их более эффективным способом, чем полным перебором по всему ключевому пространству, т.е. по всем возможным значениям ключа. Ясно, что стойкость таких шифров определяется размером используемого в них ключа. В основном раунде DES применяются нерегулярные перестановки исходного сообщения, в ГОСТ 28147 используется 11-битный циклический сдвиг влево. Последняя операция гораздо удобнее для программной реализации. Однако перестановка DES увеличивает лавинный эффект. Заключение

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод:Шифрование является наиболее широко используемым криптографическим методом сохранения конфиденциальности информации, он защищает данные от несанкционированного ознакомления с ними. Симметричные алгоритмы зашифрования подстановки и перестановки считаются классическими шифрами и лежат в основе большинства современных методов шифрования. При этом без дополнительного усложнения они являются весьма нестойкими, поскольку легко подвергаются криптоанализу. Фундаментом криптоанализа является знание распределения частоты использования букв алфавита, позволяющее найти закономерности и взломать шифр

.Список использованных источников
П.Н. Девянин, О.О. Михальский, Д.И. Правиков, А.Ю. Щербаков Теоретические основы компьютерной безопасности. – М.: Радио и связь, – 2000.Martin, Keith M. Everyday Cryptography (англ.). — Oxford University Press, 2012. — p. 142 p. — ISBN 978-0-19-162588-6.Учебно - методическое пособие по дисциплине «Информационная безопасность» Симметричные криптографичекие системы https://kpfu.ru/staff_files/F105753572/EOR_KriptogrSistemy.pdfСвободная энциклопедия. https://ru.wikipedia.org/wiki/Шифр_Виженера#cite_note-1Статья.Криптография.Шифр Виженера https://www.sites.google.com/site/kriptografics/sifr-vizeneraСвободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/wiki/ГаммированиеХабр.Статья. Шифры замены и табличного гаммирования https://habr.com/ru/post/583616/ Лекция 6: Алгоритм криптографического преобразования данных ГОСТ 28147-89 https://intuit.ru/studies/courses/691/547/lecture/12379?page=2