67753

ШИФРИ ЗАМІНИ І ПЕРЕСТАНОВКИ

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Шифр заміни шифр підстановки метод шифрування при якому кожен елемент початкового тексту взаємнооднозначно замінюється одним або декількома знаками деякого алфавіту. Шифр простої заміни замінює кожен знак вхідного алфавіту на деякий знак з того ж алфавіту Результат заміни не залежить від розташування...

Украинкский

2014-09-14

118 KB

15 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT 3

Лабораторна робота № 6

Тема: ШИФРИ ЗАМІНИ І ПЕРЕСТАНОВКИ

Мета роботи – практично освоїти основи побудови шифрів заміни і перестановки. Здійснити вибір ключів і провести процедуру зашифрування-розшифрування повідомлень.

Короткі теоретичні відомості див. лекція 7.

Шифр заміни (шифр підстановки) – метод шифрування, при якому кожен елемент початкового тексту взаємно-однозначно замінюється одним, або декількома знаками деякого алфавіту. Шифр простої заміни замінює кожен знак вхідного алфавіту на деякий знак з того ж алфавіту, Результат заміни не залежить від розташування знаку у відкритому тексті. Ключами для шифрів заміни є таблиці заміни.

Шифр пропорційної заміни.

Основною слабкістю шифру простої однобуквенної заміни є віддзеркалення в частоті шифропозначень ймовірнісних властивостей букв відкритого тексту. Щоб наблизити частоти зустрічаємості букв до рівноймовірних, можна надати кожній шифрвеличині по декілька шифропозначень, причому тим більше, чим більше ймовірність появи букви у відкритому тексті. Такий шифр називається шифром пропорційної заміни, а використаний метод – рандомізацією відкритого тексту.

Шифр багатоалфавітної заміни.

Шифр багатоалфавітної заміни використовує сукупність шифрів простій заміни. Ця сукупність, як правило, є довготривалим ключем.

На кожному такті шифрування черговий символ відкритого тексту замінюється на символ шифрованого тексту за допомогою таблиці заміни, номер якої задається разовим ключем.

При скінченній довжині ключа шифр називається періодичним шифром багатоалфавітної заміни, оскільки при довгому відкритому тексті ключ в даному шифрі застосовується повторно необхідну кількість разів.

Однією із старих і найбільш відомих багатоалфавітних систем є криптосистема Виженера. Нехай треба зашифрувати відкритий текст  на ключі . Занумеруємо букви алфавіту+пропуск відкритого тексту і ключа числами в десятковій системі числення. Підпишемо під послідовністю чисел повідомлення послідовність чисел ключа і додамо числа цих послідовностей за модулем , де  - потужність алфавіту повідомлень. Рівняння шифрування і розшифрування -ої букви повідомлення виражаються відповідно формулами:

, ,

, .

Де , ,  – номери букв у відкритому тексті, криптограмі і ключі відповідно.

При псевдовипадковому ключі шифр називається шифром багатоалфавітної заміни з нескінченним періодом, якщо гарантується відсутність повторне використання ключа при будь-яких допустимих довжинах криптограм.

Шифри гамування.

У основі шифрів гамування лежить метод "накладання" ключової послідовності, яка називається гаммою, на відкритий текст. "Накладання" є додавання за деяким фіксованим модулем. Такі криптосистеми належать до багатоалфавітних шифрів заміни, і мають високі криптологічні властивості.

Нехай букви алфавіту  впорядковані в деякому природному порядку. Поставимо у відповідність кожній букві алфавіту її номер. Тоді можна покласти: , . Припустимо, що  – деяка підмножина множини відкритих текстів ,  – множина ключів , кожен з яких є послідовністю  з  символів. Для ключа  і повідомлення  введемо функцію

,

де , . Тоді трійка множин  , , разом з введеною функцією  називається шифром гамування, послідовність  – гаммою.

Процедура зашифрования називається модульним гамуванням, а кількість знаків в алфавіті – модулем гамування.

Перед зашифрованием формується дворядковий запис, де в одному рядку послідовно виписані знаки відкритого тексту, а в іншому – відповідні знаки гамми:

Кожному знаку відкритого тексту відповідає свій знак гамми, тобто вони утворюють вертикальні біграми знаків.

Однією з найбільш відомих тут систем є криптосистема Вернама (One-time pad – схема одноразових блокнотів). Система шифрування Вернама є окремим випадком системи шифрування Виженера.

Перед тим, як здійснити шифрування, необхідно перевести всі символи в їх однозначну числову інтерпретацію. Шифрування є додаванням за модулем  (потужність алфавіту) символу відкритого тексту і символу ключа з одноразового блокнота. Ключ в системі Вернама повинен мати важливі властивості: бути істинно випадковим; співпадати за розміром із заданим відкритим текстом; застосовуватися тільки один раз.

Проте чисто випадкова послідовність (в принципі) може містити неякісні ділянки. Більше практичними є криптосистеми що породжують псевдовипадкову гамму з дуже великим періодом.

К. Шенон довів абсолютну стійкість шифру Вернама. Це, по суті, означає, що шифр Вернама є найбезпечнішою криптосистемою з усіх можливих.

Шифри перестановки.

Відмінність цього типу шифру від шифрів заміни полягає в тому, що при зашифруванні буква  відкритого тексту переходить не у фіксований знак алфавіту, а в іншу букву того ж відкритого тексту , внаслідок чого букви розташовуються на нових місцях, тобто переставляються.

Ключем для даного шифру також служить таблиця заміни, тільки не букв алфавіту, а їх індексів (номерів місць) в тексті, який підлягає зашифруванню. У загальному випадку, розмір таблиці заміни дорівнює довжині відкритого тексту. Такі таблиці зручно формувати (і записувати) у вигляді підстановок.

Шифр вертикальної перестановки.

Шифр вертикальної перестановки є різновидом шифрів маршрутної перестановки, в яких відкритий текст записується в певну геометричну фігуру за деякоим "маршрутом", а потім за іншим "маршрутом" виписується з неї.

Для зашифрування шифром вертикальної перестановки будується прямокутна таблиця, кількість рядків якої визначається довжиною тексту, а кількість стовпців дорівнює довжині ключа. Ключ шифру – деяка перестановка  чисел, де  - число стовпців в таблиці. Відкритий текст стандартно вписується в прямокутник по рядках зліва направо. Букви криптограми виписуються по вертикалі, при цьому стовпці вибираються в порядку, визначеному ключем.


Порядок виконання роботи.

1. Вивчити короткі теоретичні відомості про шифри заміни і перестановки.

2. Зашифрувати відкритий текст: Standard of security за допомогою шифру простої заміни над латинським алфавітом.

3. Виходячи з розподілу ймовірностей знаків англійської мови, скласти шифрант і дешифрант шифру пропорційної заміни (на 100 цифрових шифропозначень).

4. Зашифрувати відкритий текст: There are several daily trains to Brighton за допомогою шифру Віженера над латинським алфавітом з довільно вибраним разовим ключем.

5. За допомогою одноразового шифрувального блокнота зашифрувати на ключі, який являє собою послідовність випадкових чисел, довільний відкритий текст довжиною не менше 23-х символів на будь-якій європейській мові.

6. Зашифрувати шифром вертикальної перестановки з ключем довжини 7 довільний відкритий текст довжиною не менше 50-и символів на будь-якій європейській мові.

7. Скласти звіт, приєднавши отримані результати.

Вимоги до звіту.

У звіті повинні бути приведені:

  1.  Короткі теоретичні відомості про шифри заміни і перестановки.
  2.  Відкриті повідомлення.
  3.  Зашифровані (розшифровані) повідомлення.
  4.  Опис вибраних ключів.
  5.  Відповіді на контрольні питання.

Контрольні питання.

  1.  В чому суть шифру заміни (підстановки)?

2. В чому суть шифру пропорційної заміни?

3. В чому суть шифру багатоалфавітної заміни?

4. В чому суть шифру Виженера?

5. В чому суть шифру гамування?

6. В чому суть шифру Вернама?

7. В чому суть шифру перестановки?

8. В чому суть шифру вертикальної перестановки?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80027. Сравнение регуляторов LQR и MPC с наблюдателем высокого порядка 1.24 MB
  Чтобы понять как все происходит внутри колонны требуется рассмотреть некоторые тонкости. Первый элемент который необходим для работы колонны это сырьевой насос перекачивающий сырую нефть из складского резервуара в систему. Внутри ректификационной колонны находится набор тарелок в которых проделаны...
80029. Оценка доходности и ликвидности в ВТБ 24 1.21 MB
  Основная цель деятельности коммерческого банка -– получение максимальной прибыли при обеспечении устойчивого длительного функционирования и прочной позиции на рынке. Поэтому прибыли и факторы влияющие на ее динамику занимает одно из центральных мест в анализе деятельности коммерческого банка.
80031. Исследование уровня жизни граждан и его реализации в сфере социального обеспечения 300 KB
  Однако не исключено, что при неразумной государственной политике грядущим поколениям России достанется дряхлеющее в борьбе с центробежными тенденциями и переворотами государство, расколотое и разлагающееся под бременем бедности и нищеты общество, больное и полуграмотное по стандартам...
80032. Створення об’єктивної картини проблем сучасної телерадіожурналістики на прикладі конкретних публікацій збірника «Теле- та радіожурналістика» 275.09 KB
  На сучасному етапі розвитку електронних засобів масової інформації журналіст радіо і телебачення виступає одночасно в кількох іпостасях здобувача укладача редактора аналітика оформлювача тлумача коментатора оглядача інформації та безпосереднього виконавця ролі її дикторського озвучування.
80035. Океанология. Физические явления и процессы в океане 14.3 MB
  Показан исторический опыт и современный уровень представлений о районировании и классификации подразделений Мирового океана. Приводятся основные сведения о физических явлениях и процессах в океане: рассматриваются вопросы перемешивания и устойчивости вод термики оптики акустики океана...