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

28 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

33900. Внешнеполитическая деятельность СССР в 50-х – начале 60-х гг.: отношения с социалистическими странами 34 KB
  Внешнеполитическая деятельность СССР в 50х начале 60х гг. СССр послал в Югославию комиссии для изучения того что сделано за годы разрыва. Официальный разрыв в 1960 когда КПК обвинила СССР в ревизионизме. Отказавшись от курса на мировую революцию СССР продолжал занимать руководящие позиции в лагере социалистических стран.
33901. Внешнеполитическая деятельность СССР в 50-х – начале 60-х гг.: отношения с развивающимися государствами 36.5 KB
  Внешнеполитическая деятельность СССР в 50х начале 60х гг. СССР оказывает экономическую помощь странам 3го мира. успех СССР в мире Женевская конференция в 1954 и 1955. СССР оказывает экономическую помощь странам 3го мира.
33902. Относительные величины, используемые в статистической практике 23.61 KB
  Относительная величина структуры ОВС характеризует структуру совокупности определяет долю удельный вес части в общем объеме совокупности. ОВС рассчитывают как отношение объема части совокупности к абсолютной величине всей совокупности определяя тем самым удельный вес части в общем объеме совокупности : Относительная величина координации ОВК отношение одной части совокупности к другой ее части; показываетсколько единиц части стоящих в числителе формулы приходится на единицу другой части находящейся в знаменателе....
33903. Общее представление о статистических таблицах 12.38 KB
  По внешнему виду статистическая таблица представляет собой ряд пересекающихся горизонтальных и вертикальных линий образующих по горизонтали строки а по вертикали графы столбцы колонки которые в совокупности составляют как бы скелет таблицы. В образовавшиеся внутри таблицы клетки записывается информация. Составленную таблицу принято называть макетом таблицы. Подлежащее таблицы показывает о каком явлении идет речь в таблице и представляет собой группы и подгруппы которые характеризуются рядом показателей.
33904. Виды статистических таблиц. (Статистические таблицы. Виды таблиц. Подлежащее и сказуемое в таблицах) 11.49 KB
  Статистические таблицы. Основными элементами статистической таблицы являются подлежащее и сказуемое таблицы. Подлежащее таблицы это объект статистического изучения то есть отдельные единицы совокупности их группы или вся совокупность в целом. Сказуемое таблицы это статистические показатели характеризующие изучаемый объект.
33905. Основные правила построения статистических таблиц 11.5 KB
  Таблицы состоят из элементов: 1Нумерационный заголовок 2Тематические заголовки 3Заголовки и подзаголовки граф. Основными элементами статистической таблицы являются подлежащее и сказуемое таблицы. Подлежащее таблицы это объект статистического изучения то есть отдельные единицы совокупности их группы или вся совокупность в целом. Сказуемое таблицы это статистические показатели характеризующие изучаемый объект.
33906. Виды статистических графиков 11.89 KB
  Линейные диаграммы строятся в системе координат по оси х откладываются отрезки соответствующие датам или периодам времени а по оси Y откладываются уровни ряда динамики или темпы их изменения. Линейные диаграммы применяются для характеристики оценки выполнения плана. Столбиковые диаграммы имеют одинаковое основание по оси х а высота их равна числовым значениям уровней признаков. Столбиковые диаграммы используются для сравнения по тер.
33907. Сущность средней величины и условия ее применения 11.19 KB
  Статистической совокупности. Средняя величина только тогда будет отражать типичный уровень признака когда она рассчитана по качественно-однородной совокупности.
33908. Средняя арифметическая и ее свойства 15.55 KB
  Средняя арифметическая и ее свойства. В статистической практике из всех видов средних чаще всего используется средняя арифметическая. Средняя арифметическая обладает некоторыми свойствами которые определяют ее широкое применение в экономических расчетах и в практике статистического исследования. Средняя арифметическая постоянной величины равна этой постоянной.