69883

ШИФРЫ ЗАМЕНЫ И ПЕРЕСТАНОВКИ

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Шифр замены шифр подстановки метод шифрования при котором каждый элемент исходного текста взаимнооднозначно заменяется одним либо несколькими знаками некоторого алфавита. Шифр простой замены заменяет каждый знак входного алфавита на некоторый знак из того же алфавита.

Русский

2014-10-12

117.5 KB

17 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT 3

Лабораторная работа № 6

Тема: ШИФРЫ ЗАМЕНЫ И ПЕРЕСТАНОВКИ

Цель работы – практически освоить основы построения шифров замены и перестановки. Осуществить выбор ключей и провести процедуру зашифрования-расшифрования сообщений.

Краткие теоретические сведения (см. лекция 7).

Шифр замены (шифр подстановки) – метод шифрования, при котором каждый элемент исходного текста взаимно-однозначно заменяется одним, либо несколькими знаками некоторого алфавита. Шифр простой замены заменяет каждый знак входного алфавита на некоторый знак из того же алфавита. Результат замены не зависит от расположения знака в открытом тексте. Ключами для шифров замены являются таблицы замены.

Шифр пропорциональной замены.

Основной слабостью шифра простой однобуквенной замены является отражение в частоте шифробозначений вероятностных свойств букв открытого текста. Чтобы приблизить частоты встречаемости букв к равновероятным, можно придать каждой шифрвеличине по нескольку шифробозначений, причем тем больше, чем больше вероятность появления буквы в открытом тексте. Такой шифр называется шифром пропорциональной замены, а использованный метод – рандомизацией открытого текста.

Шифр многоалфавитной замены.

Шифр многоалфавитной замены использует совокупность шифров простой замены. Эта совокупность, как правило, является долговременным ключом.

На каждом такте шифрования очередной символ открытого текста заменяется на символ шифрованного текста с помощью таблицы замены, номер которой задается разовым ключом.

При конечной длине ключа шифр называется периодическим шифром многоалфавитной замены, поскольку при длинном открытом тексте ключ в данном шифре применяется повторно необходимое количество раз.

Одной из старейших и наиболее известных многоалфавитных систем является криптосистема Виженера. Пусть нужно зашифровать открытый текст  на ключе . Занумеруем буквы алфавита+пробел открытого текста и ключа числами в десятичной системе счисления. Подпишем под последовательностью чисел сообщения последовательность чисел ключа и сложим числа этих последовательностей по модулю , где  – мощность алфавита сообщений. Уравнения шифрования и расшифрования -й буквы сообщения выражаются соответственно формулами:

, ,

, .

где , ,  – номера букв в открытом тексте, криптограмме и ключе соответственно.

При псевдослучайном ключе шифр называется шифром многоалфавитной замены с бесконечным периодом, если гарантируется отсутствие повторное использования ключа при любых допустимых длинах криптограмм.

Шифры гаммирования.

В основе шифров гаммирования лежит метод "накладывания" ключевой последовательности, которая называется гаммой, на открытый текст. "Накладывание" представляет собой сложение по некоторому фиксированному модулю. Такие криптосистемы принадлежат к многоалфавитным шифрам замены, и имеют высокие криптологическим свойства.

Пусть буквы алфавита  упорядочены в некотором естественном порядке. Поставим в соответствие каждой букве алфавита её номер. Тогда можно положить: , . Допустим, что  – некоторое подмножество множества открытых текстов ,  – множество ключей , каждый из которых является последовательностью  из  символов. Для ключа  и сообщения  введём функцию

,

где , . Тогда тройка множеств , ,  вместе с введённой функцией  называется шифром гаммирования, последовательность  – гаммой.

Процедура зашифрования называется модульным гаммированием, а количество знаков в алфавите – модулем гаммирования. 

Перед зашифрованием формируется двухстрочная запись, где в одной строке последовательно выписаны знаки открытого текста, а в другой – соответствующие знаки гаммы:

Каждому знаку открытого текста соответствует свой знак гаммы, т.е. они образуют вертикальные биграммы знаков.

Одной из наиболее известных тут систем является криптосистема Вернама (One-time pad — схема одноразовых блокнотов).

Перед тем, как осуществить шифрование, необходимо перевести все символы в их однозначную числовую интерпретацию. Шифрование представляет собой сложение по модулю  (мощность алфавита) символа открытого текста и символа ключа из одноразового блокнота. Ключ в системе Вернама должен обладать важными свойствами: быть истинно случайным; совпадать по размеру с заданным открытым текстом; применяться только один раз.

Однако чисто случайная последовательность (в принципе) может содержать некачественные участки. Более практичными являются криптосистемы порождающие псевдослучайную гамму с очень большим периодом.

К. Шеннон доказал абсолютную стойкость шифра Вернама. Это, по сути, означает, что шифр Вернама является самой безопасной криптосистемой из всех возможных.

Шифры перестановки.

Отличие этого типа шифра от шифров замены состоит в том, что при зашифровании буква  открытого текста переходит не в фиксированный знак алфавита, а в другую букву того же открытого текста, скажем , в результате чего буквы располагаются на новых местах, т.е. переставляются.

Ключом для данного шифра также служит таблица замены, только не букв алфавита, а их индексов (номеров мест) в тексте, подлежащем зашифрованию. В общем случае, размер таблицы замены равен длине открытого текста. Такие таблицы удобно формировать (и записывать) в виде подстановок.

Шифр вертикальной перестановки.

Шифр вертикальной перестановки является разновидностью шифров маршрутной перестановки, в которых открытый текст записывается в определённую геометрическую фигуру по некоторому "маршруту", а потом по другому "маршруту" выписывается из неё.

Для зашифрования шифром вертикальной перестановки строится прямоугольная таблица, количество строк которой определяется длиной текста, а количество столбцов равно длине ключа. Ключ шифра – некоторая перестановка  чисел, где  – число столбцов в таблице. Открытый текст стандартно вписывается в прямоугольник по строкам слева направо. Буквы криптограммы выписываются по вертикали, при этом столбцы выбираются в порядке, определённом ключом.

Порядок выполнения работы.

1. Изучить краткие теоретические сведения о шифрах замены и перестановки.

2. Зашифровать открытый текст: Standard of security с помощью шифра простой замены над латинским алфавитом.

3. Исходя из распределения вероятностей знаков английского языка, составить шифрант и дешифрант шифра многозначной пропорциональной замены (на 100 цифровых шифробозначений).

4. Зашифровать открытый текст There are several daily trains to Brighton с помощью шифра Виженера над латинским алфавитом с произвольно выбранным разовым ключом.

5. С помощью одноразового шифровального блокнота зашифровать на ключе, представляющем собой последовательность случайных чисел, произвольный открытый текст длиной не менее 23-х символов на любом европейском языке.

6. Зашифровать шифром вертикальной перестановки с ключом длины 7 произвольный открытый текст длиной не менее 50-и символов на любом европейском языке.

7. Составить отчет, приобщив полученные результаты.

Требования к отчёту.

В отчёте должны быть приведены:

  1.  Краткие теоретические сведения о шифрах замены и перестановки.
  2.  Открытые сообщения.
  3.  Зашифрованные (расшифрованные) сообщения.
  4.  Описание выбранных ключей.
  5.  Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

  1.  В чём суть шифра замены (подстановки)?
  2.  В чём суть шифра пропорциональной замены?
  3.  В чём суть шифра многоалфавитной замены?
  4.  В чём суть шифра Виженера?
  5.  В чём суть шифра гаммирования?
  6.  В чём суть шифра Вернама?
  7.  В чём суть шифра перестановки?
  8.  В чём суть шифра вертикальной перестановки?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32149. Стратегическая карта и стратегические темы ССП 29 KB
  Эти цели содержат в себе детальное отображение различных аспектов стратегии. Каплан и Нортон рассматривают следующие аспекты: Четкое формулирование стратегии Передачу стратегии внутрь всей компании Согласование стратегии компании с целями персонала Связывание целей с годовым бюджетом Идентификацию и согласование стратегических инициатив Выполнение регулярных проверок с помощью обратной связи и необходимых корректировок стратегии В рамках ССП необходимо различать показатели которые измеряют достигнутые результаты и показатели...
32150. Базовые элементы построения стратегии по Портеру 24.5 KB
  Портер 1985 выделяет три ключевые общие стратегии: лидерство по затратам ндивидуализация и фокусирование. Лидерство по затратам. Жесткий контроль над затратами и накладными расходами сведение до минимума расходов в таких областях как исследования и разработки реклама и т. Стратегия лидерства по затратам часто создает прочную основу для конкуренции в отрасли.
32151. Стратегический переход от экономики производства к экономике знаний 28 KB
  Превращение науки в непосредственную производительную силу отмеченное в начале 1960х гг. На смену экономики фабричных труб когда преобладало массовое производство пришла экономика основанная на интеллектуальном труде человеческом капитале. Появление всемирной электронной рулетки когда реальные инвестиции подменяются спекуляцией когда человеческие ресурсы отвлекаются на бесплодные биржевые игры не может позитивно влиять на развитие мировой экономики. Касаясь вопросов связанных с...
32152. СУ в системе менеджмента 100.5 KB
  Конечная цель системы менеджмента выполнение миссии организации. Миссия это наиболее общая цель организации как конкурентоспособной структуры представленная в наиболее общей форме и четко выражающая основную причину существования организации. Стратегия корпорации это деловая концепция организации на заданную стратегическую перспективу представленная в виде долгосрочной программы конкретных действий которые способны реализовать данную концепцию и обеспечить организации конкурентные преимущества в достижении целей.
32153. Конкурентные преимущества. Базовые конкурентные стратегии 32.5 KB
  Конкурентные преимущества. Базовые конкурентные стратегии Конкретную рыночную позицию организации определяет ее конкурентные преимущества. Портеру конкурентные преимущества делятся на два основных вида: дифференциация продуктовтоваров и более низкие издержки на создание и реализацию товаров. Организации добиваются конкурентного преимущества находя новые способы конкуренции в своей отрасли и выходя с ними на рынок что можно назвать одним словом нововведение.
32154. Цепочка стоимости и система стоимости 24 KB
  Цепочка стоимости и система стоимости Виды деятельности при конкуренции в какойлибо конкретной отрасли можно разделить на категории. Они объединены в так называемую цепочку стоимости. Все виды деятельности входящие в цепочку стоимости вносят свой вклад в конечную потребительскую стоимость продуктатовара. Выбранная конкурентная стратегия определяет способ которым организация выполняет отдельные виды своей деятельности а также всю цепочку стоимости в целом.
32155. Переход от стратегического планирования к стратегическому менеджменту 36.5 KB
  Переход от стратегического планирования к стратегическому менеджменту Предшественником стратегического планирования была система долгосрочного планирования longrnge plnning. В арсенал новых методов используемых стратегическим планированием входят: модели анализа инвестиционных портфелей компаний разработка ситуационных планов развития применение сценарного планирования использование систем экспертных оценок применение различных аналитических матриц для исследования альтернатив возможного стратегического развития и т. Некоторые...
32156. Модели стратегического менеджмента 27 KB
  Модели стратегического менеджмента Одно из классических образных представлений о стратегическом мышлении в отличие от других видов мышления сделано К. В соответствии с моделью укрупненными являются следующие три этапа или фазы стратегического цикла организации: 1 стратегический анализ; 2 разработка стратегии стратегический синтезразвитие; 3 реализация стратегии. Отметим что рассматриваемая модель характеризует стратегическое управление организации и как органичную систему. В рамках предлагаемой модели стратегический...
32157. Анализ внешней среды организации. SWOT-анализ и PEST 38 KB
  Анализ внешней среды организации. К особенностям целевого SWOТ анализа при исследовании внешней среды организации относятся следующие. Вовторых анализ сильных и слабых сторон организации на втором этапе желательно увязывать с соответствующими результатами которые были выявлены и зафиксированы на первом этапе. Но и ценность любого тщательно просчитанного оптимального решения если оно появляется слишком поздно становится равной нулю На основании последовательного рассмотрения этих факторов принимаются решения по корректировке целей и...