Pозділ 2 теоретичні відомості мови програмування Java 2 страница

1.5. Дослідження потреби шифрування на підприємстві
Взявши за основу НВПП «Енерготехснаб», виявилося, що навіть підприємство, яке займається торгівлею i знаходиться на відстані від IT-технологій, потребує захисту інформації. Один з шляхів вирішення цього питання i є шифрування.
Як i будь-яке інше підприємство, «Енерготехснаб» веде бухгалтерський облік, для зручності використовується платформа «1С». Для безпеки баз даних, до яких не всі люди повинні мати доступ, i потрібен надійний алгоритм шифрування.
Звичайно, що це не допоможе збільшити прибуток підприємства, але y випадку атаки на хакерів, інформацію можуть використати в своїх цілях і, таким чином, заробіток може знизитися. Тому захист даних за допомогою криптографічної системи необхідний більшості підприємств i «Енерготехснаб» не виключення.
1.6. Найпоширеніші методи шифрування
Шифр Цезаря:
Шифр Цезаря — симетричний алгоритм шифрування підстановками. Використовувався римським імператором Юлієм Цезарем для приватного листування.
Принцип дії полягає в тому, щоб циклічно зсунути алфавіт, а ключ — це кількість літер, на які робиться зсув.
Якщо зіставити кожному символу алфавіту його порядковий номер (нумеруючи з 0), то шифрування і дешифрування можна виразити формулами:

(1.1)

де — символ відкритого тексту, — символ шифрованого тексту, — потужність алфавіту, а — ключ.
Можна помітити, що суперпозиція двох шифрувань на ключах і є просто шифруванням на ключі . Більш загально, множина шифруючих перетворень шифру Цезаря утворює групу .

Шифр Цезаря має замало ключів — на одиницю менше, ніж літер в абетці. Тому перебрати усі ключі не складає особливої роботи. Дешифрування з одним з ключів дасть нам вірний відкритий текст.
Також зламати шифр Цезаря також можна, як і звичайний підстановочний шифр, у зв’язку з тим, що частота появи кожної літери в шифртексті збігається з частотою появи у відкритому тексті. Якщо припустити, що частота появи літер у відкритому тексті приблизно відповідає середньостатистичній відносній частоті появи літер в текстах мови, на якій написано повідомлення, тоді ключ знаходиться зіставленням перших декількох літер, що трапляються найчастіше у відкритому та зашифрованому текстах. Тобто за допомогою методу частотного криптоаналізу. [5]
Шифр Віженера:
Поліалфавітний шифр, який у якості ключа використовує слово. Ключове слово повторюється, поки не отримано гаму, рівну довжині повідомлення.
Отримав назву на честь Блеза де Віженера. C_i = (P_i + K_j) mod 33 (Pі, Kj, Ci – місце в алфавіті виражене через цифри). Сі – буква, яку потрібно зашифрувати, Рі – буква по верхньому ряду, Кі – буква по нижньому ряду таблиці.

Таблиця 1.1

Таблиця для кодування по шифру Віженера

По вертикалі вибираємо літери відкритого тексту, а по горизонталі — ключа, на перетині цих значень отримуємо знаки шифротексту. Наприклад:
Відкритий текст: «полі/алфа/вітн/ий ши/фр»
Ключ: «ключ/ключ/ключ/кл юч/кл»
Шифротекст: «аайд/кьтч/мцрі/фш цґ/дв». [6]
Шифр Вермана:
у криптографії ця система шифрування винайдена в 1917 році співробітниками AT&T Джозефом Моборном і Гільбертом Вернамом.
Для відтворення шифртексту відкритий текст об'єднується операцією «виключне АБО» з ключем (названим одноразовим блокнотом або шифроблокнотом). При цьому ключ повинен володіти трьома критично важливими властивостями:
1. Бути справді випадковим;
2. Збігатися з розміром з заданим відкритим текстом;
3. Застосовуватися тільки один раз.
Шифр названий на честь телеграфіста AT&T Гільберта Вернама, що в 1917 році побудував телеграфний апарат, який виконував цю операцію автоматично - треба було тільки подати на нього стрічку з ключем. Не будучи шифрувальником, тим не менше, Вернам вірно помітив важливу властивість свого шифру - кожна стрічка повинна використовуватися тільки один раз і після цього знищуватися.
В 1949 році Клод Шеннон опублікував роботу, в якій довів абсолютну стійкість шифру Вернама. Інших шифрів з цією властивістю не існує. Це по суті означає, що шифр Вернама є найбезпечнішою криптосистемою з усіх можливих. При цьому умови, яким повинен задовольняти ключ, настільки сильні, що практичне використання шифру Вернама є важко здійсненним. Тому він використовується тільки для передачі повідомлень найвищої секретності.
На початку 20 ст. для передачі повідомлень все ширше і ширше використовувалися телетайпи. Тому потрібні були методи, що дозволяють шифрувати текст не до того, як він потрапляє до телеграфіста, а безпосередньо в момент передачі, і, відповідно, розшифровувати в момент прийому.
Подальше вдосконалення методу, запропонованого Вернамом, належить майбутньому начальнику зв'язку військ США Джозеф Моборну, що об'єднав хаотичність «гами», на яку спирався Вернам у своїй системі «автоматичного шифрування», з використовуваним у той час у військах правилом «одноразового шифрблокнота». Ідея Моборна полягала в тому, що кожна випадкова «гама» повинна використовуватися один, і тільки один раз. При цьому для шифрування кожного знака всіх текстів, які вже передані або будуть передані в найближчому майбутньому, повинен застосовуватися абсолютно новий і такий, що не піддається передбаченню знак «гами».
На практиці можна один раз фізично передати носій інформації з довгим дійсно випадковим ключем, а потім по мірі необхідності пересилати повідомлення. На цьому заснована ідея шифроблокнотів: шифрувальник при особистій зустрічі забезпечується блокнотом, кожна сторінка якого містить ключ. Такий же блокнот є і у приймаючої сторони. Використані сторінки знищуються.
Крім того, якщо є два незалежних канали, в кожному з яких ймовірність перехоплення низька, але відрізняється від нуля, шифр Вернама також можна застосувати: по одному каналу можна передати зашифроване повідомлення, по другому - ключ. Для того, щоб розшифрувати повідомлення, перехоплювач повинен прослуховувати обидва канали.
Шифр Вернама може застосовуватися, якщо є односторонній захищений канал: ключ передається в одну сторону під захистом каналу, повідомлення в іншу сторону захищаються ключем.
У період між двома світовими війнами в більшості країн з'являються електромеханічні шифратори. Вони були двох типів. Перший - пристрій, що складається з комутаційних дисків та механізму зміни їх кутових положень. За обома сторонами комутаційного диска розміщені контакти, відповідні алфавіту відкритого та шифрованого тексту. Контакти ці з'єднуються між собою відповідно до деякого правила підстановки, що зветься комутацією диска. Ця комутація визначає заміну літер в початковому кутовому положенні. При зміні кутового положення диска змінюється і правило підстановки. Таким чином, ключ шифрування містить кілька невідомих: схему з'єднання контактів і початкове кутове положення. Якщо після шифрування кожної літери міняти кутове положення диска - отримаємо багато алфавітне шифрування. Ще більш складний пристрій отримаємо, з'єднавши послідовно кілька дисків, кутові положення яких змінюються з різною швидкістю.
Широко відома шифрмашина «Енігма», якою були оснащені німецькі війська часів Другої світової війни, є типовим прикладом пристрою на комутаційних дисках. Конструктивно «Енігма» походила на звичайну друкарську машинку, тільки натискання клавіші призводило не до удару молоточка по паперу, а створювало електричний імпульс, що надходив у схему криптоперетворення. Американська шифрмашина М-209 - типовий приклад другого типу шифратора.
Таким чином, перед Другою світовою війною всі провідні країни мали на озброєнні електромеханічні шифрсистеми, що володіють високою швидкістю обробки інформації і високою стійкістю. Вважалося, що застосовувані системи неможливо розшифрувати і криптоаналізу більше робити абсолютно нічого. Як часто буває, ця думка була згодом спростована, і дешифровщики були безпосередніми учасниками бойових дій.
Завдяки накладеним обмеженням на ключ, в 1949 році Клод Шенон довів, що шифр Вернама є абсолютно криптостійким. Але:
1. Для роботи шифру Вернама необхідна дійсно випадкова послідовність нулів та одиниць (ключ). За визначенням, послідовність, отримана з використанням будь-якого алгоритму, є не зовсім випадковою, а псевдовипадковою. Тобто, потрібно отримати випадкову послідовність неалгорітмічно (наприклад, використовуючи радіоактивний розпад ядер, створений електронним генератором білий шум або інші досить випадкові події).
2. Проблемою є таємна передача послідовності та збереження її в таємниці. Якщо існує надійно захищений від перехоплення канал передачі повідомлень, шифри взагалі не потрібні: секретні повідомлення можна передавати з цього каналу. При цьому, оскільки довжина ключа така ж, як і довжина повідомлення, передати його не простіше, ніж повідомлення. Шифроблокнот на фізичному носії можна вкрасти або скопіювати.
3. Можливі проблеми з надійним знищенням використаної сторінки. Цьому схильні як паперові сторінки блокнота, так і сучасні електронні реалізації з використанням компакт-дисків або флеш-пам'яті.
4. Якщо третя сторона якимось чином дізнається повідомлення, вона легко відновить ключ і зможе підмінити повідомлення на інше такої ж довжини.
5. Шифр Вернама чутливий до будь-якого порушення процедури шифрування. Наприклад, контррозвідка США часто розшифровувала радянські та німецькі послання через неточності генератора випадкових чисел. Бували випадки, коли одна і та ж сторінка блокнота застосовувалася двічі - США також розшифровували такі послання. [7]

Наприклад:
Слово "Москаленко" ключ 57065
1 листок: 38902...
2 листок: 57065 23252 82110 22152 42125
3 листок: 23056...
Текст "привет мир" ключ 57065
1 листок: 28763...
2 листок: 73521...
3 листок: 57065 26271 91215 29432 31927
Кодування алфавіту виконуватиметься в такій послідовності: 0 – 00…, 9 – 09…, а – 10…, я – 43.

RSA:
RSA— криптографічна система з відкритим ключем.
RSA став першим алгоритмом такого типу, придатним і для шифрування і для цифрового підпису. Алгоритм використовується у великій кількості криптографічних застосунків.
Опис алгоритму:
Безпека алгоритму RSA побудована на принципі складності факторизації цілих чисел. Алгоритм використовує два ключі — відкритий (public) і секретний (private), разом відкритий і відповідний йому секретний ключі утворюють пари ключів (keypair). Відкритий ключ не потрібно зберігати в таємниці, він використовується для шифрування даних. Якщо повідомлення було зашифровано відкритим ключем, то розшифрувати його можна тільки відповідним секретним ключем.
Для того, щоб згенерувати пари ключів виконуються такі дії:
вибираються два великі прості числа і приблизно 512 біт завдовжки кожне;
обчислюється їх добуток ; (1.2)
обчислюється функція Ейлера ; (1.3)
вибирається ціле таке, що та взаємно просте з ;
за допомогою розширеного алгоритму Евкліда знаходиться число таке, що ; (1.4)
Число називається модулем, а числа і — відкритою й секретною експонентами відповідно. Пари чисел є відкритою частиною ключа, а — секретною. Числа і після генерації пари ключів можуть бути знищені, але в жодному разі не повинні бути розкриті.
Для того, щоб зашифрувати повідомлення обчислюється