Основные задачи криптографии

Лекция № 8. Криптография

Основы криптографии

История криптографии

Проблема защиты информации путем ее преобразования, ис­ключающего ее прочтение посторонним лицом, волновала че­ловеческий ум с давних времен. История криптографии - ровес­ница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была своеобразной криптографиче­ской системой, так как в древних обществах ею владели только избранные. Примеры тому священные книги древнего Египта, древней Индии.

Историю криптографии условно можно разделить на 4 этапа:

· Наивная криптография;

· Формальная криптография;

· Научная криптография;

· Компьютерная криптография.

Для наивной криптографии(до нач. XVI века) характерно использование любых (обычно примитивных) способов запуты­вания противника относительно содержания шифруемых тек­стов. На начальном этапе для защиты информации использова­лись методы кодированияи стеганографии, которые родствен­ны, но не тождественны криптографии.

Большинство из используемых шифров сводились к пере­становкеили моноалфавитной подстановке. Одним из первых зафиксированных примеров является шифр Цезаря, состоящий в замене каждой буквы исходного текста на другую, отстоящую от нее в алфавите на определенное число позиций. Другой шифр, полибианский квадрат, авторство которого приписывает­ся греческому писателю Полибию, является общей моноалфа­витной подстановкой, которая проводится с помощью случайно заполненной алфавитом квадратной таблицей (для греческого алфавита размер составляет 5x5). Каждая буква исходного тек­ста заменяется на букву, стоящую в квадрате снизу от нее.

Этап формальной криптографии(кон. XV века - нач. XX века) связан с появлением формализованных и относительно стойких к ручному криптоанализу шифров. В европейских странах это произошло в эпоху Возрождения, когда развитие науки и торговли вызвало спрос на надежные способы защиты информации. Важная роль на этом этапе принадлежит Леону Батисте Альберти, итальянскому архитектору, который одним из первых предложил многоалфавитную подстановку. Данный шифр, получивший имя дипломата XVI века Блеза Вижинера, состоял в последовательном «сложении» букв исходного текста с ключом (процедуру можно облегчить с помощью специальной таблицы). Его работа «Трактат о шифре» (1466г.) считается пер­вой научной работой по криптологии.

Одной из первых печатных работ, в которой обобщены и сформулированы известные на тот момент алгоритмы шифро­вания является труд «Полиграфия» (1508г.) немецкого аббата Иоганна Трисемуса. Ему принадлежат два небольших, но важ­ных открытия: способ заполнения полибианского квадрата (первые позиции заполняются с помощью легко запоминаемого ключевого слова, остальные - оставшимися буквами алфавита) и шифрование пар букв (биграмм).

Простым но стойким способом многоалфавитной замены (подстановки биграмм) является шифр Плейфера, который был открыт в начале XIX века Чарльзом Уитстоном. Уитстону при­надлежит и важное усовершенствование - шифрование «двой­ным квадратом». Шифры Плейфера и Уитстона использовались вплоть до первой мировой войны, так как с трудом поддавались ручному криптоанализу.

В XIX веке голландец Керкхофф сформулировал главное требование к криптографическим системам, которое остается актуальным и поныне: секретность шифров должна быть осно­вана на секретности ключа, но не алгоритма.

Наконец, последним словом в донаучной криптографии, ко­торое обеспечили еще более высокую криптостойкость, а так­же позволило автоматизировать (в смысле механизировать) процесс шифрования стали роторные криптосистемы.

Одной из первых подобных систем стала изобретенная в 1790 году Томасом Джефферсоном, будущим президентом США механическая машина. Многоалфавитная подстановка с помощью роторной машины реализуется вариацией взаимного положения вращающихся роторов, каждый из которых осуще­ствляет «прошитую» в нем подстановку.

Практическое распространение роторные машины получили только в начале XX века. Одной из первых практически исполь­зуемых машин, стала немецкая Enigma, разработанная в 1917 году Эдвардом Хеберном и усовершенствованная Артуром Кирхом. Роторные машины активно использовались во время второй мировой войны. Помимо немецкой машины Enigma ис­пользовались также устройства Sigaba (США), Турех (Велико­британия), Red, Orange и Purple (Япония). Роторные системы - вершина формальной криптографии так как относительно про­сто реализовывали очень стойкие шифры. Успешные криптоатаки на роторные системы стали возможны только с появлени­ем ЭВМ в начале 40-х годов.

Главная отличительная черта научной криптографии(30-е - 60-е годы XX века) - появление криптосистем со строгим ма­тематическим обоснованием криптостойкости. К началу 30-х годов окончательно сформировались разделы математики, яв­ляющиеся научной основой криптологии: теория вероятностей и математическая статистика, общая алгебра, теория чисел, на­чали активно развиваться теория алгоритмов, теория информа­ции, кибернетика. Своеобразным водоразделом стала работа Клода Шеннона «Теория связи в секретных системах» (1949г.), где сформулированы теоретические принципы криптографиче­ской защиты информации. Шеннон ввел понятия «рассеивание» и «перемешивание», обосновал возможность создания сколь угодно стойких криптосистем.

В 60-х годах ведущие криптографические школы подошли к созданию блочных шифров, еще более стойких по сравнению с роторными криптосистемами, однако допускающие практиче­скую реализацию только в виде цифровых электронных уст­ройств.

Компьютерная криптография(с 70-х годов XX века) обя­зана своим появлением вычислительным средствам с произво­дительностью, достаточной для реализации криптосистем, обес­печивающих при большой скорости шифрования на несколько порядков более высокую криптостойкость, чем «ручные» и «механические» шифры.

Первым классом криптосистем, практическое применение которых стало возможно с появлением мощных и компактных вычислительных средств, стали блочные шифры. В 70-е годы был разработан американский стандарт шифрования DES(принят в 1978 году). Один из его авторов, Хорст Фейстел (со­трудник IBM), описал модель блочных шифров, на основе кото­рой были построены другие, более стойкие симметричные криптосистемы, в том числе отечественный стандарт шифро­вания ГОСТ 28147-89.

В середине 70-х годов произошел настоящий прорыв в со­временной криптографии - появление асимметричных крипто­систем, которые не требовали передачи секретного ключа между сторонами. Здесь отправной точкой принято считать работу, опубликованную Уитфилдом Диффи и Мартином Хеллманом в 1976 году под названием «Новые направления в современной криптографии». В ней впервые сформулированы принципы об­мена шифрованной информацией без обмена секретным клю­чом. Независимо к идее асимметричных криптосистем подошел Ральф Меркли. Несколькими годами позже Рон Ривест, Ади Шамир и Леонард Адлеман открыли систему RSA, первую практическую асимметричную криптосистему, стойкость кото­рой была основана на проблеме факторизации больших простых чисел. Асимметричная криптография открыла сразу несколько новых прикладных направлений, в частности системы элек­тронной цифровой подписи (ЭЦП)и электронных денег.

В 80-90-е годы появились совершенно новые направления криптографии: вероятностное шифрование, квантовая крипто­графия и другие.

Основные понятия и определения

Наукой, изучающей математические методы защиты инфор­мации путем ее преобразования, является криптология(kryptos - тай­ный, logos - нау­ка). Криптология разделяется на два направления - криптографиюи криптоана­лиз.

Криптографияизучает методы преобразования информации, обеспечивающие ее конфиденциальность и аутентичность.

Аутентичность информа­ции состоит в подлинности авторстваи целостности.

Криптоанализобъединяет математические методы наруше­ния конфиденциальности и аутентичности информации без зна­ния ключей.

Существует ряд смежных, но не входящих в криптологию отраслей знания. Так обеспечением скрытностиинформации в информационных массивах занимается стеганография. Обес­печение целостности информации в условиях случайного воз­действия находится в ведении теории помехоустойчивого ко­дирования. Наконец, смежной областью по отношению к криптологии являются математические методы сжатия информа­ции.

Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:

· Симметричные криптосистемы;

· Криптосистемы с открытым ключом;

· Системы электронной подписи;

· Управление ключами.

Основные направления использования криптографических методов - передача конфиденциальной информации по каналам связи (например, электронная почта), установление подлинности передаваемых сообщений, хранение информации (докумен­тов, баз данных) на носителях в зашифрованном виде.

Шифрование - способ преобразования данных из одного представления в другое — из «открытого» представления в «закрытое». и обратно. Под «открытым» представлением понимаются данные, содержащие информацию в том виде, в котором она, собственно, существует(например обычный текст); под «закрытым» — видоизмененные данные, которые не содержат изначальной информации сами по себе.

Кодирование – процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки.

Криптографическая система, или шифрпредставляет собой семейство Т обратимых преобразований открытого текста в шифрованный. Членам этого семейства можно взаимно одно­значно сопоставить число к называемое ключом. Преобразова­ние Т^ определяется соответствующим алгоритмом и значением ключа к.

Ключ - конкретное значение некоторых параметров алго­ритма криптографического преобразования, обеспечивающее выбор одного преобразования из семейства. Секретность ключа должна обеспечивать невозможность восстановление исходного текста по шифрованному.

Пространство ключей К - это набор возможных значений ключа. Обычно ключ представляет собой последовательный ряд букв алфавита. Следует отличать понятия ключ и пароль.

Криптосистемы подразделяются на симметричныеи асим­метричные(или с открытым (публичным) ключом).

В симметричных криптосистемахдля зашифрования и для расшифрования используется один и тот же ключ.

В системах с открытым ключомиспользуются два ключа - открытый (публичный)и закрытый (секретный),которые ма­тематически связаны друг с другом. Информация зашифровы­вается с помощью открытого ключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается с помощью закрытого ключа, известного только получателю сообщения.

Термины распределение ключейи управление ключамиотно­сятся к процессам системы обработки информации, содержани­ем которых является выработка и распределение ключей между пользователями.

Электронной цифровой подписьюназывается присоеди­няемое к тексту его криптографическое преобразование, кото­рое позволяет при получении текста другим пользователем про­верить авторство и целостность сообщения.

1.1.3.  «История» возникновения криптографии

Почти четыре тысячи лет назад в городе Менет-Хуфу на берегу Нила некий египетский писец нарисовал иероглифы, рассказавшие историю жизни его господина. Сделав это, он стал родоначальником документально зафиксированной истории криптографии.

Эта система не была тайнописью в том смысле, как ее понимают в современном мире. Для засекречивания своей надписи египетский писец не использовал никакого полноценного шифра. Дошедшая до наших дней надпись, вырезанная примерно в 1900 году до н. э. на гробнице знатного человека по имени Хнумхотеп, лишь в отдельных местах состоит из необычных иероглифических символов вместо более привычных иероглифов. Большинство из них встречается в последних двадцати столбцах, где перечисляются монументы, построенные Хнумхотепом во славу фараона Аменемхета II. Безымянный писец старался не затруднить чтение текста, а лишь придать ему большую важность, подобно тому, как в каком-нибудь заявлении по важному поводу пишут, например, «в год одна тысяча восемьсот шестьдесят третий от Рождества Христова», вместо того чтобы просто и без затей написать: «в 1863 году». Вместе с тем, хотя писец применил не тайнопись, он, бесспорно, воспользовался одним из существенных элементов шифрования — умышленным преобразованием письменных символов. Это самый древний известный текст, который претерпел такие изменения.

По мере расцвета древнеегипетской цивилизации и совершенствования письменности росло количество усыпальниц почитаемых умерших, и все более изощренными становились преобразования текстов на стенах гробниц. Со временем писцы стали заменять обычную иероглифическую форму буквы, например, рот, изображенный анфас, иной формой, например, ртом, изображенным в профиль. Они вводили в употребление новые иероглифы, первый звук произношения которых выражал желательную букву, как, например, изображение свиньи. Иногда произношение двух иероглифов различалось, но их изображение напоминало друг друга. Время от времени писцы использовали иероглиф по принципу ребуса, подобно тому, как, например, в английском языке изображение пчелы может означать букву «В». Эти преобразования были изначально свойственны обычному египетскому письму: именно с их помощью иероглифы приобрели свои звуковые значения. В дальнейшем они лишь усложнялись и делались все более искусственными.

Такие изменения обнаружены во многих местах — в надгробных надписях, восхвалявших умерших, в гимне в честь Тота и на саркофагах фараона Сети I. В них нет попыток скрыть истинный смысл текста. Большинство надписей дублируются в обычной форме рядом с измененной. Для чего же тогда это делать? Часто с той же определенной целью, что и в гробнице Хнумхотепа, — произвести впечатление на читателя. Иногда для того, чтобы блеснуть каллиграфией или ради красоты. Реже — чтобы отразить соответствующее тому времени произношение.

Но постепенно многие надписи начинали преследовать другую, самую важную для криптографии цель — секретность. В некоторых случаях секретность была нужна для усиления тайны и, следовательно, колдовской силы поминальных текстов. Гораздо чаще секретность проистекала из понятного желания древних египтян заставить прохожего прочитать их эпитафии и тем самым выразить умершим благословения, которые содержались в надгробных надписях. В Древнем Египте, с характерной для него непоколебимой верой в загробную жизнь, количество надгробных надписей быстро достигло такой степени, когда интерес к ним прохожих резко упал. Чтобы возродить былой интерес к надписям, писцы нарочно делали их несколько туманными. Они ввели криптографические знаки, дабы привлечь внимание читателя, заставить его задуматься и вызвать у него желание разгадать их смысл. Но эти приемы совершенно не удались. Вместо того чтобы заинтересовать читателя, они губили даже малейшее желание прочитать набившие всем оскомину эпитафии. А посему вскоре после появления «надгробной» криптографии от нее отказались.

Итак, добавление элемента секретности в преобразование иероглифов породило криптографию. Правда, это напоминало скорее игру, поскольку преследовалась цель задержать разгадку только на самое короткое время. Поэтому криптоанализ также заключался всего лишь в раскрытии головоломки. Таким образом, древнеегипетский криптоанализ был квазинаукой, в отличие от криптоанализа современного, ставшего чрезвычайно серьезной областью научных знаний. Однако всем великим делам свойственны скромные начинания. Иероглифы Древнего Египта действительно включали, хотя и в несовершенной форме, два важных элемента — секретность и преобразование письма, которые составляют основные атрибуты криптографии.

Так родилась криптология. В течение 3000 лет ее развитие не было поступательным. В одних местах криптология появлялась самостоятельно и потом исчезала вместе с породившими ее цивилизациями. В других она выжила, проникнув в памятники литературы. Опираясь на ее литературную основу, последующие поколения уже могли карабкаться к новым высотам криптологии. Но продвижение к ним было достаточно медленным и прерывистым. Больше было потеряно, чем сохранено. Значительная часть древней истории криптологии представляет собой плохо подобранный разношерстный букет, составленный из расцветающих, распустившихся и увядающих цветов одновременно. Накопленные знания получили простор только в начале эпохи европейского Возрождения.

В Индии, стране с древней высокоразвитой цивилизацией, люди с незапамятных времен пользовались несколькими разновидностями тайнописи. В классическом древнеиндийском трактате об искусстве управлять государством, написанном между 321 и 300 годом до н.э., рекомендуется, чтобы глава шпионской спецслужбы давал своим агентам задания с помощью тайнописи. Там же дипломатам дается совет прибегать к криптоанализу для получения разведывательных данных: «При невозможности беседовать с людьми пусть посол осведомится о происходящем у врага из речей нищих, пьяных, сумасшедших, спящих или из условных знаков, надписей, рисунков в храмах и местах паломничества». И хотя автор трактата не дает никакого намека, как именно нужно читать тайнопись, тот факт, что он знает о возможности ее дешифрования, свидетельствует о некоторой искушенности в области криптоанализа. Более того, впервые в истории человечества здесь упоминается о криптоанализе в политических целях.

Не избежала соприкосновения с шифрами (или, если говорить точнее, с предшественниками шифров, так как в ней отсутствует элемент секретности) и Библия. Как и в случае с иероглифами на гробнице Хнумхотепа, преобразования письма выполнены в Библии без какого-либо явного желания скрыть содержание текста. Главной причиной, очевидно, являлось стремление переписчика обессмертить себя путем изменения текста, который позднее будет снова тщательно переписан и позволит пронести частицу его личности через века.

В книге пророка Иеремии (25,26) можно прочитать: "...а царь Сессаха выпьет после них." Такого царя или царства не было - неужели ошибка писца? Нет, просто порой священные иудейские тексты шифровались простой заменой. Вместо первой буквы алфавита писалась последняя, вместо второй - предпоследняя и так далее. Этот древний метод шифрования назывался атбаш. Читая по нему слово СЕССАХ, на языке оригинала получаем слово ВАВИЛОН, и смысл библейского текста может быть принят даже не верящим слепо в истинность писания.

Самая знаменитая «криптограмма» в Библии связана с историей о том, как в разгар пира у вавилонского царя Валтасара человеческая рука стала писать на стене зловещие слова: «мене, текел, фарес». Однако тайна заключается не в том, что означают эти слова. Непонятно, почему мудрецы царя не смогли разгадать их смысл.

Сами слова «мене», «текел» и «фарес» взяты из арамейского языка, родственного древнееврейскому, и означают «исчислил», «взвешен» и «разделено». Когда Валтасар вызвал к себе пророка Даниила, последний без труда прочитал надпись и дал толкование этих трех слов: «мене — исчислил Бог царство твое и положил конец ему; текел — ты взвешен и найден очень легким; фарес — разделено царство твое и отдано мидянам и персам».

Надпись «мене, текел, фарес» может также означать названия денежных единиц — мина, текел (1/60 мины) и фарес (1/2 мины). Их перечисление именно в такой последовательности символизирует крушение Вавилонской империи.

Учитывая возможность всех этих интерпретаций, кажется странным, что вавилонские мудрецы не сумели прочитать зловещую надпись на стене. Возможно, они боялись сообщить Валтасару плохую новость или, может быть, Господь открыл глаза только Даниилу. Как бы там ни было, одному Даниилу удалось разгадать эту загадку, и в результате он стал первым известным криптоаналитиком. А поскольку это библейское сказание, то и награда за успешный криптоанализ, согласно Библии, намного превзошла какие-либо более поздние вознаграждения за аналогичные успехи в дешифровании: «Тогда... облекли Даниила в багряницу, и возложили золотую цепь на шею его, и провозгласили его третьим властелином в царстве».

В Европе криптография находилась в состоянии застоя вплоть до наступления эпохи Возрождения. Применявшиеся шифросистемы были предельно просты — фразы писались по вертикали или в обратном порядке, гласные заменялись точками, использовались иностранные алфавиты (например, древнееврейский и армянский), каждая буква открытого текста заменялась следовавшей за ней буквой. Кроме того, в течение всех этих лет криптология была поражена болезнью, которая сохранилась до более позднего времени, а именно: убежденностью многих людей в том, что криптография и криптоанализ являются разновидностями черной магии.

С первых дней своего существования криптография преследовала цель спрятать содержание важных разделов письменных документов, имевших отношение к таким сферам магии, как гадание и заклинание. В одной из рукописей о магии, датируемой III веком н.э., используется шифр, чтобы скрыть важные части колдовских рецептов. Криптография часто была на службе магии во времена средневековья, и даже в эпоху Возрождения с помощью шифров алхимики засекречивали важные части формул получения «философского камня».

Сходство между магией и криптографией обусловливалось и другими факторами. Помимо криптографии, таинственные символы использовались в таких понятных лишь посвященным областях магических знаний, как астрология и алхимия, где, подобно знакам открытого текста, каждая планета и каждое химическое вещество имели специальный знак. Как и зашифрованные слова, заклинания и магические формулы, вроде «абракадабры», походили на чепуху, но в действительности были сильны скрытым значением.

Вот что об этом сообщает Гай Светоний: "Существуют и его письма к Цицерону и письма к близким о домашних делах: в них, если нужно было сообщить что-нибудь негласно, он пользовался тайнописью, то есть менял буквы так, чтобы из них не складывалось ни одного слова. Чтобы разобрать и прочитать их, нужно читать всякий раз четвертую букву вместо первой, например, D вместо А и так далее". Это означает, что каждая буква шифровки заменялась четвертой по счету от нее в алфавите: А-В-С-D, или D вместо А. Послание сенату VENI VIDI VICI, то есть ПРИШЕЛ УВИДЕЛ ПОБЕДИЛ, сделанное Цезарем после однодневной войны с понтийским царем Фарнаком, выглядело бы шифровкой SBKF SFAF SFZF.

Принципиально иной шифр, более древний, связан с перестановкой букв сообщения по определенному, известному отправителю и получателю правилу. Древние рассказывали: какой-то хитрец из спартанцев обнаружил, что если полоску пергамента намотать спиралью на палочку и написать на нем вдоль палочки текст сообщения, то, после снятия полоски буквы на ней расположатся хаотично. Это то же самое, будто буквы писать не подряд, а через условленное число по кольцу до тех пор, пока весь текст не будет исчерпан. Сообщение ВЫСТУПАЙТЕ при окружности палочки в 3 буквы даст шифровку ВУТЫПЕСАТЙ. Текст ее не понятен, не так ли?

Для прочтения шифровки нужно не только знать систему засекречивания, но и обладать ключом в виде палочки, принятого диаметра. Зная тип шифра, но не имея ключа, расшифровать сообщение было сложно. Этот шифр именовался скитала по названию стержня, на который наматывались свитки папируса, что указывает на его происхождение. Он был весьма популярен в Спарте и много раз совершенствовался в позднейшие времена. О его важном значении и большом распространении говорит свидетельство Плутарха в "Сравнительных жизнеописаниях", когда историк сообщает о жизни греческого полководца Алкивиада: "Однако Лисандр обратил внимание на эти слова не раньше, чем получил из дома скиталу с приказанием отделаться от Алкивиада..."

Греческий писатель и историк Полибий изобрел за два века до нашей эры так называемый полибианский квадрат размером 5х5, заполненный алфавитом в случайном порядке. Для шифрования на квадрате находили букву текста и вставляли в шифровку нижнюю от нее в том же столбце. Если буква была в нижней строке, то брали верхнюю из того же столбца.

Такого рода квадраты широко употреблялись в позднейших криптографических системах и будут детально описаны ниже.

Мнение о том, что криптоанализ является по своей природе черной магией, происходит и от поверхностного сходства между криптоанализом и гаданием. Извлечение смысла из шифротекста казалось точно таким же делом, что и получение знаний путем изучения расположения звезд и планет, длины линий и мест их пересечения на ладони, внутренностей овец, положения кофейного осадка в чашке. Видимость брала верх над реальностью. Простодушные усматривали магию даже в обычном процессе расшифрования. Другие, более искушенные, видели ее в криптоанализе, так как вскрытие чего-то глубоко спрятанного казалось им непостижимым и сверхъестественным.

Ни в одном из упомянутых выше случаев применения тайнописи нет подтверждения существованию криптоанализа как науки. Время от времени факты дешифрования текста имели место. Подтверждением тому служат истории с пророком Даниилом или с какими-нибудь египтянами, которые разгадали отдельные иероглифические надписи на могильных памятниках. Но научного криптоанализа не существовало ни в Египте с Индией, ни в Европе вплоть до 1400 года. Была только криптография.

В ручных шифрах того времени часто используются таблицы, которые дают простые шифрующие процедуры перестановки букв в сообщении. Ключом в них служат размер таблицы, фраза, задающая перестановку или специальная особенность таблиц. Простая перестановка без ключа - один из самых простых методов шифрования, родственный шифру скитала. Например, сообщение НЕЯСНОЕ СТАНОВИТСЯ ЕЩЕ БОЛЕЕ НЕПОНЯТНЫМ записывается в таблицу по столбцам. Для таблицы из 5 строк и 7 столбцов это выглядит так:

шифроалфавитов в свою «Книгу о большом стремлении человека разгадать загадки древней письменности». Один такой шифроалфавит, называвшийся «дауди» (по имени израильского царя Давида), использовался для зашифрования трактатов по черной магии. Он был составлен из видоизмененных букв древнееврейского алфавита. Другой — сохранился до более позднего времени: в 1775 г. он был использован в письме шпиона, направленном регенту Алжира.

Познания арабов в области криптологии были подробно изложены в произведении Шехаба Калкашанди, которое представляет собой громадную 14-томную энциклопедию, написанную в 1412 году для того, чтобы дать систематический обзор всех важных областей знания. Раздел под общим заголовком «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений» содержал две части: одна касалась символических действий и намеков, а другая была посвящена симпатическим чернилам и криптологии. Первый раз за всю историю шифров в энциклопедии приводился список как систем перестановки, так и систем замены. Более того, в пятом пункте списка впервые упоминался шифр, для которого была характерна более чем одна замена букв открытого текста. Однако каким бы замечательным и важным этот факт ни был, он затмевается первым в истории описанием криптоаналитического исследования шифротекста.

Его истоки, очевидно, следует искать в интенсивном и скрупулезном изучении Корана.

После того, как открытый текст записан колонками, для образования шифровки он считывается по строкам. Если его записывать группами по 5 букв, то получится: НОНСБ НЯЕЕО ЯОЕТЯ СВЕЛП НСТИЩ ЕОЫНА ТЕЕНМ. Для использования этого шифра отправителю и получателю нужно договориться об общем ключе в виде размера таблицы. Объединение букв в группы не входит в ключ шифра и используется лишь для удобства записи не смыслового текста.

Научно-техническая революция в последнее время приняла грандиозные масштабы в области информатизации общества на базе современных средств вычислительной техники, связи, а также современных методов автоматизированной обработки информации. Применение этих средств и методов приняло всеобщий характер, а создаваемые при этом информационно-вычислительные системы и сети становятся глобальными как в смысле территориальной распределенности, так и в смысле широты охвата в рамках единых технологий процессов сбора, передачи, накопления, хранения, поиска, переработки информации и выдачи ее для использования.

Появление в середине двадцатого столетия первых электронно-вычислительных машин кардинально изменило ситуацию в области шифрования (криптографии). С проникновением компьютеров в различные сферы жизни возникла принципиально новая отрасль - информационная индустрия.

В 60-х и частично в 70-х годах проблема защиты информации решалась достаточно эффективно применением в основном организационных мер. К ним относились прежде всего режимные мероприятия, охрана, сигнализация и простейшие программные средства защиты информации. Эффективность использования указанных средств достигалась за счет концентрации информации на вычислительных центрах, как правило автономных, что способствовало обеспечению защиты относительно малыми средствами.

"Рассосредоточение" информации по местам ее хранения и обработки, чему в немалой степени способствовало появление в огромных количествах дешевых персональных компьютеров и построенных на их основе локальных и глобальных национальных и транснациональных сетей ЭВМ, использующих спутниковые каналы связи, создание высокоэффективных систем разведки и добычи информации, обострило ситуацию с защитой информации.

Проблема обеспечения необходимого уровня защиты информации оказалась (и это предметно подтверждено как теоретическими исследованиями, так и опытом практического решения) весьма сложной, требующей для своего решения не просто осуществления некоторой совокупности научных, научно-технических и организационных мероприятий и применения специфических средств и методов, а создания целостной системы организационных мероприятий и применения специфических средств и методов по защите информации.

Произошедшие за этот период изменения можно охарактеризовать следующим образом:

• объемы обрабатываемой информации возросли за полвека на несколько порядков;
• доступ к определенным данным позволяет контролировать значительные материальные и финансовые ценности; информация приобрела стоимость, которую даже можно подсчитать;
• характер обрабатываемых данных стал чрезвычайно многообразным и более не сводится к исключительно текстовым данным;
• информация полностью "обезличилась", т.е. особенности ее материального представления потеряли свое значение - сравните письмо прошлого века и современное послание по электронной почте;
• характер информационных взаимодействий чрезвычайно усложнился, и наряду с классической задачей защиты передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного прочтения и искажения возникли новые задачи сферы защиты информации, ранее стоявшие и решавшиеся в рамках используемых "бумажных" технологий - например, подпись под электронным документом и вручение электронного документа "под расписку" - речь о подобных "новых" задачах криптографии еще впереди;
• субъектами информационных процессов теперь являются не только люди, но и созданные ими автоматические системы, действующие по заложенной в них программе;
• вычислительные "способности" современных компьютеров подняли на совершенно новый уровень как возможности по реализации шифров, ранее немыслимых из-за своей высокой сложности, так и возможности аналитиков по их взлому.

Перечисленные выше изменения привели к тому, что очень быстро после распространения компьютеров в деловой сфере практическая криптография сделала в своем развитии огромный скачок, причем сразу по нескольким направлениям:

• во-первых, были разработаны стойкие блочные с секретным ключом шифры, предназначенные для решения классической задачи - обеспечения секретности и целостности, передаваемых или хранимых данных, они до сих пор остаются "рабочей лошадкой" криптографии, наиболее часто используемыми средствами криптографической защиты;
• во-вторых, были созданы методы решения новых, нетрадиционных задач сферы защиты информации, наиболее известными из которых являются задача подписи цифрового документа и открытого распределения ключей.

В современном мире информационный ресурс стал одним из наиболее мощных рычагов экономического развития. Владение информацией необходимого качества в нужное время и в нужном месте является залогом успеха в любом виде хозяйственной деятельности. Монопольное обладание определенной информацией оказывается зачастую решающим преимуществом в конкурентной борьбе и предопределяет, тем самым, высокую цену "информационного фактора".

Основные задачи криптографии

Задача криптографии, т.е. тайная передача, возникает только для информации, которая нуждается в защите. В таких случаях говорят, что информация содержит тайну или является защищаемой, конфиденциальной, секретной. Для наиболее типичных, часто встречающихся ситуаций такого типа введены даже специальные понятия:

· государственная тайна;

· военная тайна;

· коммерческая тайна;

· юридическая тайна;

· врачебная тайна и т. д.

По большому счету, криптографической может считаться любая функция преобразования данных, секретная сама по себе или зависящая от секретного параметра S:

T' = f(T), или

T' = f(T,S).

Теперь нужно перейти к характеристикам задач, решаемых криптографическими методами в наши дни. Для того, чтобы поставить задачу защиты информации, необходимо подробно ответить на вопросы трех следующих групп:

1. Что именно мы намереваемся защищать?

Эта группа вопросов относится к информационному процессу, нормальное течение которого мы намерены обеспечить:

• кто является участником информационного процесса;
• каковы задачи участников информационного процесса;
• каким именно образом участники процесса выполняют стоящие перед ними задачи;

2. От чего мы собираемся защищать нашу систему?

Эта группа вопросов охватывает возможные отклонения от нормального течения процесса информационного взаимодействия:

• каков критерий "нормального" прохождения процесса информационного взаимодействия;
• какие возможны отклонения от "нормы";

3. От кого мы собираемся защищать нашу систему?

Эта группа вопросов относится к тем субъектам, которые предпринимают те или иные действия для того, чтобы отклонить процесс от нормы:

• кто может выступать в качестве злоумышленника, то есть предпринимать усилия для отклонения процесса информационного взаимодействия от нормального течения;
• каких целей добиваются злоумышленники;
• какими ресурсами могут воспользоваться злоумышленники для достижения своих целей;
• какие действия могут предпринять злоумышленники для достижения своих целей.

Ответив на все перечисленные выше вопросы, вы получите постановку задачи защиты своей информационной системы.

Простейший случай информационного взаимодействия - это передача данных от одного субъекта другому. Соответственно, самая распространенная задача из сферы защиты - защита передаваемой по каналам связи или хранимой в компьютерной системе информации, она исторически самая первая и до сих пор наиболее важная.

Рассмотрение задач из сферы криптографии нужно начать с задачи защиты данных, передаваемых по открытым каналам связи в наиболее полной постановке: В системе имеются две легальные стороны - "отправитель" и "получатель". Информационный процесс заключается в передаче сообщения от первого второму и считается протекающим нормально, если получатель получит сообщение без искажений, кроме него никто не ознакомится с содержанием сообщения, и если стороны не будут выставлять претензий друг другу. В задаче также присутствует злоумышленник, имеющий доступ к каналу передачи данных и стремящийся добиться отклонений от нормального течения процесса. Кроме того, каждая из легальных сторон может предпринять злоумышленные действия в отношении другой стороны. Возможные угрозы:

1. Угрозы со стороны злоумышленника:

1.1. Ознакомление с содержанием переданного сообщения.

1.2. Навязывание получателю ложного сообщения - как полная его фабрикация, так и внесение искажений в действительно переданное сообщение.

1.3. Изъятие переданного отправителем сообщения из системы таким образом, чтобы получатель не узнал о факте передачи сообщения;

1.4. Создание помех для нормальной работы канала передачи связи, то есть нарушение работоспособности канала связи.

2. Угрозы со стороны законного отправителя сообщения:

2.1. Разглашение переданного сообщения.

2.2. Отказ от авторства в действительности переданного им сообщения.

2.3. Утверждение, что некоторое сообщение отправлено получателю когда в действительности отправка не производилась.

3. Угрозы со стороны законного получателя сообщения:

3.1. Разглашение полученного сообщения.

3.2. Отказ от факта получения некоторого сообщения когда в действительности оно было им получено.

3.3. Утверждение, что некоторое сообщение получено от отправителя когда в действительности предъявленное сообщение сфабриковано самим получателем.