5. История развития криптографии


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

История развития криптографии доцент Соловьева Ю.А. Тайна тайнописи Известно, что в Древней Греции голову раба брили, писали на его голове, ждали, когда волосы вновь вырастут, после чего отправляли с поручением к адресату. Знатокам поэзии хорошо известен такой довольно широко используемый в то время прием тайнописи, как акростих, в котором скрываемое сообщение образуют начальные буквы стихотворных строк.  Иероглифическое письмо Интересно, что в глубокой древности тайнопись считалась одним из 64-х искусств, которым следует владеть как мужчинам, так и женщинам. Сведения о способах шифрованного письма можно обнаружить уже в документах древних цивилизаций Индии, Египта, Месопотамии. Среди самых простых — иероглифическое письмо, написание знаков не по порядку, а вразброс по некоторому правилу.  Сцитала Первое исторически достоверное применение технических средств шифровки приписывается древним грекам и датируется примерно V–VI веками до нашей эры. Таким техническим средством был специальный брусок, называемый «сцитал». Его оборачивали узкой полоской бумаги и писали сообщение вдоль бруска. Еще одно изобретение древних греков – так называемый квадрат Полибия. В квадрат размером 5*5 клеток выписываются все буквы алфавита, при этом буквы I и J не различаются. Шифруемая буква заменялась на координаты квадрата, в котором она записана (В заменялась на АВ ).При расшифровании каждая такая пара определяла соответствующую букву сообщения. Секретом в данном случае является сам способ замены букв. Ключ в этой системе отсутствует, поскольку используется фиксированный алфавитный порядок следования букв. В криптографии с древних времен использовались два вида шифров: замена и перестановка. Историческим примером шифра замены является шифр Цезаря. В художественной литературе классическим примером шифра замены является известный шифр «Пляшущие человечки» (К. Дойля). В нем буквы текста заменялись насимволические фигурки людей. Ключом такого шифра являлись позы человечков, заменяющих буквы. Фрагментшифрованного послания имел следующий вид: Соответствующий открытый текст «I’m here». Использован шифр простой замены букв на фигурки людей; флажок в руках означает конец слова. Существует немало способов использования книги для тайного обмена сообщениями. Например, если адресаты заранее договорились между собой об использовании дубликатов одной и той же книги в качестве ключа шифры, то их тайные послания могли бы состоять из таких элементарных единиц: n/m/t, где n – номер страницы книги, m – номер строки, t – номер буквы в строке; по этим буквам и читается тайное послание. Наряду с нумерацией букв могут использоваться обозначения слов и даже целых фраз. Книжный шифр Арабский след В 1412 году на свет появляется произведение Шехаба Калкашанди — 14-томная «Энциклопедия всех наук», содержащая и сведения о методах засекречивания переписки.  Здесь впервые подробно рассказывалось о  шифрах. И приводится первое в истории описание криптоанализа на основе частоты появления знаков в исходном и шифрованном текстах. Видимость скрывает реальность Криптографию в Европе изначально использовали для того, чтобы скрыть от любопытных глаз содержание документов, описывающих колдовские рецепты, заговоры, гадания и заклинания. В таких областях, как астрология и алхимия, каждая планета и каждое химическое вещество обозначались как всем понятными знаками, так и схожими с криптографическими таинственными символами. Номенклаторные шифры Почти век спустя появляется книга «Трактат о шифрах», автор которой, Габриэль де Лавинд, секретарь папы Клементия XII, дает описание нового типа шифра, предполагающего замену букв несколькими символами, количество которых пропорционально встречаемости букв в открытом тексте. Это был самый ранний образец номенклатора — шифра, которому в последующие 450 лет суждено было распространиться по всей Европе. Шифр королей В 1466 году опять-таки в папскую канцелярию представляется трактат о шифрах архитектора и философа Леона Альберти, где предлагается способ маскировки сообщения в некотором безобидном вспомогательном тексте. Здесь же Альберти предлагает свой собственный шифр с нескромным названием «шифр королей». По сути, Альберти придумал многоалфавитную замену — новый вид шифрования, используемый в большинстве современных шифрсистем. Диск Альберти В 1518 году в Германии появляется первая печатная книга по криптографии «Полиграфия». Ее автор, аббат Иоганнес Тритемий, развивает идею Альберти о многоалфавитной замене. Алгоритм шифрования выглядит следующим образом: создается таблица замены, первой строкой которой является собственно сообщение, второй — алфавит, третьей — алфавит, сдвинутый на один шаг, и т. д. При шифровании первая буква сообщения заменяется буквой, стоящей под ней в первой строке, вторая буква — буквой, стоящей во второй строке, и т. д. В России официальной датой появления криптографической службы считается 1549 год (царствование Ивана IV), а именно образование «посольского приказа», при котором имелось «цифирное отделение». Шифры использовались такие же, как на западе — значковые, замены, перестановки. Петр I позднее полностью реорганизовал криптографическую службу, создав Посольскую канцелярию. В это время появляются специальные коды для шифрования — «цифирные азбуки». Отождествление букв алфавита с числами было заимствовано у греков. Так число 325 отождествлялось с сочетанием ТКЕ (300 – Т, 20 – К, 5 – Е). Тайнопись в России В начале XVI века Маттео Арженти, криптограф папской канцелярии, изобрел код, согласно которому могут заменяться не только буквы, но и слоги, слова, даже целые фразы. Где-то в это же время появляется и числовой код. XVII век вошел в историю криптоанализа как эра «черных кабинетов». В это время в различных странах начали появляться первые службы дешифровки корреспонденции. В Англии Оливер Кромвель создает «Интеллидженс сервис», в состав которой входит подразделение по дешифровке. Во Франции дешифровальное отделение было создано при Людовике XIV по предложению кардинала Ришелье. Его возглавил Антуан Россиньоль — автор дипломатического шифра. Этот шифр французская армия будет использовать более ста лет. Известно, что даже Наполеон во время своих походов использовал шифры, являющиеся упрощенными вариантами шифра Россиньоля. Эра «черных кабинетов» Репутацией самого лучшего «черного кабинета» по праву пользовался венский. Ежедневно в семь утра туда привозили почту, которая должна была утром доставляться иностранным посольствам в Вене. Письма вскрывали, растапливая сургучные печати и дешифровывали.  После письма укладывались обратно в конверты, опечатывались поддельными печатями и уже к половине десятого утра возвращались на почту. Развитие криптологии В 1883 году, Огюст Кергоффс написал труд «Военная криптология», где проводит сравнительный анализ шифров, на основе которого формулирует один из главных принципов, которой гласит, что стойкость криптографической системы зависит не от процесса шифрования, а от используемого ключа. XX век-развитие криптографии XX век — век научно-технического прогресса, век социальных потрясений. На рубеже веков связь перестает быть исключительно почтовой, она становится электрической, появляется телеграф, а затем и радио.  "Энигма" представляла из себя электромеханическую машину размером примерно с портативную пишущую машинку со стандартной клавиатурой. Эти аппараты были достаточно просты и удобны в эксплуатации. Они работали на батарейках и являлись переносными. Подготовив аппарат к работе, оператор набирал сообщение открытым текстом, как на обычной пишущей машинке. "Энигма" автоматически производила шифрование и высвечивала соответствующие зашифрованные буквы. Второй оператор переписывал их и отправлял по радио адресату. На принимающем конце шел обратный процесс. К 1935 году, когда началась стремительная милитаризация Германии, немцы начали использовать "Энигму" на флоте, в сухопутной армии и авиации, а также в военной разведке. Начали проводиться работы по поиску ключей к шифрам "Энигмы". Машина состояла из трех вращающихся барабанов (роторов). На каждом помещалось 26 букв, соединенные проводниками.Набор барабанов и их исходные положения определял шифр.При следующем нажатии на клавишу, Ротор1 сдвигается на одну позицию. После 26 смещений Ротора1 смещался на одну позицию и Ротор2 и т.д. Три барабана обеспечивали 17576 (26*26*26) отличающихся друг от друга положений. 5. Указанные исходные положения, одинаковые для целой группы машин задавались специальными шифровальными таблицами. Чтобы прочесть послание адресат должен иметь идентичную «Энигму», настроенную на дешифровку.Правильная расшифровка текста (X-N) произойдет только при условии, что положения барабанов обеих машин будут совпадать.3. Указанные исходные положения, одинаковые для целой группы машин, задавались специальными шифровальными таблицами и менялись каждый день (а в разгар войны — даже трижды в сутки). Упрощенная схема роторов Простота, надежность, работа в полевых условиях Добавление дополнительных элементов, обеспечивая большую защищенность сообщенияОтсутствие постоянной связи между буквами исходного текста и шифр-текста.Устойчивость шифра к частотному анализуНаличие образца самой машины не обеспечивает расшифровки сообщения НедостатокВозможность вычисления начальной установки роторов Совместно со своими коллегами, Алан Тьюринг разрабатывает "Бомбу" (the Bombe) которая позволяет уже с середины 1940 года расшифровывать все кодированные сообщения Люфтваффе. Все шифровки более сложного варианта «Энигмы», применявшейся в военно-морском флоте стали "читаемыми" с весны 1941. Алан Тьюринг (1912-1954) Bomba была построена за месяц и в августе 1940 года была поставлена на эксплуатацию в Блетчли-парке. Представляет собой три пары объединенных машин Enigma Изготовление машины поручили компании British Tabulating Machines (BTM). За время войны было выпущено 210 устройств. По мере эксплуатации машины изменялись в деталях, но основа конструкции сохранялась. Общие сведения по классической криптографии Криптографическая система - семейство обратимых преобразований открытого текста в шифрованный. Выбор конкретного типа преобразования определяется ключом расшифрования (или зашифрования).Множество, из которого выбираются ключи, называется ключевым пространством. Алфавит - конечное множество используемых для кодирования информации знаков.Текст - упорядоченный набор из элементов алфавитаШифрование данных - процесс преобразования открытых данных в зашифрованные данные (шифртекст, криптограмму) при помощи шифра. Иногда этот процесс называют зашифрованием данных. Зашифрование - процесс криптографического преобразования множества открытых сообщений в множество закрытых сообщений.Расшифрование - процесс криптографического преобразования закрытых сообщений в открытые.Совокупность процессов зашифрования, множества открытых сообщений, множества возможных закрытых сообщений и ключевого пространства называется алгоритмом зашифрования. Симметричные криптосистемы Методы подстановкиМетоды перестановкиГаммированиеБлочные шифры В симметричных криптосистемах для зашифрования и для расшифрования используется один и тот же ключ. Шифрующая процедура при помощи ключа производит ряд действий над исходными данными, дешифрующая процедура при помощи того же ключа производит обратные действия над кодом. Дешифрование кода без ключа предполагается практически неосуществимым. Симметричные криптосистемы Потоковые шифры Блочные шифры Шифры замены Комбинированные методы Шифры перестановки Шифр, преобразования которого полностью изменяют исходный текст путем замены одних символов другими, называется шифром подстановки (замены).Для каждой буквы а исходного алфавита строится некоторое множество символов Мα так, что любые два различные множества не содержат одинаковых элементов. а б в … я Мα Мб Мв … Мя При моноалфавитной замене каждой букве алфавита открытого текста ставится в соответствие одна буква шифртекста из этого же алфавита. yi = k1 хi + k2 (mod n), где уi - i-й символ алфавита; k1 и k2 - константы; хi - i-й символ открытого текста; n - длина используемого алфавита. Пример 1 Исходный текст: «ШИФРОВАНИЕ ЗАМЕНОЙ»Шифртекст: «ИШМРТЮ#УШЫАЩ#ФЫУТЧ» Гомофоническая замена одному символу открытого текста ставит в соответствие несколько символов шифртекста. Этот метод применяется для искажения статистических свойств шифртекста. При гомофонической замене каждая буква открытого текста заменяется по очереди цифрами соответствующего столбца. Пример 2 Исходный текст: «ЗАМЕНА» Шифртекст: «761732975531» Алфавит открытого текста А Б … Е Ж З … М Н … Алфавит шифртекста 17 31 48 23 44 63 … 97 51 15 47 67 33 76 19 59 … 32 28 61 55 84 34 … использует несколько алфавитов шифртекста. Пусть используется k алфавитов. Тогда открытый текст: X = x1 x2 …xk xk+1…x2k x2k+1… заменяется шифртекстом:Y = f1 (x1) f2 (x2) ... fk (xk) f1 (xk+1) ...f1(x2k)f2(x2k+1)...где fi ( xj ) означает символ шифртекста алфавита i для символа m открытого текста хj. Шифр, преобразования которого изменяют только порядок следования символов исходного текста, но не изменяют их самих, называется шифром перестановки. Шифр, преобразования из которого изменяют только порядок следования символов исходного текста, но не изменяют их самих, называется шифром перестановки. Рассмотрим преобразование из шифра перестановки, предназначенное для зашифрования сообщения длиной n символовВ верхней строке таблицы выписаны по порядку числа от 1 до n, а в нижней — те же числа, но в произвольном порядке. Исходный текст: «МОСКВА»Перестановка используемая для преобразования:Шифртекст: «ВОСМКА» Маршрутная перестановка представляет шифры перестановки, использующие некоторую геометрическую фигуру. Преобразования из этого шифра состоят в том, что в фигуру исходный текст вписывается по ходу одного «маршрута», а затем по ходу другого выписывается с нее. Исходный текст:ПРИМЕРМАРШРУТНОЙПЕРЕСТАНОВКИМаршрут:Шифртекст:МАСТАЕРРЕШРНОЕРМИУПВКЙТРПНОИ П Р И М Е Р М Н Т У Р Ш Р А О Й П Е Р Е С И К В О Н А Т Для использования шифра, называемого поворотной решеткой, изготавливается трафарет из прямоугольного листа клетчатой бумаги размера 2mЧ2k клеток. В трафарете вырезано mk клеток так, что при наложении его на чистый лист бумаги того же размера четырьмя возможными способами его вырезы полностью покрывают всю площадь листа. Буквы сообщения последовательно вписываются в вырезы трафарета (по строкам, в каждой строке слева направо) при каждом из четырех его возможных положений в заранее установленном порядке.

Приложенные файлы

  • ppt 8942078
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий