 |
|
Теоретическое обоснование
Одними из самых простых и известных шифров являются шифры простой однозначной замены. Данные шифры используют в качестве шифрующего алгоритма замены или подстановки, при которых осуществляется замена символов (слов) открытого текста соответствующими символами, принадлежащими алфавиту шифротекста.
Вскрытие одноалфавитного шифра осуществляется на учете частоты появления отдельных букв или сочетаний (биграмм, триграмм, и т.д.) в языке. Примером одноалфавитного шифра замены является шифр Цезаря. Шифрование осуществляется по таблице, представляющей собой матрицу содержащую 2 строки и п столбцов, где n - число символов алфавита (для русского алфавита - 32). Первая строка содержит все символы алфавита. Вторая строка получается из предыдущей путем циклического сдвига вправо или влево на несколько символ (букв алфавита).
Выбирается циклический сдвиг шифра. После чего процесс зашифровывания осуществляется следующим образом:
1. Строится матрица для осуществления зашифрования с установленным циклическим сдвигом.
2. Каждая буква шифротекста находится на пересечении столбца таблицы, определяемого буквой открытого текста, и строки, определяемой буквой ключа.
Пример. Пусть надо зашифровать текст – А нам все равно.
В качестве ключа используем циклический сдвиг влево на 11 букв русского алфавита (буква А заменяется на букву К).
Тогда процесс зашифрования можно представить в следующем виде. Таблица для циклического сдвига на 11 символов русского алфавита примет вид представленный в таблице 1.
Таблица 1 – Шифр одноалфавитной замены
| Исходный алфавит | ||||||||||||||||
| А | Б | В | Г | Д | Е | Ж | З | И | Й | К | Л | М | Н | О | П | Р |
| Циклический сдвиг на 11 символов | ||||||||||||||||
| К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Щ | Ъ |
| Исходный алфавит | ||||||||||||||||
| С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Щ | Ъ | Ы | Ь | Э | Ю | Я | _ | |
| Циклический сдвиг на 11 символов | ||||||||||||||||
| Ы | Ь | Э | Ю | Я | _ | А | Б | В | Г | Д | Е | Ж | З | И | Й |
В результате процедуры шифрования получаем текст, представленный в таблице 2.
Таблица 2 – Пример шифрования текста с помощью шифра одноалфавитной замены
| Исходный текст | ||||||||||||||
| А | _ | Н | А | М | _ | В | С | Е | _ | Р | А | В | Н | О |
| Зашифрованный текст | ||||||||||||||
| К | Й | Ч | К | Ц | Й | М | Ы | П | Й | Ъ | К | М | Ч | Щ |
Расшифровка осуществляется следующим образом. Во второй строке происходит поиск соответствующей буквы шифротекста. Находящаяся над ней в первой строке буква и будет соответствовать букве исходного текста.
Шифры перестановки, или транспозиции, изменяют только порядок следования символа или других элементов исходного текста. Пример – решетка Кардано, которая при наложении на лист бумаги оставляет открытыми лишь некоторые его части. При зашифровке буквы сообщения вписываются в эти отверстия. При расшифровке сообщение вписывается в диаграмму нужных размеров, затем накладывается решетка, после чего на виду оказываются только буквы открытого текста.
Решетки можно использовать двумя способами.
В первом случае зашифрованный текст состоит только из букв исходного сообщения. Решетка изготавливается таким образом, чтобы при ее последовательном использовании в различных положениях каждая клетка лежащего под ней листа бумаги оказалась занятой (это поворотная решетка).
Если решетку поворачивать на 90˚ последовательно, то при возврате на исходное состояние все клетки будут заполнены. При чем в каждом окаймлении должна быть вырезана только одна цифра (внешнее обрамление имеет 5 дырок – отмечены серым цветом, во внутреннем – 1, в среднем – 3). Пример простейшей решетки Кардано приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Пример решетки Кардано
Второй, стеганографический метод использования решетки позволяет скрыть факт секретного сообщения. В этом случае заполняется только часть листа, а в остальное место дописываются буквы или слова ложного текста
Методика и порядок выполнения работы
1. Изучить теоретический материал работы.
2. Провести исследование системы одноалфавитной замены и алгоритма Кардано.
Студенты делятся на две подгруппы. В первой подгруппе студенты выбирают ключевые слова, а так же получают текст, выданный преподавателем. Затем они строят таблицу и осуществляют шифрование текста.
Студенты второй подгруппы, получив от студентов первой подгруппы зашифрованное сообщение и необходимый сдвиг, строят таблицу и осуществляют процесс дешифрования.
По окончанию расшифрования студенты второй подгруппы приступают к процедуре зашифрования с использованием нового ключевого слова. Студенты первой подгруппы, получив ключевое слово и зашифрованный текст, приступают к его расшифрованию.
Содержание отчета и его форма
Отчет по лабораторной работе, оформленный письменно в рабочей тетради, должен содержать процесс исследования систем по своему варианту и ответы на контрольные вопросы.
Вопросы для защиты работы
Вопросы к практическому занятию
1. Дайте определение шифра. Какие виды шифров вы знаете.
2. Дайте определение шифра одноалфавитной замены.
3. Назовите основные достоинства и недостатки шифра одноалфавитной замены