Порядок выполнения практической работы

ШИФРЫ ПЕРЕСТАНОВКИ И ПРОСТОЙ ЗАМЕНЫ

Цель работы. Знакомство с основными методами шифрования информации и алгоритмами замены и перестановки.

Краткие сведения

В своей работе «Математическая теория секретной связи» Клод Шеннон обобщил накопленный в криптографии до него опыт разработки шифров. Криптография - наука о методах обеспечения конфиденциальности. Изначально криптография изучала методы шифрования информации. Оказалось, что даже в сложных криптографических шифрах в качестве типичных компонентов можно выделить шифры замены, шифры перестановки или их сочетания. Эти шифры можно считать как бы базовыми.

В перестановочных шифрах символы открытого текста изменяют свое местоположение. Например, в шифрах колонной замены открытый текст выписывается в виде матрицы с нумерованными столбцами.

Рис. 5.1. Шифр колоночной замены

Увлечение теорией магических квадратов привело итальянского ученого Джироламо Кардано к открытию нового класса шифров перестановок, названных «решетками». Они представляют собой прямоугольные таблицы, где четверть ячеек прорезана так, что при четырех поворотах они покрывают весь прямоугольник.

В шифрах замены один символ открытого текста замещается символом зашифрованного текста. Рассмотрим несколько простых исторически известных шифров простой замены.

Шифр Цезаря. Этот шифр реализует следующее преобразование открытого текста: каждая буква открытого текста заменяется третьей после нее буквой в алфавите, который считается написанным по кругу, т.е. после буквы «я» следует буква «а». Поэтому класс шифров, к которым относится и шифр Цезаря, называется шифрами замены. Например, открытый текст КРИПТОГРАФИЯ при таком способе шифрования преобразуется в криптограмму НУЛТХСЁУГЧЛВ. Отметим, что Цезарь заменял букву третьей после нее буквой, но можно заменять и пятой, и какой-нибудь другой. Главное, чтобы тот, кому посылается шифрованное сообщение, знал эту величину сдвига.

Шифр Виженера. Этот шифр удобнее всего представлять себе как шифр Цезаря с переменной величиной сдвига. Чтобы знать, на сколько сдвигать очередную букву открытого текста, заранее договариваются о способе запоминания сдвигов. Сам Виженер предлагал запоминать ключевое слово, каждая буква которого своим номером в алфавите указывает величину сдвига. Ключевое слово повторяется столько раз, сколько нужно для замены всех букв открытого текста. Например, ключевое слово ВАЗА означает следующую последовательность сдвигов букв открытого текста 2 0 7 0 2 0 7 0 2 0 7 0. Например, открытый текст КРИПТОГРАФИЯ при таком способе шифрования преобразуется в криптограмму МРППФОКРВФПЯ.

Порядок выполнения практической работы

1. Используя шифр Цезаря, зашифруйте свою фамилию. В качестве ключа возьмите сумму цифр номера своей фамилии в списке группы. Используйте следующую нумерацию букв в алфавите

Нумерация букв русского алфавита Таблица №5.1.

2. Используя шифр Виженера, зашифруйте свое отчество. В качестве ключа возьмите свое имя.

3. Расшифруйте текст и найдите ключ шифра колоночной замены.

Шифр колоночной заменыТаблица №5.2.

	П	В	Е	Е	С	Р	Н	Т	А
В	О	О	Ч	Ы	Х	Н	И		Ш
Р	А	Ф	Х	С	И		О	М	В
Ы		Л	Т	К	С	Е		Т	А
Е	Н	М	Я	Т		Ю	О	С	В
	М	И	Е	Т	А	С		.	

4. Ключом шифра, называемого «решеткой», является прямоугольный трафарет. В трафарете вырезаны 15 клеток так, что при наложении его на прямоугольный лист бумаги такого же размера четырьмя возможными способами его вырезы полностью покрывают всю площадь листа. Буквы сообщения (без пропусков) последовательно вписываются в вырезы трафарета (по строкам, в каждой строке слева направо) при каждом из четырех его возможных положений. Прочтите исходный текст, если после зашифрования на листе бумаги оказался следующий текст:

Шифр решеткаТаблица №5.3.

Р	П	Т	Е	Ш	А	В	Е	С	Л
О	Я	Т	А	Л		Ь	З	Т	
	У	К	Т		Я	А	Ь		С
Н	П		Ь	Е	У		Ш	Л	С
Т	И	Ь	З	Ы	Я	Е	М		О
	Е	Ф			Р	О		С	М

Подсказка: незаполненные 12 клеток совпадают с вырезами решетки в четвертом положении.

Содержание отчета

Отчет о выполненной работе представляется преподавателю в конце занятия. Отчет должен содержать следующее: наименование практической работы, инициалы, фамилию, курс и номер группы студента, цель работы.

В отчете должны быть описаны алгоритмы шифрования по Цезарю, Виженеру, колоночной замене и решетке. В отчете должны быть приведены ключи и результаты шифрования и расшифрования по пунктам 1,2,3 и 4 данной работы. Отчет должен содержать также ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы перестановочных шифров.

2. Что является ключом в перестановочных шифрах?

3. В чем заключается принцип работы шифров замены?

4. В чем различие шифров Цезаря и Виженера?

5. Что является ключом в шифре Виженера?

6. Объясните принцип работы шифра «решетка».

7. Что является ключом в шифре «решетка»?