Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Криптология: подстановочно-перестановочный шифр и его применение

шением в Петербург для организации русской
криптографической службы. Неожиданная его болезнь и смерть расстроили планы
Петра 1, активно вербовавшего нужных России ученых. Человеком, сумевшим
завершить развитие криптографии в отдельную научную дисциплину, стал, по-
видимому, однофамилец Роджера Бэкона - Френсис Бэкон. Будучи лорд-
канцлером, при короле Якове 1, он хорошо знал потребности государства в
надежных шифрах, и его первая талантливая работа, относящаяся к 1580 году,
в дальнейшем получила блестящее практическое развитие. В частности, именно
он впервые предложил двоичное кодирование букв латинского алфавита - то же
самое, которое используется сейчас в компьютерах.
    Такой заботливый уход за пустившей первые ростки криптографией привел к
тому, что она скоро стала давать плоды. Разгром Великой Армады в 1588 году
в значительной степени был обусловлен мощью английской криптографической
школы, легко ломавшей испанские шифры и сообщавшей о всех передвижениях
неприятельских судов. Криптография была известна и применялась во многих
слоях общества Британии. Лондонец Самуэль Пепис (1633-1703) всемирно
известен своим дневником, по которому историки пишут труды о переходе от
Пуританства к Реставрации. Искусствоведы включили это произведение в
мировую сокровищницу литературы. Пепис окончил Кембридж благодаря кузену
отца - адмиралу Монтегю и имел много друзей: ученого Исаака Ньютона,
архитектора Кристофера Рена, поэта и драматурга Джона Драйдена. Пепис был
лично свидетелем таких незабываемых для Англии событий, как возвращение
короля Чарльза II в Англию, большая чума 1664 года, пожар Лондона 1666
года, революция 1688 года. Интересно, что его мемуары были зашифрованы по
системе криптолога Томаса Шелтона и дополнительно собственным шифром
Пеписа, поскольку содержали много скандальных фактов о великих
современниках. Вместе с его личными книгами и бумагами дневник после смерти
писателя попал в Кембридж, где сразу же привлек внимание исследователей.
Первый успех в его расшифровке был получен лишь в 1822 году, а полностью
она завершена в 1899 году. Таким образом, к XVIII веку криптография
окончательно сложилась в виде самостоятельной науки. Однако, несмотря на
наличие профессиональных криптологов, находящихся на государственной
службе, и постоянного использования шифров в дипломатии и военном деле,
криптология еще не вышла из младенческого возраста и ею могли заниматься
лишь избранные, одаренные одиночки.



    Криптология в Новое время

    Новое время привнесло новые достижения в криптографию. Постоянно
расширяющееся применение шифров выдвинуло новое требование к ним - легкость
массового использования, а старое требование - устойчивость к взлому не
только осталось, но и было усилено. Поэтому 1854 год, когда англичанин
Чарльз Уитстон разработал новую шифровку биграммами, которую называют
двойной квадрат, открыл новый этап в криптографии. Название шифр получил по
аналогии с полибианским квадратом. В отличие от полибиаиского, двойной
квадрат использует сразу две таблицы, расположенные по горизонтали, а
шифрование идет биграммами, как в шифре Playfair. Эти, казалось бы и не
столь уж значительные изменения привели к появлению на свет новой
криптографической системы ручного шифрования. Она оказалась так надежна и
удобна, что применялась немцами даже в годы Второй мировой войны. По отзыву
ее создателя, шифрование двойным квадратом предельно просто и его "можно
доверить даже дипломатам". Приведем пример использования шифра двойной
квадрат для русских текстов. Имеются две таблицы со случайно расположенными
в них алфавитами:


Ч               В       Ы       П
О       К       :       Д       У
Г       Ш       3       Э       Ф
Л       Ъ       Х       А       ,
Ю       Р       Ж       Щ       Н
Ц       Б       И       Т       Ь
.       С       Я       М       Е

Е       Л       Ц       :       П
.       Х       Ъ       А       Н
Ш       Д       Э       К       С
Ы               Б       Ф       У
Я       Т       И       Ч       Г
М       О       ,       Ж       Ь
В       Щ       3       Ю       Р

    Для шифрования сообщение разбивают на биграммы. Первая буква биграммы
находится в левой таблице, а вторая в правой. Затем, мысленно в таблице
строится прямоугольник так, чтобы буквы биграммы лежали в его
противоположных вершинах. Другие две вершины этого прямоугольника дают
буквы шифровки. Предположим, что шифруется биграмма текста ОЖ. Буква О
находится в колонке 1 строки 2 левой таблицы. Буква Ж находится в колонке 4
строки 6 правой таблицы. Значит, прямоугольник образован строками 2 и 6, а
также колонками 1 левой и 4 правой таблиц. Следовательно, шифровке
соответствуют буквы, лежащие в колонке 1 строки 6 левой таблицы Ц и в
колонке 4 строки 2 правой таблицы А - биграмма АЦ. Так парами букв
шифруется все сообщение:
    Сообщение: ПР ИЕ ЗЖ АЮ Ш  ЕС ТО ГО
    Шифровка : ПЕ МБ КИ ФМ ЕШ РФ ЖБ ДЦ ЩП
    Если обе буквы биграммы сообщения лежат в одной строке, то и буквы
шифровки берутся из этой же строки. Первая буква биграммы шифровки берется
из левой таблицы в столбце, соответствующем второй букве биграммы
сообщения. Вторая же буква биграммы шифровки берется из правой таблицы в
столбце, соответствующем первой букве биграммы сообщения. Так, по
приведенным выше таблицам биграмма сообщения ТО превращается в биграмму
шифровки ЖБ. Несомненно, что шифрование биграммами дает весьма устойчивый к
вскрытию и простой шифр, а это было в то время крупным успехом. Взлом
шифровки двойного квадрата требует больших усилий и длины сообщения более
тридцати строк.
    Во второй половине XIX века появляется множество работ по вскрытию
сложных шифров замены для конкретных условий, при использовании
повторяющегося короткого ключа, при шифровке нескольких сообщений одним
ключом. Тогда же в Англии и США стали выходить периодические издания,
посвященные вопросам криптоанализа, где профессионалы и любители,
обмениваясь опытом, предлагали новые типы шифров и анализировали их
стойкость к взлому. Возможно, одного из самых больших успехов XX века
криптоаналитика добилась, когда Британская морская разведка в начале 1917
года передала правительству США текст секретной расшифрованной телеграммы
(телеграмма была перехвачена с трансатлантического кабеля.) , известной как
послание Циммермана, бывшего министром иностранных дел Германии. В ней
немецкому послу в Мексике предлагалось заключить союз, чтобы Мексика
захватила американские штаты Техас, Нью-Мехико и Аризону. Эта телеграмма,
произвела эффект взрыва и, считают сейчас историки, стала главным поводом
для вступления США в Первую мировую войну против Германии, обеспечив ее
разгром. Так криптография впервые серьезно заявила о своей исключительно
большой значимости в современном мире.
    XIX век с расширением связных коммуникаций занялся автоматизацией
процесса шифрования. Появился телеграф, нужно шифровать и его. Любопытно,
что цифровое шифрующее колесо было изобретено госсекретарем Томасом
Джефферсоном в 1790 году, ставшим потом третьим президентом США. Похожие
шифрующие устройства применялись армией США и после Второй мировой войны.
Принцип работы таких машин, очень похожих на арифмометры, заключается в
многоалфавитной замене текста сообщения по длинному ключу. Длина периода
ключа определялась наименьшим общим кратным периодов оборотов шифрующих
колес. При 4 колесах и периодах их оборотов 13, 15, 17 и 19 получалась
большая длина периода ключа 62985, очень затрудняющая расшифровку коротких
сообщений. Гораздо более примитивный прибор, цилиндр Базери, был предложен
Этьеном Базери в 1891 году. Он состоял из 20 дисков со случайно нанесенным
по ободу алфавитом. Перед началом шифрования диски помешались на общую ось
в порядке, определяемым ключом. Набрав первые 20 букв текста в ряд на
цилиндрах их поворачивали вместе и считывали в другом ряду шифрованное
сообщение. Процесс повторялся, пока все сообщение не было зашифровано.
Однако первая практически используемая криптографическая машина была
предложена Жильбером Вернамом лишь в 1917 году. Применение машин в
криптографии расширялось, что привело к созданию частных фирм, занимающихся
их серийным выпуском. Шифровальная аппаратура создавалась в Германии,
Японии, США и ряде других развитых стран. Предшественницей современных
криптографических машин была роторная машина, изобретенная Эдвардом
Хеберном в 1917 году и названная впоследствии Энигмой (Слово enigma
переводится как загадка, Промышленные образцы этой машины изготовляла фирма
Siemens.). Независимая промышленная ее версия создана чуть позже берлинским
инженером Артуром Кирхом (некоторые источники называют его Артуром
Шербиусом). Она сначала Представляла собой 4 вращающихся на одной оси
барабана, обеспечивающих более миллиона вариантов шифра простой замены,
определяемого текущим положением барабанов. На каждой стороне барабана по
окружности располагалось 25 электрических контактов, столько же, сколько
букв в алфавите. Контакты с обеих сторон барабана соединялись попарно
случайным образом 25 проводами, формировавшими замену символов. Колеса
складывались вместе и их контакты, касаясь друг друга, обеспечивали
прохождение электрических импульсов сквозь весь пакет колес. Перед началом
работы барабаны поворачивались так, чтобы устанавливалось заданное кодовое
слово - ключ, а при нажатии клавиши и кодировании очередного символа правый
барабан поворачивался на один шаг. После того, как он делал оборот, на один
шаг поворачивался следующий барабан - будто бы в счетчике электроэнергии.
Таким образом, получался ключ заведомо гораздо более длинный, чем текст
сообщения.
    Например, в первом правом барабане провод от контакта, соответствующего
букве U, присоединен к контакту буквы F на другой его стороне. Если же
барабан поворачивался на один шаг, то этот же провод соответствовал замене
следующей за U буквы V на следующую за F букву G. Так как барабаны
соприкасались контак
12345
скачать работу

Криптология: подстановочно-перестановочный шифр и его применение

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ