Практическая работ Полиалфавитная подстановка



Практическая работа №17.

«Полиалфавитная подстановка»

Цель работы:

Целью работы является овладение практическими навыками составления шифра вручную, разработки и программирования вычислительного процесса шифрования методом полиалфавитной подстановки.

Задачи:

1. Научить студентов некоторым методам, применяемым для закрытия информации путем ее криптографического преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом.

2. Формировать умения применять некоторые методы защиты информации от преднамеренного доступа путем применения метода криптографического преобразования — полиалфавитной подстановки (шифрование заменой).

Базовые понятия: криптографическое закрытие, шифрование, дешифрование, криптостойкость, шифры многоалфавитной или многозначной замены: Аффинные криптосистемы, Таблица Виженера, Квадрат Бьюфорта.

Требуемое время: 2 часа

Содержание отчета:

Название и цель работы.

Номер варианта.

Условие задания.

Таблица Вижинера или квадрат Бьюфорта (в зависимости от варианта).

Шифрограмма и Пароль (результат работы, полученный вручную).

Задания для самостоятельной подготовки

Изучить:

Принцип шифрования заменой(подстановкой)

Принципы полиалфавитной подстановки.

Виды полиалфавитной одноконтурной обыкновенной подстановки.

Этапы шифрования Таблицей Виженера.

Отличие шифрование Квадратом Бьюфорта от шифрования Таблицей Виженера.

Контрольные вопросы

Алгоритм закрытия информации Квадратом Бьюфорта.

Алгоритм закрытия информации Таблица Виженера.

Отличие шифрование Квадратом Бьюфорта от Таблицы Виженера.

Алгоритм закрытия информации Квадратом Полибия.

Эффективное средство повышения криптостойкости шифров?

Формула стойкости комбинированного шифрования.

Краткие теоретические сведения.

Таблица Виженера:

Наиболее известной и по праву одной из старейших многоалфавитных (одному шифруемому символу соответствует более одного символа) криптосистем является система известного французского криптографа графа Блейза Виженера (1523-1596).

Для преобразования строится алфавитный квадрат с построчным сдвигом символов в каждом последующем ряду (рисунок 1.5)

Полиалфавитная Подстановка

Рисунок 1.5 – Квадрат Виженера

Далее выбирается ключ. Затем пишется шифруемая фраза, а под ней циклически записывается ключ. Преобразование производится так: шифруемому символу соответствует символ, находящийся на пересечении буквы ключа (столбец) и буквы исходного текста (строка).

Одним и тем же буквам исходного текста соответствуют не всегда одинаковые символы, то есть символы могут принимать различные значения, что является несомненным плюсом в плане криптостойкости зашифрованного текста.

Далее выбирается ключ, например “ГРАФДРАКУЛА”. Затем пишется шифруемая фраза, а под ней циклически записывается ключ. Для примера возьмем фразу “ОТРЯД ЖДЕТ УКАЗАНИЙ” и исключим из нее пробелы:

“ОТРЯДЖДЕТУКАЗАНИЙ” – исходный текст, “ГРАФДРАКУЛАГРАФДР” – циклический ключ. Преобразование производится так: шифруемому символу соответствует символ, находящийся на пересечении буквы ключа (столбец) и буквы исходного текста (строка).

Получим: “СВРУИЦДПЕЮКГЧАБМЩ”. Как видно, одним и тем же буквам исходного текста соответствуют не всегда одинаковые символы, то есть символы могут принимать различные значения, что является несомненным плюсом в плане криптостойкости зашифрованного текста.

Квадрат может быть каким угодно, главное, чтобы он был легко воспроизводимым и левый столбец, так же как и верхний ряд, соответствовали всему алфавиту. В качестве альтернативного варианта это может быть известный квадрат Френсиса Бьюфорта, где строки – зеркальное отражение строк квадрата Виженера. Для усложнения строки могут быть переставлены местами в определенном порядке и т. д. Усложненной разновидностью этого метода является метод шифрования с автоключом, предложенный математиком Дж. Кардано (XVI в.). Суть его в том, что, кроме циклического ключа, есть еще один, записываемый однократно перед циклическим ключом – первичный ключ. Этот нехитрый прием придает дополнительную стойкость алгоритму.

СТОЛБЕЦ КЛЮЧА

СТОЛБЕЦ КЛЮЧА

Квадрат Бьюфорта.

Существует, конечно, много других легко запоминающихся квадратов, которые могут применяться в качестве основы для многоалфавитной системы так же, как и таблица Виженера. Один из наиболее известных таких квадратов — квадрат Бьюфорта: его строками являются строки таблицы Виженера, записанные в обратном порядке.

Строка букв открытого текста

Матрица букв шифрограмм

Я

Ю

Э

Ь

Ы

Ъ

Я

Я

Ю

Э

Ь

Ы

Ъ

Ю

А

Я

Ю

Э

Ь

Ы

Э

Б

А

Я

Ю

Э

Ь

Ь

В

Б

А

Я

Ю

Э

Ы

Г

В

Б

А

Я

Ю

Ъ

Д

Г

В

Б

А

Я

Столбец ключа

Эффективным средством повышения криптостойкости шифров является комбинированное использование нескольких различных способов шифрования с помощью двух или более методов.

Как показали исследования, стойкость комбинированного шифрования Sк не ниже произведения стойкости используемых способов Si , т.е.

Sк>= П Si

i

Комбинировать можно любые методы шифрования и в любом количестве.

Варианты к практической работе:

(ваш номер по журналу соответствует номеру варианта)

Открытый текст берем из практической работы «Моноалфавитная подстановка».

Метод шифрования для четных вариантов – таблица Виженера, для нечетных вариантов – квадрат Бьюфорта.

Ключи для шифрования:

Абитуриент.

Аборигенка.

Абсолютизм.

Абстракция.

Авантюризм.

Адвентисты.

Азартность.

Акцептация.

Арифмометр.

Большевизм.

Большегруз.

Брусчатник.

Брахицефал.

Государыня.

Гравифотон.

Гностицизм.

Гурманство.

Декламация.

Декларация.

Демаркация.

Дипломатия.

Директория.

Дюймовочка.

Зашифровка.

Земляничка.

Изыскатель.

Инструмент.

Кардиограф.

Логичность.

Метасимвол.






map