Шифр табличной маршрутной перестановки

Шифр табличной маршрутной перестановки

Наибольшее распространение получили шифры маршрутной перестановки, основанные на таблицах.

При шифровании в такую таблицу вписывают исходное сообщение по определенному маршруту, а выписывают (получают шифрограмму) — по другому. Для данного шифра маршруты вписывания и выписывания, а также размеры таблицы являются ключом.

Например, исходное сообщения «АБРАМОВ ИЛЬЯ СЕРГЕЕВИЧ» вписывается в прямоугольную таблицу размерами 4х6, маршрут вписывания – слева-направо сверху-вниз, маршрут выписывания – сверху-вниз слева-направо. Шифрограмма в этом случае выглядит «АВ_ЕБ_СВРИЕИАЛР ЧМЬГ_ОЯЕ_».

Шифр вертикальной перестановки.Является разновидностью предыдущего шифра. К особенностям шифра можно отнести следующие:

— количество столбцов в таблице фиксируется и определяется длиной ключа;

— маршрут вписывания строго соответствует маршруту, показанному на рис.12;

— шифрограмма выписывается по столбцам в соответствии с их нумерацией (ключом).

В качестве ключа можно использовать слово или фразу. Тогда порядок выписывания столбцов соответствует алфавитному порядку букв в ключе. Например, если ключевым словом будет «ДЯДИНА», то присутствующая в нем буква А получает номер 1, Д – 2 и т.д.

Если какая-то буква входит в слово несколько раз, то ее появления нумеруются последовательно слева направо.

В примере первая буква Д получает номер 2, вторая Д – 3.

При шифровании сообщения «АБРАМОВ ИЛЬЯ СЕРГЕЕВИЧ» результат будет «ОЯЕ_АВ_ЕРИЕИАЛРЧМЬГ_Б_СВ».

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 9186 — | 7394 — или читать все.

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. Такой шифр называют маршрутной перестановкой.

Например, можно вписывать исходное сообщение в прямоугольную таблицу, выбрав такой маршрут: по горизонтали, начиная с левого верхнего угла поочередно слева направо и справа налево.

Выписывать сообщение будем по другому маршруту: по вертикали, начиная с верхнего правого угла и двигаясь поочередно сверху вниз и снизу вверх.

При расшифровании надо определить число длинных столбцов, т.е. число букв в последней строке прямоугольника. Для этого нужно разделить число буев в сообщении на длину числового ключа. Остаток от деления и будет искомым числом.

Шифр «Сцитала».

Одним из самых первых шифровальных приспособлений был жезл («Сцитала»), применявшийся еще во времена войны Спарты против Афин в V веке до н. э.

Это был цилиндр, на который виток к витку наматывалась узкая папирусная лента (без просветов и нахлестов), а затем на этой ленте вдоль его оси записывался необходимый для передачи текст. Лента сматывалась с цилиндра и отправлялась адресату, который, имея цилиндр точно такого же диаметра, наматывал ленту на него и прочитывал сообщение. Ясно, что такой способ шифрования осуществляет перестановку местами букв сообщения.

Шифр «Сцитала’‘ реализует не более n перестановок (n — длина сообщения).

Действительно, этот шифр, как нетрудно видеть, эквивалентен следующему шифру маршрутной перестановки: в таблицу, состоящую из столбцов, построчно записывают сообщение, после чего выписывают буквы по столбцам. Число задействованных столбцов таблицы не может превосходить длины сообщения.

Имеются еще и чисто физические ограничения, накладываемые реализацией шифра «Сцитала». Естественно предположить, что диаметр жезла не должен превосходить 10 сантиметров. При высоте строки в 1 сантиметр на одном витке такого жезла уместится не более 32 букв (10p

В трафарете вырезано 2m x 2k 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.

  1. Шифры замены. Математическая модель. Примеры.

Поточные шифры (Цезаря)

Блочные шифры (Порта и Пфейфера)

Основа – прямоугольная таблица, в которую записан систематически перемешанный алфавит.

Читайте также:  Создание списка иллюстраций в ворде

Буквы биграммы (i,j), i ¹ j, находятся в данной таблицк. При зашифровании биграмма (i,j) заменяется биграммой (k,l), где определяются с правилами:

  1. Если i и j не лежат в одной строке или одном столбце, то их позиции образуют противоположные вершины прямоугольника. Тогда k и l – другая пара вершин, причем k –вершина, лежащая в той же строке, что и i.
  2. Если i и j лежат в одной строке, то k и l – буквы той же строки, расположенные непосредственно справа от i и j соответственно. При этом если одна из букв – последняя в строке, то считается, что ее «правым соседом» является первая буква той же строки.
  3. Аналогично если i и j лежат в одном столбце, то они заменяются «соседями снизу.»

Пример шифра Плейфера.

Пусть шифр использует прямоугольник 5х6, в который записан систематически перемешанный русский 30-буквенный алфавит на основе ключевого слова «командир».

к о м а н д
и р б в г е
ж з л п с т
у ф х ц ч ш
щ ь ы э ю я

«автором метода является Уитстон».

В качестве «пустышки» будем использовать редкую букву ф.

Представим фразу в виде последовательности биграмм:

АВ ТО РО МФ МЕ ТО ДА ЯВ ЛЯ ЕТ СЯ УИ ТС ТО НФ

ВП ЗД ЗР ОХ ДБ ЗД КН ЭЕ ТЫ ТШ ШД ЩЖ ЖТ ЗД ОЧ

Криптоанализ шифра Плейфера опирается на частотный анализ биграмм, триграмм и четырехграмм шифртекста и особенности замены шифрвеличин на шифрообозначения, связанные с расположением алфавита в прямоугольнике.

Существенную информацию о заменах дает знание того, что используется систематически перемешанный алфавит.

  1. Шифры перестановки. Математическая модель. Примеры.

Шифр, преобразования из которого изменяют только порядок следования символов исходного текста, но не изменяют их самих, называется шифром перестановки.

Пример
Рассмотрим, предназначенное для зашифрования сообщения длиной n символов. Его можно представить с помощью таблицы

где i1 — номер места шифртекста, на которое попадает первая буква исходного сообщения при выбранном преобразовании, i2 — номер места для второй буквы и т.д.

В верхней строке таблицы выписаны по порядку числа от 1 до , а в нижней — те же числа, но в произвольном порядке. Такая таблица называется подстановкой степени n. Зная подстановку, задающую преобразование, можно осуществить как зашифрование, так и расшифрование текста.

Зная подстановку, задающую преобразование, можно осуществить как зашифрование, так и расшифрование текста. Например, если для преобразования используется подстановка

и в соответствии с ней зашифровывается слово МОСКВА,

то получится КОСВМА.

Число различных преобразований шифра перестановки, предназначенного для зашифрования сообщений длины n, меньше либо равно n! (в это число входит и вариант преобразования, оставляющий все символы на своих местах!).

  1. Шифры гаммирования. Математическая модель. Примеры.

Гамми́рование — симметричный метод шифрования, основанный на «наложении» гамма-последовательности на открытый текст. Обычно это суммирование в каком-либо конечном поле

Принцип шифрования заключается в формировании генератором псевдослучайных чисел (ГПСЧ) гаммы шифра и наложении этой гаммы на открытые данные обратимым образом, например путем сложения по модулю два. Процесс дешифрования данных сводится к повторной генерации гаммы шифра и наложении гаммы на зашифрованные данные. Ключом шифрования в данном случае является начальное состояние генератора псевдослучайных чисел. При одном и том же начальном состоянии ГПСЧ будет формировать одни и те же псевдослучайные последовательности.

  1. Принципы построения блочных шифров. Схема Фейстеля.

Сеть Фейстеля:

Сеть Фейстеля — это общий метод преобразования произвольной функции F в перестановку на множестве блоков. [15] Она состоит из циклически повторяющихся ячеек — раундов. Внутри каждого раунда блок открытого текста разделяется на две равные части. Раундовая функция

берет одну половину (на рис. правую), преобразует её с использованием ключа Ki и объединяет результат с второй половиной посредством операции исключающее ИЛИ (XOR). Этот ключ задаётся первоначальным ключом K и различен для каждого раунда. Далее половинки меняются местами (иначе будет преобразовываться только одна половина блока) и подаются на следующий раунд. Преобразование сети Фейстеля является обратимой операцией.

Читайте также:  Как поставить рингтон на fly

Для функции F существуют определенные требования:

· её работа должна приводить к лавинному эффекту

· должна быть нелинейна по отношению к операции XOR

В случае невыполнения первого требования, сеть будет подвержена дифференциальным атакам (похожие сообщения будут иметь похожие шифры). Во втором случае действия шифра линейны и для взлома достаточно решения системы линейных уравнений. [3]

Подобная конструкция обладает ощутимым преимуществом: процедурышифрования/расшифрования совпадают, только производные от первоначального ключи используются в обратном порядке. Это значит, что одни и те же блоки могут использоваться как для шифрования, так и для расшифрования, что, безусловно, упрощает реализацию шифра. Недостаток схемы заключается в том, что в каждом раунде обрабатывается только половина блока, что приводит к необходимости увеличивать число раундов. [2]

Дата публикования: 2014-11-18 ; Прочитано: 3089 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2020 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.006 с) .

РТУ МИРЭА

Кафедра КБ-1 «Защита информации»

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

по дисциплине «Криптографические методы защиты информации»

(шифр и наименование учебной дисциплины)

ТЕМА Шифр перестановки

(наименование темы лабораторного занятия)

РТУ МИРЭА – 2018 г.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2.

ШИФРЫ ПЕРЕСТАНОВКИ

Все шифры перестановки делятся на два подкласса:

— шифры одинарной (простой) перестановки. При шифровании символы перемещаются с исходных позиций в новые один раз;

— шифры множественной (сложной) перестановки. При шифровании символы перемещаются с исходных позиций в новые несколько раз.

I. Шифры одинарной перестановки.

В общем случае для данного класса шифров при шифровании и дешифровании используется таблица перестановок.

Рис.1. Таблица перестановок

В первой строке данной таблицы указывается позиция символа в исходном сообщении, а во второй – его позиция в шифрограмме. Таким образом, максимальное количество ключей для шифров перестановки равно n! где n – длина сообщения.

Шифр простой одинарной перестановки. Для шифрования и дешифрования используется таблица перестановок, аналогичная показанной на рис.2.

Рис.2. Таблица перестановок

Например, если для шифрования исходного сообщения «АБРАМОВ» использовать таблицу, представленную на рис.2, то шифрограммой будет «РАВБОМА». Для использования на практике такой шифр не удобен, так как при больших значениях n приходится работать с длинными таблицами и для сообщений разной длины необходимо иметь свою таблицу перестановок.

Шифр блочной одинарной перестановки. При использовании этого шифра задается таблица перестановки блока символов, которая последовательно применяется до тех пор, пока исходное сообщение не закончится. Если исходное сообщение не кратно размеру блока, тогда оно при шифровании дополняется произвольными символами.

Рис.3. Таблица перестановок

Для примера выберем размер блока, равный 3, и примем таблицу перестановок, показанную на рис.3. Дополним исходное сообщение «АБРАМОВ» буквами Ь и Э, чтобы его длина была кратна 3. В результате шифрования получим «РАБОАМЭВЬ».

Количество ключей для данного шифра при фиксированном размере блока равно m!, где m – размер блока.

Шифры маршрутной перестановки. Широкое распространение получили шифры перестановки, использующие некоторую геометрическую фигуру (плоскую или объемную). Преобразования состоят в том, что в фигуру исходный текст вписывается по ходу одного маршрута, а выписывается по-другому. Один из таких шифров – шифр «Сцитала» — упоминался ранее. Некоторые из них приводятся ниже.

Шифр табличной маршрутной перестановки. Наибольшее распространение получили шифры маршрутной перестановки, основанные на таблицах. При шифровании в такую таблицу вписывают исходное сообщение по определенному маршруту, а выписывают (получают шифрограмму) — по-другому. Для данного шифра маршруты вписывания и выписывания, а также размеры таблицы являются ключом.

Рис.4. Пример использования шифра маршрутной перестановки

Читайте также:  Как узнать сколько логических процессоров

Например, исходное сообщения «АБРАМОВ ИЛЬЯ СЕРГЕЕВИЧ» вписывается в прямоугольную таблицу размерами 4х6, маршрут вписывания – слева-направо сверху-вниз, маршрут выписывания – сверху-вниз слева-направо. Шифрограмма в этом случае выглядит «АВ_ЕБ_СВРИЕИАЛР ЧМЬГ_ОЯЕ_».

Шифр вертикальной перестановки. Является разновидностью предыдущего шифра. К особенностям шифра можно отнести следующие:

— количество столбцов в таблице фиксируется и определяется длиной ключа;

— маршрут вписывания строго соответствует маршруту, показанному на рис.4;

— шифрограмма выписывается по столбцам в соответствии с их нумерацией (ключом).

Рис.5. Пример использования шифра вертикальной перестановки

В качестве ключа можно использовать слово или фразу. Тогда порядок выписывания столбцов соответствует алфавитному порядку букв в ключе. Например, если ключевым словом будет «ДЯДИНА», то присутствующая в нем буква А получает номер 1, Д – 2 и т.д. Если какая-то буква входит в слово несколько раз, то ее появления нумеруются последовательно слева направо. В примере первая буква Д получает номер 2, вторая Д – 3.

При шифровании сообщения «АБРАМОВ ИЛЬЯ СЕРГЕЕВИЧ» результат будет «ОЯЕ_АВ_ЕРИЕИАЛРЧМЬГ_Б_СВ».

Шифр «Поворотная решетка». В 1550 году итальянский математик Джироламо Кардано, состоящий на службе у папы Римского, в книге «О тонкостях» предложил новую технику шифрования — решётку Кардано. Ее считают первым транспозиционным шифром, или, как ещё называют, геометрическим шифром, основанным на положении букв в шифртексте.

Для шифрования и дешифрования изготовляется прямоугольный трафарет с четным количеством строк и столбцов. В трафарете вырезаются клетки таким образом, чтобы при наложении его на таблицу того же размера четырьмя возможными способами, его вырезы полностью покрывали все ячейки таблицы ровно по одному разу.

При шифровании трафарет накладывается на таблицу. В видимые ячейки таблицы выписываются буквы исходного текста слева-направо сверху-вниз. Далее трафарет поворачивается и вписывается следующая часть букв. Эта операция повторяется еще два раза. Шифрограмму выписывают из итоговой таблицы по определенному маршруту.

Таким образом, ключом при шифровании является трафарет, порядок его поворотов и маршрут выписывания.

Пример шифрования сообщения «АБРАМОВ+ДЯДИНА» показан на рис.6. Результат шифрования – «АДВ_МНРДБЯ+_ОААИ».

Рис.6. Пример использования решетки Кардано

Магические квадраты. Магическими квадратами называются квадратные таблицы со вписанными в их клетки последовательными натуральными числами начиная с 1, которые в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали дают одно и то же число. Подобные квадраты широко применялись для вписывания шифруемого текста по приведенной в них нумерации. Если потом выписать содержимое таблицы по строкам, то получалась шифровка перестановкой букв. На первый взгляд кажется, будто магических квадратов очень мало. Тем не менее, их число очень быстро возрастает с увеличением размера квадрата. Так, существует лишь один магический квадрат размером 3х3, если не принимать во внимание его повороты. Магических квадратов 4х4 насчитывается уже 880, а число магических квадратов размером 5х5 около 250000. Поэтому магические квадраты больших размеров могли быть хорошей основой для надежной системы шифрования того времени, потому что ручной перебор всех вариантов ключа для этого шифра был немыслим.

Рассмотри квадрат размером 4х4. В него вписываются числа от 1 до 16. Его магия состоит в том, что сумма чисел по строкам, столбцам и полным диагоналям равняется одному и тому же числу — 34. Впервые эти квадраты появились в Китае, где им и была приписана некоторая «магическая сила».

Рис.8. Магический квадрат 4х4

Шифрование по магическому квадрату производилось следующим образом. Например, требуется зашифровать фразу: «АБРАМОВДЯДИНА. ». Буквы этой фразы вписываются последовательно в квадрат согласно записанным в них числам: позиция буквы в предложении соответствует порядковому числу. В пустые клетки ставится точка или любая буква.

Рис.9. Пример шифрования с помощью магического квадрата

После этого шифрованный текст записывается в строку (считывание производится слева-направо сверху-вниз, построчно) – «.РБАМДИДЯОВНА..А».

Ссылка на основную публикацию
Шантаж фотографиями в контакте что делать
Социальные сети привлекли к себе внимание большого количества людей. Это не могло не стать очередной лазейкой для желающих получить выгоду....
Что такое shell core
Офис built-to-suit Shell & core – состояние офисного помещения «под отделку», в данном помещении присутствуют только бетонная стяжка, стеклопакеты, подведенные...
Что такое sptd в daemon tools
Подлинный файл является одним из компонентов программного обеспечения SPTD Device Driver, разработанного Duplex Secure. Sptd.sys - это драйвер в Windows....
Широта на карте это
Это приложение предназначено для определения по картам географических координат местности на Земле. Программа определяет долготу и широту в выбранной точке...
Adblock detector