Понятие шифрования

Проблемами защиты информации путем ее преобразования занимается криптология (kryptos - тайный, logos - наука). Криптология разделяется на два направления - криптографию и криптоанализ. Цели этих направлений прямо противоположны.

Криптография занимается поиском и исследованием математических методов преобразования информации.

Сфера интересов криптоанализа - исследование возможности расшифровывания информации без знания ключей.

Основное внимание будем уделять криптографическим методам.

Современная криптография включает в себя четыре основных направления:

1. Симметричные криптосистемы.

2. Криптосистемы с открытым ключом.

3. Системы электронной подписи.

4. Управление ключами.

Криптография дает возможность преобразовать информацию таким образом, что ее прочтение (восстановление) возможно только при знании ключа.

В качестве информации, подлежащей шифрованию и дешифрованию, будут рассматриваться тексты, построенные на некотором алфавите. Под этими терминами понимается следующее.

Алфавит - конечное множество используемых для кодирования информации знаков.

Текст - упорядоченный набор из элементов алфавита.

В качестве примеров алфавитов, используемых в современных информационных системах (ИС) можно привести следующие:

• алфавит Z₃₃ - 32 буквы русского алфавита и пробел;

• алфавит Z₄₄ – 43 буквы русского алфавита, знаки препинания и пробела;

• алфавит Z₂₅₆ – символы, входящие в стандартные коды ASCII и КОИ-8;

• бинарный алфавит – Z₂ = {0,1};

• восьмеричный алфавит – Z₈ = {0,1,2,3,4,5,6,7};

• шестнадцатеричный алфавит – Z₁₆ = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14, 15};

и т.д.и т.п.

Шифрование - преобразовательный процесс: исходный текст, который носит также название открытого текста, заменяется шифрованным текстом (называемый также криптограммой) (рис.1).

 

Рис.1. Процесс шифрования данных

Дешифрование - обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный (рис.2).

 

Рис.2. Процесс дешифрования данных

Ключ - информация, необходимая для шифрования и дешифрования текстов.

Криптографическая система представляет собой семейство Tпреобразований открытого текста. Члены этого семейства индексируются, или обозначаются каким-нибудь символом, например k. Параметр k является ключом.

Пространство ключей K - это набор возможных значений ключа.

Обычно ключ представляет собой последовательный ряд букв алфавита.

Цель криптографической системы заключается в том, чтобы зашифровать осмысленный исходный текст, получив в результате совершенно бессмысленный на взгляд шифрованный текст. Получатель, которому он предназначен, должен быть способен расшифровать эту шифрограмму, восстановив, таким образом, соответствующий ей открытый текст. При этом противник (называемый также криптоаналитиком) должен быть неспособен раскрыть исходный текст. Существует важное отличие между дешифрованием и раскрытием криптосистемы. Раскрытием криптосистемы называется результат работы криптоаналитика, приводящий к возможности эффективного раскрытия любого, зашифрованного с помощью данной криптосистемы, открытого текста. Степень неспособности криптосистемы к раскрытию называется ее стойкостью (криптостойкостью), или другими словами криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию без знания ключа (т.е. криптоанализу).

Имеется несколько показателей криптостойкости, среди которых:

• количество всех возможных ключей;

• среднее время, необходимое для криптоанализа.

Таким образом, преобразование Tk определяется соответствующим алгоритмом и значением параметра k. Эффективность шифрования с целью защиты информации зависит от сохранения тайны ключа и криптостойкости шифра.

Существуют несколько способов, в соответствии с которыми могут классифицироваться криптографические системы.

Например, существует такая классификация:

- криптосистемы ограниченного использования;

- криптосистемы общего использования;

- криптосистемы с секретным ключом;

- криптосистемы с открытым ключом.

Криптографическая система называется криптосистемой ограниченного использования, если ее стойкость основывается на сохранении в секрете самого характера алгоритмов шифрования и дешифрования. Простейшим историческим примером такой системы можно считать шифр Цезаря, который будет рассмотрен далее.