Конкурс aes и блочная криптосистема Rijndael 44
Скачать 0.88 Mb.
|
Содержание 1. Введение в криптографию 4 1.1. Основные понятия и определения криптографии 4 1.2. Из истории криптографии 7 1.3. Модели источников открытых текстов 16 1.3.1 Детерминированные модели 16 1.3.2 Вероятностные модели 17 1.4. Модели шифров 20 2. Симметричные криптосистемы и их свойства 23 2.1. Шифры замены 23 2.2. Шифры перестановки 25 2.3. Поточные криптосистемы 28 2.4. Блочные криптосистемы 34 2.4.1. Принципы построения блочных криптосистем 34 2.4.2. Режимы шифрования 37 2.4.3. Усложнение блочных криптосистем 40 2.4.4. Блочная криптосистема DES 41 2.4.5. Блочная криптосистема ГОСТ 28147-89 43 2.4.6. Конкурс AES и блочная криптосистема Rijndael 44 3. Методы криптоанализа симметричных криптосистем 49 3.1. Задачи и принципы криптоанализа 49 3.2. Метод полного перебора 50 3.3. Методы бесключевого чтения 52 3.4. Методы криптоанализа с использованием теории статистических решений 56 3.5. Линейный криптоанализ 59 3.6 Дифференциальный (разностный) криптоанализ 64 4. Теория стойкости криптосистем 68 4.1. Совершенно стойкие криптосистемы 68 4.2. Идеально стойкие криптосистемы 70 4.3. Практическая стойкость криптосистем 73 4.4. Имитостойкость и помехоустойчивость криптосистем 76 Литература 80 1. Введение в криптографию Исторический процесс развития средств и методов защиты информации выработал три основных способа защиты. Первый способ защиты информации ЁC физическая защита от противника материального носителя информации (пергамента, бумаги, магнитной ленты и т.д.), например, передача информации специальным курьером с охраной, перстень с контейнером для тайного послания и т.п. Второй способ защиты информации ЁC стеганография. Применение стеганографии обеспечивает сокрытие от противника самого факта передачи информации. Стеганографическая защита информации обеспечивается различными способами, например: - использованием «невидимых» носителей информации (микропленок); - применением симпатических чернил, которые становятся видимыми при соответствующей химической обработки носителя информации; - маскированием секретной информации обычным посланием и т.д. В современной стеганографии имеется достаточно широкий спектр методов защиты информации [1,12]. Третий, наиболее надежный и распространенный способ защиты информации ЁC криптографический. Именно криптографическим методам защиты информации и посвящено данное учебное пособие. 1.1. Основные понятия и определения криптографии Рассмотрим основные понятия, принятые в криптографии [1,2,6,8-11], и вначале определим, что такое криптография. Криптография - это раздел прикладной математики (криптологии), изучающий модели, методы, алгоритмы, программные и аппаратные средства преобразования информации (шифрования) в целях сокрытия ее содержания, предотвращения видоизменения или несанкционированного использования. На решение взаимообратных задач нацелен криптоанализ. Криптоанализ - это раздел прикладной математики (криптологии), изучающий модели, методы, алгоритмы, программные и аппаратные средства анализа криптосистем или их входных и выходных сигналов с целью извлечения конфиденциальных параметров, включая открытый текст. Таким образом, криптография и криптоанализ составляют единое целое и образуют науку - криптологию, которая с самого начала развивалась как двуединая наука. Исторически центральным понятием криптографии является понятие шифра. Шифром называется совокупность обратимых криптографических преобразований множества открытых текстов на множество зашифрованных текстов, проводимых с целью их защиты. Конкретный вид криптографического преобразования открытого текста определяется с помощью ключа шифрования. Открытым текстом называют исходное сообщение, которое подлежит зашифрованию. Под зашифрованием понимается процесс применения обратимого криптографического преобразования к открытому тексту, а результат этого преобразования называется шифртекстом или криптограммой. Соответственно, процесс обратного криптографического преобразования криптограммы в открытый текст называется расшифрованием. Расшифрование нельзя путать с дешифрованием. Дешифрование (дешифровка, взлом) - процесс извлечения открытого текста без знания криптографического ключа на основе перехваченных криптограмм. Таким образом, расшифрование проводится законным пользователем, знающим ключ шифра, а дешифрование - криптоаналитиком. Криптографическая система - семейство преобразований шифра и совокупность ключей. Само по себе описание криптографического алгоритма не является криптосистемой. Только дополненное схемами распределения и управления ключами оно становится системой. Классификация криптосистем представлена на рис. 1.1. Рис. 1.1. Классификация криптосистем Более полная классификация криптосистем приведена, например в [1,10]. Симметричные криптосистемы (криптосистемы с секретным ключом) построены на принципе сохранения в тайне ключа шифрования. На рис. 1.2 представлена упрощенная структурная схема симметричной криптосистемы. Перед использованием симметричной криптосистемы пользователи должны получить общий секретный ключ µ § и исключить доступ к нему злоумышленника. Открытое сообщение µ § подвергается криптографическому преобразованию µ § и полученная криптограмма µ § по открытому каналу связи передается получателю, где осуществляется обратное преобразование µ § с целью выделения исходного открытого сообщения µ §. Рис. 1.2. Упрощенная структурная схема симметричной криптосистемы Симметричные криптосистемы классифицируются по различным признакам [1,2,10]: по виду криптографического преобразования; по конструктивным принципам; по виду защищаемой информации; по криптографической стойкости и т.д. Чаще всего используются первые два признака классификации. В связи с этим множество симметричных криптосистем делится: - по виду криптографического преобразования ЁC на шифры перестановки, шифры замены и композиционные шифры; - по конструктивным принципам ЁC на поточные криптосистемы и блочные криптосистемы. Под шифром перестановки понимается переупорядочение букв исходного сообщения, в результате которого он становиться нечитаемым. Под шифром замены понимается преобразование, которое заключается в замене букв исходного сообщения на другие буквы по более или менее сложному правилу. Композиционные шифры строятся на основе шифров замены и перестановки. Блочные симметричные криптосистемы (БСК) представляют собой семейство обратимых криптографических преобразований блоков исходного сообщения. Поточные криптосистемы (ПСК) преобразуют посимвольно исходное сообщение в криптограмму. Отличительной особенностью асимметричных криптосистем (криптосистем с открытым ключом) является то, что для зашифрования и расшифрования информации используются разные ключи. На рис. 1.3 представлена упрощенная структурная схема асимметричной криптосистемы. Криптосистема с открытым ключом определяется тремя алгоритмами: генерации ключей, шифрования и расшифрования. Алгоритм генерации ключей позволяет получить пару ключей µ §, причем µ §. Один из ключей µ § публикуется, он называется открытым, а второй µ §, называется закрытым (или секретным) и храниться в тайне. Алгоритмы шифрования µ § и расшифрования µ § таковы, что для любого открытого текста µ § выполняется равенство µ §. Рис. 1.3. Упрощенная структурная схема асимметричной криптосистемы 1.2. Из истории криптографии По мнению ряда специалистов, криптография по возрасту ЁC ровесник египетских пирамид. В документах древних цивилизаций (Индии, Египта, Месопотамии) есть сведения о системах и способах составления шифрованных писем. В криптографии с древних времен использовались два вида шифров: замены (подстановки) и перестановки. Историческим примером шифра замены является шифр Цезаря (I век до н.э.), описанный историком Древнего Рима Светонием. Гай Юлий Цезарь использовал в своей переписке шифр собственного изобретения. Применительно к русскому языку он состоит в следующем. Выписывается алфавит, а затем под ним выписывается тот же алфавит, но с циклическим сдвигом на три буквы влево: АБВГДЕЎKЭЮЯГДЕЁЖЗЎKАБВЗашифрование заключается в выборе буквы из первой строки и замену ее на букву второй строки, расшифрование представляет собой обратную операцию. Например, РИМ ЁC УЛП. Ключом шифра Цезаря является величина циклического сдвига. Гай Юлий Цезарь всю жизнь использовал один и тот же ключ ЁC сдвиг на 3 буквы. Приемник Юлия Цезаря ЁC Цезарь Август использовал тот же шифр, но со сдвигом на одну букву. Светоний не приводит фактов дешифрования шифра Цезаря, однако в те времена, когда царила всеобщая неграмотность, даже обычное открытое послание могло остаться непрочитанным. Одним из первых физических приборов, реализующих шифр перестановки является скитала. Он был изобретен в древней Спарте (V век до н.э.). Кроме Древней Греции прибор скитала использовался широко и в Древнем Риме. Скитала (в переводе - «жезл») представляет собой цилиндр заданного диаметра. На цилиндр наматывался ремень из пергамента, на который наносился текст сообщения вдоль оси цилиндра. Затем ремень сматывался и отправлялся получателю сообщения. Последний, имея аналогичный цилиндр, расшифровывал сообщение. Ключом шифра является диаметр скитала. Изобретение дешифровального устройства приписывается Аристотелю. Он предложил использовать для дешифрования конусообразное «копье», на которое наматывался перехваченный ремень, до тех пор, пока не появлялся осмысленный текст. Одним из первых исторических имен, которое упоминается в связи с криптографией, это имя Энея - легендарного полководца, защитника Трои. В области тайнописи Энею принадлежат два изобретения. Первое из них ЁC так называемый диск Энея. Его принцип прост. На диске размером 10-15 см и толщиной 1-2 см высверливались отверстия по числу букв алфавита. В центре диска закреплена катушка с нитью. При зашифровании нитка последовательно протягивалась через отверстия соответствующие буквам послания. Диск отсылался получателю, который вытягивал нитку из отверстий и получал сообщение в обратном порядке. Другим устройством является линейка Энея. Здесь вместо диска использовалась линейка с числом отверстий, равным числу букв в алфавите. Буквы по отверстиям располагались в произвольном порядке. К линейке прикреплялась катушка с нитью. При шифровании нить протягивалась через отверстие, соответствующее букве шифруемого послания, при этом на нити в месте прохождения отверстия завязывался узелок. Таким образом, зашифрованное послание представляло собой нить с узелками, в которой каждой букве ставилось в соответствие расстояние между узелками нити. Ключом шифра являлся порядок следования букв по отверстиям линейки. Аналогичное линейке Энея кипу (узелковое письмо) получило широкое распространение у индейцев Центральной Америки. Еще оно изобретение древних греков ЁC квадрат Полибия (Полибий ЁC греческий государственный деятель, полководец, историк III века до н.э): ABCDEAABCDEBFGHI,JKCLMNOPDQRSTUEVWXYZПрименительно к современному латинскому алфавиту шифрование по этому квадрату заключалось в следующем. Шифруемая буква заменялась на координаты квадрата, в котором она записана. Так буква R заменяется на DB. При расшифровании каждая пара букв определяет соответствующую букву сообщения. Например, TABLE ЁC DDAAABCAAE. Ключом этого шифра является сам квадрат. Усложненный вариант квадрата Полибия заключается в произвольном порядке записи букв в квадрате. При этом для запоминания такого произвольного порядка использовался лозунг, который представлял собой слово, записываемое без повтора букв в квадрат, а оставшиеся клетки квадрата заполнялись по порядку их следования остальными буквами алфавита. Например, THE APPLE соответствует THEAPL. Интересно отметить, что в несколько измененном виде квадрат Полибия дошел до наших дней и получил название «тюремный шифр». Для его использования достаточно знать только естественный порядок букв в алфавите. Стороны квадрата обозначаются не буквами, а цифрами. Каждая цифра кодируется определенным количеством стуков. При передаче сообщения сначала «отстукивается» номер строки, а затем номер столбца. «Тюремный шифр» строго говоря, не является шифром, это способ кодировки сообщения с целью его приведения к виду удобному для передачи по каналу связи (тюремная стена). Во времена средневековья европейская криптография приобрела сомнительную славу, отголоски которой слышаться и в наши дни. Дело в том, что криптографию стали отождествлять с черной магией, астрологией, алхимией, к шифрованию призывались мистические силы. Для шифрования сообщений рекомендовалось использовать «магические квадраты». Магия этих квадратов заключалась в том, что сумма чисел по строкам, столбцам и полным диагоналям равнялась одному числу. Шифрование по «магическому квадрату» заключалось в следующем. Буквы сообщения вписывались в квадрат согласно записанным в них числам, а в пустые клетки вставлялись произвольные буквы. Шифртекст выписывался в оговоренном заранее порядке. Например, сообщение ПРИЕЗЖАЮ СЕГОДНЯ зашифрованное с помощь «магического квадрата»: 16У3И2Р13Д5З10Е11Г8Ю9С6Ж7А12О4Е15Я14Н1Пимеет вид УИРДЗЕГЮСЖАОЕЯНП. Данный шифр ЁC обычный шифр перестановки, однако считалось, что особую стойкость ему придает волшебство «магического квадрата». В XV веке аббат Тритемий сделал два новаторских предложения в области криптографии: он предложил шифр «Аве Мария» и шифр, основанный на периодически сдвигаемом ключе. Наиболее серьезное предложение Тритемия, дошедшее до наших дней, заключается в придуманной им таблице: ABCDЎKWXYZBCDEЎKXYZACDEFЎKYZABЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKYZABЎKUVWXZABCЎKVWXYПервая буква текста шифруется по первой строке, вторая буква по второй строке и так далее. Первая строка одновременно является строкой букв открытого текста. Например, FIGHT ЁC FJIKX. В первоначальном варианте в шифре Тритемия отсутствовал ключ. Секретом являлся сам способ шифрования. Дальнейшее усложнение шифра шло двумя путями: введением произвольного порядка расположения букв в таблице; усложнением порядка выбора строк таблицы при шифровании. Следует сказать, что шифр Цезаря является частным случаем шифра Тритемия. Шифр «Аве Мария» основан на принципе замены букв шифруемого текста на целые слова, из которых составлялись внешне невинные сообщения. Например, Н ЁC «Я», «ЗДЕСЬ»; Е ЁC «ЖДУ», «БУДУ»; Т ЁC «ДОМА», «ВЕЧЕРОМ». Тогда открытому сообщению НЕТ могут соответствовать послания «Я ЖДУ ДОМА», «ЗДЕСЬ БУДУ ВЕЧЕРОМ». В XVII веке английский философ и ученый лорд-канцлер Френсис Бэкон выдвинул главные требования к шифрам: «Они не должны поддаваться дешифрованию, не должны требовать много времени для написания и чтения, не должны возбуждать никаких подозрений». Эти требования актуальны и сегодня. Широко использовали шифры и братства «вольных каменщиков» (масонов). Шифр «вольных каменщиков» является шифром замены и вопреки распространенному мнению не является стойким, но представляет определенный интерес. Шифрование заключается в замене букв открытого текста символами по правилу: А:B:C:J.K.L.STUD:E:F:M.N.O.VWXG:H:I:P.Q.R.YZНапример, APPLE соответствует криптограмме вида: :...:При походе на Россию Наполеон использовал шифр «вольных каменщиков» в низших звеньях своей связи, однако шифр достаточно быстро был раскрыт русскими дешифровальщиками. В XVI веке итальянец Альберти впервые выдвинул идею двойного шифрования, т.е. текст после первого шифрования подвергался повторному шифрованию. Альберти также принадлежит шифр, который он называл «шифром, достойным королей». Реализация шифра осуществлялась с помощью шифровального диска. На внешний неподвижный диск наносились буквы и цифры под которыми располагались буквы и цифры внутреннего подвижного диска. Процесс шифрования прост ЁC буквам и цифрам открытого текста ставились в соответствие буквы и цифры внутреннего диска. После зашифровывания слова послания внутренний диск сдвигался на один шаг. Начальное положение дисков заранее оговаривалось. Диск Альберти с незначительными изменениями использовался вплоть до начала XX века. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Использование современных педагогических технологий: модульно – блочная технология с применением приемов работы «французских мастерских»,... |  | С. В. Тронин >10. 01. 2013 положение о районном конкурс Районный конкурс для педагогов на лучшую методическую разработку с использованием интерактивной доски (далее Конкурс) проводится... |
| 10 Олимпиада-конференция: научно-технический конкурс, конкурс технического... Оргкомитет, Методические комиссии, жюри, Экспертные комиссии | | Конкурс материалов «Информатизация системы образования» Положение... Конкурс материалов «Информатизация системы образования» (далее – Конкурс) проводится «Журналом руководителя управления образованием»,... |
| Конкурс дитячого малюнка "Охорона праці очима дітей" Стартує конкурс дитячого малюнка "Охорона праці очима дітей"01 марта 2012 года стартует конкурс детского рисунка «Мама и папа, берегите... | | Конкурс проводится в муниципальных образовательных организациях,... Областной конкурс «Лидер чтения – 2014 года» (далее Конкурс) проводится в рамках областного межведомственного культурного проекта... |
| Конкурс представлен работами в 4 номинациях: «Рисую космос» «Всероссийское педагогическое собрание» проведен конкурс работ педагогов и учащихся образовательных учреждений Воронежской области... | | Информация о проведении Месячника чеченского языка и литературы в... «Даймехкан 1алам», классные часы «Ненан меттах лаьцна дош», конкурс чтецов «Къона поэт», уроки – беседы о чеченском языке «Язык народа... |
| 4. Конкурс имеет два уровня: Первая Лига и Высшая Лига Фонд имени космонавта Павла Романовича Поповича в рамках реализации проекта “Дорога в Космос” проводит Ежегодный международный конкурс... | | Конкурс «Лучшее школьное методическое объединение 2014». Положение... Конкурс методических разработок урока в контексте требований фгос ООО для учителей русского языка и литературы «Современный урок:... |
| Конкурс проектных работ Конкурс исследовательских работ конкурс рефератов... Мау имц г. Томска, тгпу, маоу гимназия №18 г. Томска в феврале-марте 2013г проводят сетевую муниципальную научно-практическую конференцию... | | Урок конкурс Конкурс профессионального мастерства в группе пк-301 Слова мастера: Вы находитесь в преддверии конкурса профессионального мастерства по профессии «Кондитер» в группе пк-301, и почетное... |
| Конкурс слоганов о сквернословии 5-8 март стенд Конкурс презентаций «Сквернословие и здоровье» | | Конкурс руководитель результат «Вдохновение» 4б класс 21 уч-ся Всероссийский... |
| Конкурс Чтение наизусть Данный конкурс оценивается по пятибалльной системе | | Конкурс проводится в целях пропаганды среди молодежи здорового образа... «Добрая воля, здоровое сердце, чистая страна!» (далее – Конкурс), требования к участникам и работам Конкурса, порядок их предоставления... |
