Основы криптографической защиты информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра телекоммуникационных систем

Лабораторная работа

по дисциплине "Информационная безопасность в телекоммуникационных системах"

на тему: "Основы криптографической защиты информации"

Введение

Появление новых информационных технологий и развитие мощных компьютерных систем хранения и обработки информации повысили уровни защиты информации и вызвали необходимость того, чтобы эффективность защиты информации росла вместе со сложностью архитектуры хранения данных. Постепенно защита информации становится обязательной: разрабатываются всевозможные документы по защите информации; формируются рекомендации; даже проводится ФЗ о защите информации, который рассматривает проблемы и задачи защиты информации, а также решает некоторые уникальные вопросы защиты информации.

Таким образом, угроза защиты информации сделала средства обеспечения информационной безопасности одной из обязательных характеристик информационной системы.

1. Теоретическая часть

Криптография - обеспечивает сокрытие смысла сообщения с помощью шифрования и открытия его расшифрованием, которые выполняются по специальным алгоритмам с помощью ключей.

Ключ - конкретное секретное состояние некоторых параметров алгоритма криптографического преобразования данных, обеспечивающее выбор только одного варианта из всех возможных для данного алгоритма.

Криптоанализ - занимается вскрытием шифра без знания ключа (проверка устойчивости шифра).

Кодирование - (не относится к криптографии) - система условных обозначений, применяемых при передаче информации. Применяется для увеличения качества передачи информации, сжатия информации и для уменьшения стоимости хранения и передачи.

Криптографические преобразования имеют цель обеспечить недоступность информации для лиц, не имеющих ключа, и поддержание с требуемой надежностью обнаружения несанкционированных искажений.

Большинство средств защиты информации базируется на использовании криптографических шифров и процедур шифрования - расшифрования. В соответствии со стандартом ГОСТ 28147-89 под шифром понимают совокупность обратимых преобразований множества открытых данных на множество зашифрованных данных, задаваемых ключом и алгоритмом преобразования.

В криптографии используются следующие основные алгоритмы шифрования:

алгоритм замены (подстановки) - символы шифруемого текста заменяются символами того же или другого алфавита в соответствии с заранее обусловленной схемой замены;

алгоритм перестановки - символы шифруемого текста переставляются по определенному правилу в пределах некоторого блока этого текста;

гаммирование - символы шифруемого текста складываются с символами некоторой случайной последовательности;

аналитическое преобразование - преобразование шифруемого текста по некоторому аналитическому правилу (формуле).

Процессы шифрования и расшифрования осуществляются в рамках некоторой криптосистемы. Для симметричной криптосистемы характерно применение одного и того же ключа как при шифровании, так и при расшифровании сообщений. В асимметричных криптосистемах для зашифрования данных используется один (общедоступный) ключ, а для расшифрования - другой (секретный) ключ.

2. Практическая часть

2.1 Симметричные криптосистемы

2.1.1 Шифры перестановки

В шифрах средних веков часто использовались таблицы, с помощью которых выполнялись простые процедуры шифрования, основанные на перестановке букв в сообщении. Ключом в данном случае является размеры таблицы. Запишем сообщение “Любви все возрасты покорны ” в таблицу из 5строк и 6 столбцов по столбцам.

Для получения шифрованного сообщения текст считывается по строкам и группируется по 5 букв: ЛВЗЫР ЛЮСРП НИБЕА ОЫЧВВ СКОНИ ОТОТО

2.1.2 Метод одиночной перестановки по ключу

Несколько большей стойкостью к раскрытию обладает метод одиночной перестановки по ключу. Он отличается от предыдущего тем, что столбцы таблицы переставляются по ключевому слову, фразе или набору чисел длиной в строку таблицы. Используя в качестве ключа слово ЦВЕТОК, получим следующую таблицу:

В верхней строке левой таблицы записан ключ, а номера под буквами ключа определены в соответствии с естественным порядком соответствующих букв ключа в алфавите. Если в ключе встретились бы одинаковые буквы, они бы нумеровались слева направо. Получается шифровка: ВЗЛРЫ ЛСРИН ПЮЕАЧ ЫОБВС НОКВО ТОТОИ

2.1.3 Метод двойной перестановки по ключу

Кроме алгоритмов одиночных перестановок применяются алгоритмы двойных перестановок. Сначала в таблицу записывается текст сообщения, а потом поочередно переставляются столбцы, а затем строки. При расшифровке порядок перестановок был обратный. Пример данного метода шифрования показан в следующих таблицах:

Двойная перестановка столбцов и строк

В результате перестановки получена шифровка:

С_УЧОХ_ЬНЕЧОЬТАП

Ключом к шифру служат номера столбцов 4321 и номера строк 3214 исходной таблицы.

2.1.4 Магические квадраты

В средние века для шифрования применялись и магические квадраты. Магическими квадратами называются квадратные таблицы с вписанными в их клетки последовательными натуральными числами, начиная с единицы, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число. Для шифрования необходимо вписать исходный текст по приведенной в квадрате нумерации и затем переписать содержимое таблицы по строкам. В результате получается шифротекст, сформированный благодаря перестановке букв исходного сообщения.

3.2 Шифры простой замены

Система шифрования Цезаря - частный случай шифра простой замены. Метод основан на замене каждой буквы сообщения на другую букву того же алфавита, путем смещения от исходной буквы на K букв.

Лилия Зиннуровна

Заменим каждую букву на другую путем смещения от исходной буквы на 3 буквы. В результате получим: ОМОМВ ЛМРРЦУСЕРГ.

3.3 Шифры сложной замены

Шифр Гронсфельда состоит в модификации шифра Цезаря числовым ключом. Для этого под буквами сообщения записывают цифры числового ключа. Если ключ короче сообщения, то его запись циклически повторяют. Шифротекст получают примерно так же, как в шифре Цезаря, но отсчитывают не третью букву по алфавиту, а ту, которая смещена по алфавиту на соответствующую цифру ключа.

Пусть в качестве ключа используется группа из трех цифр - 132, тогда

В шифрах многоалфавитной замены для шифрования каждого символа исходного сообщения применяется свой шифр простой замены (свой алфавит).

Каждая строка в этой таблице соответствует одному шифру замены аналогично шифру Цезаря для алфавита, дополненного пробелом. При шифровании сообщения его выписывают в строку, а под ним ключ.

Если ключ оказался короче сообщения, то его циклически повторяют. Шифротекст получают, находя символ в колонке таблицы по букве текста и строке, соответствующей букве ключа.

Например, используя ключ БВА, из сообщения КОДЕР-ДЕКОДЕР, получаем следующую шифровку:

ИМДГО-ДДЗОГГР.

3.4 Гаммирование

Процесс зашифрования заключается в генерации гаммы шифра и наложении этой гаммы на исходный открытый текст.

Перед шифрованием открытые данные разбиваются на блоки Т(0)i одинаковой длины (по 64 бита). Гамма шифра вырабатывается в виде последовательности блоков Г(ш)i аналогичной длины

Т(ш)i = Г(ш)i + Т(0)i,

где + - побитовое сложение, i =1-m).

Процесс расшифрования сводится к повторной генерации шифра текста и наложение этой гаммы на зашифрованные данные T(0)i = Г(ш)i + Т(ш)i. Исходное сообщение из букв русского алфавита преобразуется в числовое сообщение заменой каждой его буквы числом по следующей таблице:

Исходное сообщение ЛИЛИЯ. Для зашифрования числового сообщения, соответствующего исходному, используется шифрующий отрезок последовательности А1, А2, … подходящей длины, начинающийся с А100:

При зашифровании каждое число числового сообщения складывается с соответствующим числом шифрующего отрезка. Затем вычисляется остаток от деления полученной суммы на 30, который по данной таблице заменяется буквой.

4. Ассиметричные криптосистемы

4.1 Схема шифрования Эль Гамаля

Алгоритм шифрования Эль Гамаля основан на применении больших чисел для генерации открытого и закрытого ключа, криптостойкость же обусловлена сложностью вычисления дискретных логарифмов.

Последовательность действий пользователя:

Получатель сообщения выбирает два больших числа P и G, причем P > G:

Р =207, G = 50.

Получатель выбирает секретный ключ - случайное целое число X < P:

X = 7

Вычисляется открытый ключ Y = GХ mod P:

Y= G x mod P=507mod207=77.

Получатель выбирает целое число K, 1< K < P-1:

К = 3.

Шифрование сообщения (M): a= GK mod P, b=Y K M mod P, где пара чисел (a,b) является шифротекстом M=5; a=503mod207=179; b=773mod207=98.

(a,b)=(179, 98) - шифротекст.

криптография кодирование информация ключ

5. Криптосистема шифрования данных RSA

Предложена в 1978 году авторами Rivest, Shamir и Aldeman и основана на трудности разложения больших целых чисел на простые сомножители.

Последовательность действий пользователя:

Получатель выбирает 2 больших простых целых числа p и q, на основе которых вычисляет

N = pq; M = (p-1)(q-1):

p = 3, q = 14,

Модуль

N = pq = 3·14 = 42,

Функция Эйлера

M = (p-1)(q-1) = 2·13 = 26.

Получатель выбирает целое случайное число d, которое является взаимопростым со значением М = 26, и вычисляет значение е из условия ed = 1/(modM):

d = 9,

(e·9)mod26= 1 е = 3.

d и N публикуются как открытый ключ, е и М являются закрытым ключом.

Если S -сообщение и его длина: 1<Len(S)<N, то зашифровать этот текст можно как S'=Sd(modN), то есть шифруется открытым ключом.

S=15;

S' = Sd(mod N)= 159 mod 42= 15.

Получатель расшифровывает с помощью закрытого ключа: S=S'e(modN).

S = S'e(mod N)=153 mod 42 = 15.

Вывод

Входе лабораторной работы были изучены основные методы криптографической зашиты информации, также была произведена шифровка всеми методами криптографии.

Размещено на Allbest.ru