Классификация криптографических методов защиты информации. Краткий обзор основ криптографии
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лекция 3 . Классификация криптографических систем
1. Криптография как наука. Основные понятия
С этой темы мы начинаем изучение криптографических методов защиты информации.
Криптография - это фундаментальная наука, изучающая методы преобразования информации, направленные на сокрытие ее содержания.
Слово «криптография» (cryptography) происходит от греческих слов «kryptus» - тайный, «graphein» - писать, т.е. дословно «тайнопись».
Криптоанализ - это наука, изучающая методы взлома шифров.
Криптология - наука, которая занимается изучением шифров и их стойкости.
Криптология = Криптография + Криптоанализ
История криптографии насчитывает несколько тысячелетий. Первые системы шифрования появились одновременно с письменностью в четвертом тысячелетии до н.э..
Дэвид Кон (David Kohn) в своей эпической книге о криптоанализе «Выдающиеся взломщики шифров» привел данные о том, что криптография использовалась в Египте в 1900 г. до н.э., при написании Библии - в 500 г. до н.э.. В Древней Греции и Древнем Риме криптография уже широко использовалась в разных областях деятельности, особенно в государственной сфере. (Юлий Цезарь «Записки о галльской войне», 1 век до н.э..) В мрачные годы средневековья практика шифрования сохранялась в строжайшей тайне. В годы крестовых походов шифровальщики, служившие у Папы Римского, после года работы подлежали физическому уничтожению.
Период развития криптологии с древних времен до 1949 г. принято называть эрой донаучной криптологии, поскольку достижения тех времен основаны на интуиции и не подкреплялись доказательствами. Криптологией занимались тогда почти исключительно как искусством, а не как наукой.
Вторая мировая война явилась поворотным пунктом в истории криптографии: если до войны криптография представляла собой достаточно узкую область, то после войны она стала широким полем деятельности.
Публикация в 1949 г. статьи Клода Шеннона «Теория связи в секретных системах» стала началом новой эры научной криптологии с секретными ключами. В этой блестящей работе Шеннон связал криптографию с теорией информации.
На последние 25-30 лет пришлось значительное повышение активности в области развития криптографии, наблюдался бурный рост открытых академических исследований. До этого времени криптография использовалась исключительно в военных и разведовательных целях.
В 70-х годах произошло два события, серьезно повлиявших на дальнейшее развитие криптографии. Во-первых, был принят (и опубликован!) первый стандарт шифрования данных (DES). Во-вторых, после работы американских математиков У.Диффи и М.Хеллмана родилась «новая криптография» - криптография с открытым ключом. Оба этих события были рождены потребностями бурно развивающихся средств коммуникаций, в том числе локальных и глобальных компьютерных сетей, для защиты которых потребовались легко доступные и достаточно надежные криптографические средства. Криптография стала широко востребованной не только в военной, дипломатической, государственной сферах, но также в коммерческой, банковской и т.д..
Стеганография - совокупность методов, предназначенных для сокрытия факта существования сообщения.
Например:
1. Расстановка слов или букв открытого текста так, чтобы он нес в себе скрытое сообщение.
2. Пометка символов.
3. Невидимые чернила.
4. Прокалывание бумаги.
5. Печать между строк с использованием корректирующей ленты.
Сами по себе подобные методы выглядят архаично, но у них есть современные эквиваленты. Например, сокрытие сообщений с помощью использования незначащих бит в видеокадрах компакт-дисков.
В настоящее время разработано множество программных пакетов, позволяющих осуществлять подобные операции. Преимущество стеганографии состоит в том, что она может скрывать сам факт передачи сообщений, а не только их содержимое. Ведь само шифрование вызывает подозрение - значит есть что скрывать.
Краеугольный камень криптографии - шифрование (криптографическая обработка информации с помощью одного из алгоритмов).
Исходное сообщение называется открытым текстом. Зашифрованное сообщение называется шифртекстом.
Любой алгоритм шифрования должен быть дополнен алгоритмом расшифрования, чтобы привести зашифрованный текст в исходный вид.
(Дешифрование - восстановление исходного текста без знания ключа)
Пара процедур - шифрование и расшифрование - называется криптосистемой.
Во введении к книге «Прикладная криптография» у Б. Шнайера написано: «В мире различают два типа криптографии: криптография, которая помешает вашей младшей сестре читать ваши файлы, и криптография, которая помешает читать ваши файлы правительствам крупных стран. Эта книга посвящена криптографии второго типа».
Сегодня широко распространено 2 типа шифрования:
1. Традиционное
2. Шифрование с открытым ключом.
Процесс традиционного шифрования включает две составляющие:
1. Алгоритм шифрования.
2. Ключ - значение, не зависящее от открытого текста.
Результат, достигаемый при выполнении алгоритма, зависит от применяемого ключа. Изменение ключа приводит к изменению шифрованного текста.
Надежность традиционного шифрования определяет нескольких факторов:
1. Сложность алгоритма шифрования (должен быть достаточно сложным, чтобы невозможно было расшифровать сообщение при наличии только шифрованного текста).
2. Секретность ключа - основной фактор надежности традиционного шифрования. Сам алгоритм может быть несекретным.
В традиционной (классической) криптографии принято фундаментальное правило, сформулированное в 19 веке - правило Керкхоффа:
Стойкость шифра должна определяться только секретностью ключа.
Эта особенность традиционного шифрования обусловливает его широкую популярность и признание. Т.к. нет необходимости хранить в секрете алгоритм, то производители могут реализовать алгоритмы шифрования в виде дешевых общедоступных микросхем, которыми оснащены многие современные системы.
Рассмотрим модель традиционной криптосистемы более подробно.
Теоретические основы традиционной модели симметричной криптосистемы впервые были изложены в 1949 году в работе Клода Шеннона.
Источник создает сообщение в форме открытого текста:
Элементами хi открытого текста Х являются символы некоторого конечного алфавита А, состоящего из n символов:
Традиционно использовался алфавит из 26 букв английского языка, но сегодня чаще применяется двоичный алфавит {0,1}.
Для шифрования генерируется ключ в форме:
К=[к1, к2, …, кj]
Если ключ генерируется там же, где и само сообщение, то его необходимо переправлять получателю по секретным каналам. Либо ключ создается третьей стороной, которая должна защищенным способом обеспечить доставку ключа отправителю и получателю сообщения.
Имея Х и К с помощью алгоритма шифрования фомируется шифрованный текст
У=[у1, у2, …, уn]
Это можно записать в виде формулы:
У получается путем применения алгоритма шифрования Е к открытому тексту Х при использовании ключа К.
Обратное преобразование:
2. Типы криптосистем
шифрование криптография алгоритм
Классификация криптографических систем строится на основе следующих трех характеристик:
Число применяемых ключей.
Тип операций по преобразованию открытого текста в шифрованный.
Метод обработки открытого текста.
1) По числу применяемых ключей.
Различают:
Симметричные криптосистемы;
Асимметричные криптосистемы.
Если отправитель и получатель используют один и тот же ключ, система шифрования называется симметричной, системой с одним ключом, системой с секретным ключом, схемой традиционного шифрования. (Например, DES, CAST, RC5, IDEA, Blowfish, классические шифры);
Если отправитель и получатель используют разные ключи, система называется асимметричной, системой с двумя ключами, схемой шифрования с открытым ключом. (RSA, Эль-Гамаля).
2) По типу операций по преобразованию открытого текста в шифрованный.
Подстановочные шифры - шифрование основано на замещении каждого элемента открытого текста (бита, буквы, группы битов или букв) другим элементом. (Цезаря, Плейфейера, Хилла);
Перестановочные шифры - шифрование основано на изменении порядка следования элементов открытого текста. (Лесенка, перестановка столбцов);
Продукционные шифры - шифрование основано на комбинации нескольких операций замены и перестановки. Продукционные шифры применяются в большинстве реальных современных систем шифрования. (DES).
3) По методу обработки открытого текста.
· Блочные шифры - Блочными называются шифры, в которых логической единицей шифрования является некоторый блок открытого текста, после преобразования которого получается блок шифрованного текста такой же длины. Например: DES, шифр Файстеля.
· Поточные шифры - подразумевают шифрование всех элементов открытого текста последовательно, одного за другим (бит за битом, байт за байтом). Примерами классических поточных шифров являются шифры Виженера (с автоматическим выбором ключа) и Вернама.
Блочные шифры изучены гораздо лучше. Считается, что они обладают более широкой областью применения, чем поточные. Большинство сетевых приложений, в которых применяется схема традиционного шифрования, используют блочные шифры.
3. Типы криптоатак и стойкость алгоритмов
Процесс воссоздания открытого текста (Х) и/или ключа (К) называется криптоанализом.
Алгоритм шифрования считается раскрытым, если найдена процедура, позволяющая подобрать ключ за реальное время.
Сложность алгоритма раскрытия является одной из важных характеристик криптосистемы и называется криптостойкостью.
Самым древним и самым простым из известных подстановочных шифров является шифр Юлия Цезаря. В шифре Цезаря каждая буква алфавита заменяется буквой, которая находится на 3 позиции дальше в этом же алфавите.
В общем случае сдвиг может быть любым (от 1 до 25). Если каждой букве назначить числовой эквивалент, то:
Y = Ek(X) = (x + k)mod26
Получаем обобщенный алгоритм Цезаря.
Шифр Цезаря со сдвигом на 13 букв вправо обозначается rot13.
Раскрыть такой шифр можно путем простого последовательного перебора вариантов. Применение простого перебора оправдано следующим:
известны алгоритмы шифрования и расшифрования;
всего 25 вариантов;
известен язык открытого текста.
В большинстве случаев при защите сетей выполняется 1), но не 2). Важная характеристика - 3). Если исходный текст предварительно сжат, то это сильно затрудняет распознавание.
Для криптоаналитика существует и другая возможность раскрытия шифра (кроме перебора вариантов). Если криптоаналитик имеет представление о природе открытого текста, можно использовать информацию о характерных признаках, присущих текстам на соответствующем языке (статистические методы). Например, анализ частот появления букв алфавита.
Моноалфавитные шифры легко раскрываются, т.к. они наследуют частотность употребления букв оригинального алфавита. Чтобы в тексте, шифрованном с помощью методов подстановок, структура исходного текста проявлялась менее заметно, можно использовать:
многобуквенное шифрование, т.е. замещение не отдельных символов открытого текста, а комбинаций нескольких символов;
несколько алфавитов.
Один из наиболее известных шифров, базирующихся на методе многобуквенного шифрования, - шифр Плейфейера (Playfair). В нем биграммы (комбинации из двух букв) открытого текста рассматриваются как самостоятельные единицы, преобразуемые в заданные биграммы шифрованного текста. Анализ частот биграмм сложнее. Долго считалось, что шифр Плейфейера взломать нельзя. Он служил стандартом шифрования в британской армии во время 1-й мировой войны и даже использовался в годы 2-й мировой войны в США.
Примером многобуквенного шифра является также шифр Хилла (1929г.). В его основе лежит алгоритм, который заменяет каждые m последовательных букв открытого текста m буквами шифрованного текста.
Одна из возможностей усовершенствования простого моноалфавитного шифра заключается в использовании нескольких моноалфавитных подстановок в зависимости от определенных условий. Семейство шифров, основанных на применении таких методов шифрования, называется полиалфавитными шифрами. Они обладают следующими свойствами:
используется набор связанных моноалфавитных подстановок;
имеется ключ, по которому определяется, какое конкретное преобразование должно применяться для шифрования на данном этапе.
Полиалфавитные подстановочные шифры были придуманы в 15-м веке. Леоном Баттистой-Альберти. Они пользовались популярностью до 19 века, когда их начали взламывать.
Самым известным и простым алгоритмом такого рода является шифр Виженера (поточный).
Лучшей защитой от статистических методов криптоанализа (т. е. по частоте появления букв) является выбор ключевого слова, по длине равного длине открытого текста, но отличающегося от открытого текста по статистическим показателям. Такая система была предложена инженером компании AT&T Гилбертом Вернамом в 1918 году. В алгоритме Вернама шифрованный текст генерируется путем побитового выполнения операции XOR для открытого текста и ключа.
Может ли существовать идеальный шифр, который невозможно взломать? Хотите верьте, хотите нет, но абсолютный метод шифрования существует.
Джозеф Моборн придумал улучшение схемы Вернама, которое сделало ее исключительно надежной. Он предложил случайным образом генерировать ключ, по длине равный длине сообщения. Каждый символ ключа используется только один раз и только в одном сообщении. На выходе получается случайная последовательность, не имеющая статистической связи с открытым текстом. Схема получила название лента однократного использования или одноразовый блокнот. Взлому она не поддается, т.к. шифртекст не содержит никакой информации об открытом тексте. Однако, использование одноразового блокнота затруднено, потому что отправитель и получатель должны располагать одним случайным ключом, что трудно реализуемо на практике.
Понятие идеального шифра ввел в своих работах Шеннон. Он ставил задачу воспрепятствовать попыткам криптоанализа, основанным на статистических методах. Идеальный шифр - это шифр, который полностью скрывает в шифрованном тексте все статистические закономерности открытого текста.
Схема шифрования называется абсолютно стойкой (безусловно защищенной), если шифрованный текст не содержит информации, достаточной для однозначного восстановления открытого текста.
Это означает, независимо от того, сколько времени потратит противник на расшифровку текста, ему не удастся расшифровать его просто потому, что в шифрованном тексте нет информации, требуемой для восстановления открытого текста.
Максимум, что может дать алгоритм шифрования, это выполнение хотя бы одного из следующих условий:
1) Стоимость взлома шифра превышает стоимость расшифрованной информации;
2) Время, которое требуется для взлома шифра, превышает время, в течение которого информация актуальна.
Если схема шифрования соответствует обоим указанным критериям, она называется защищенной по вычислениям.
Все формы криптоанализа для схем традиционного шифрования разрабатываются на основе того, что некоторые характерные особенности структуры открытого текста могут сохраняться при шифровании, проявляясь в шифрованном тексте.
Криптоанализ для схем с открытым ключом базируется на совершенно другом - на том, что математические зависимости, связывающие пары ключей, дают возможность с помощью логических рассуждений, зная один из ключей, найти второй.
Основные типы криптоатак:
Атака на основе шифртекста.
Криптоаналитик располагает шифртекстами нескольких сообщений, зашифрованных одним и тем же алгоритмом шифрования и возможно ключом.
Атака на основе открытого текста.
Криптоаналитик располагает доступом не только к шифртекстам нескольких сообщений, но и открытому тексту этих сообщений. Его задача состоит в определении ключа или ключей, чтобы он мог расшифровать другие сообщения.
Атака на основе подобранного открытого текста (криптоаналитик может выбирать открытый текст для шифрования).
Во многих сообщениях используются стандартные начала и окончания, которые могут быть известны криптоаналитику (атаки 2, 3).
В этом отношении особенно уязвимы шифрованные исходные коды программ из-за частого использования ключевых слов (define, struct, else, return и т.д.). Те же проблемы и у шифрованного исполняемого кода: функции, циклические структуры и т.д.
Лобовое вскрытие (лобовая атака, метод «грубой силы» - путем перебора всех возможных ключей).
Бандитский криптоанализ.
Для получения ключа “криптоаналитик” прибегает к угрозам, шантажу или пыткам. Возможно также взяточничество, которое называется вскрытием с покупкой ключа. Это очень мощные и, зачастую, самые эффективные методы взлома алгоритма.
Никогда нельзя забывать правило Керкхоффа. Если надежность новой криптосистемы опирается на незнание взломщиком алгоритма, то вы пропали. Вы заблуждаетесь, если думаете, что сохранение в тайне принципа работы алгоритма защитит криптосистему. Это наивное предположение.
“Берегитесь людей, превозносящих достоинства своих алгоритмов, но отказывающихся их опубликовать. Доверять таким алгоритмам - все равно, что верить в целебные свойства знахарских снадобий.” (Б. Шнайер)
Лучшие алгоритмы шифрования - это те, которые были опубликованы, годами вскрывались лучшими криптографами мира, и все-таки остались несокрушенными.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Появление шифров, история эволюции криптографии. Способ приложения знаний особенностей естественного текста для нужд шифрования. Критерии определения естественности. Способ построения алгоритмов симметричного шифрования. Криптосистема с открытым ключом.
реферат , добавлен 31.05.2013
Особенности шифрования данных, предназначение шифрования. Понятие криптографии как науки, основные задачи. Анализ метода гаммирования, подстановки и метода перестановки. Симметрические методы шифрования с закрытым ключом: достоинства и недостатки.
курсовая работа , добавлен 09.05.2012
Изучение основных методов и алгоритмов криптографии с открытым ключом и их практического использования. Анализ и практическое применение алгоритмов криптографии с открытым ключом: шифрование данных, конфиденциальность, генерация и управление ключами.
дипломная работа , добавлен 20.06.2011
Сравнение производительности программных реализаций алгоритмов шифрования с оптимизациями под языки С и Java. История разработки, сущность, принципы шифрования и успехи в криптоанализе таких алгоритмов шифрования как AES, RC4, RC5, RC6, Twofish и Mars.
реферат , добавлен 13.11.2009
Криптографическая защита как элемент систем обеспечения безопасности информации. Исторические шифры и их взлом. Особенности современной криптологии и криптографии. Основные методы современного криптоанализа, их сущность, особенности и характеристика.
курсовая работа , добавлен 14.06.2012
Симметричные и асиметричные методы шифрования. Шифрование с помощью датчика псевдослучайных чисел. Алгоритм шифрования DES. Российский стандарт цифровой подписи. Описание шифрования исходного сообщения асимметричным методом с открытым ключом RSA.
курсовая работа , добавлен 09.03.2009
Изучение классических криптографических алгоритмов моноалфавитной подстановки и перестановки для защиты текстовой информации. Анализ частоты встречаемости символов в тексте для криптоанализа классических шифров. Сущность одноалфавитного метода шифрования.
лабораторная работа , добавлен 25.03.2015
Криптография и шифрование. Симметричные и асимметричные криптосистемы. Основные современные методы шифрования. Алгоритмы шифрования: замены (подстановки), перестановки, гаммирования. Комбинированные методы шифрования. Программные шифраторы.
реферат , добавлен 24.05.2005
История криптографии. Сравнение алгоритмов шифрования, применение в операционной системе. Анализ продуктов в области пользовательского шифрования. Включение и отключение шифрования на эллиптических кривых. Использование хеш-функции. Электронная подпись.
курсовая работа , добавлен 18.09.2016
Шифрование как метод защиты информации. История развития криптологии. Классификация алгоритмов шифрования, симметричные и асимметричные алгоритмы. Использование инструментов криптографии в Delphi-приложениях. Краткая характеристика среды Delphi 7.
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Самарский Государственный Университет»
Механико-математический факультет
Кафедра безопасности информационных систем
Специальность «компьютерная безопасность »
Криптографические методы защиты информации
Выполнил студент
курса 1 группы 19101.10
Гришина Анастасия Сергеева
________
Научный руководитель
старший преподаватель
Панфилов А.Г.
________
Самара 2013
Введение
Криптология как наука и основные её термины
Классификация криптосистем
Требования к криптосистемам
Принцип Кергосффа
Основные современные методы шифрования
Управление ключами
Заключение
Введение
С самого начала человеческой истории возникла потребность передачи и хранения информации.
Известное выражение гласит: «Кто владеет информацией, тот владеет миром». Вопросы защиты информации стояли перед человечеством всегда.
Информацию используют все люди без исключения. Каждый человек решает для себя, какую информацию ему необходимо получить, какая информация не должна быть доступна другим и т.д. Человеку легко, хранить информацию, которая у него в голове, а как быть, если информация занесена в «мозг машины», к которой имеют доступ многие люди. В процессе научно-технической революции появились новые способы хранения и передачи информации и, конечно же, люди стали нуждаться в новых средствах защиты информации.
К. основным средствам защиты, используемым для создания механизма обеспечения безопасности, относятся следующие.
Технические средства реализуются в виде электрических, электромеханических и электронных устройств. Вся совокупность технических средств делится на аппаратные и физические. Под аппаратными средствами принято понимать технику или устройства, которые сопрягаются с подобной аппаратурой по стандартному интерфейсу. Например, система опознания и разграничения доступа к информации (посредством паролей, записи кодов и другой информации на различные карточки). Физические средства реализуются в виде автономных устройств и систем. Например, замки на дверях, где размещена аппаратура, решетки на окнах, источники бесперебойного питания, электромеханическое оборудование охранной сигнализации. Так, различают наружные системы охраны («Ворон», GUARDWIR, FPS и др.), ультразвуковые системы (Cyclops и т.д.), системы прерывания луча (Pulsar 30В и т.п.), телевизионные системы (VМ216 и др.), радиолокационные системы («ВИТИМ» и т.д.), система контроля вскрытия аппаратуры и др.
Программные средства представляют собой программное обеспечение, специально предназначенное для выполнения функций защиты информации. В такую группу средств входят: механизм шифрования (криптографии - специальный алгоритм, который запускается уникальным числом или битовой последовательностью, обычно называемым шифрующим ключом; затем по каналам связи передается зашифрованный текст, а получатель имеет свой ключ для дешифрования информации), механизм цифровой подписи, механизмы контроля доступа, механизмы обеспечения целостности данных, механизмы постановки графика, механизмы управления маршрутизацией, механизмы арбитража, антивирусные программы, программы архивации (например, zip, rar, arj и др.), защита при вводе и выводе информации и т.д.
Организационные средства защиты представляют собой организационно-технические и организационно-правовые мероприятия, осуществляемые в процессе создания и эксплуатации вычислительной техники, аппаратуры телекоммуникаций для обеспечения защиты информации. Организационные мероприятия охватывают все структурные элементы аппаратуры на всех этапах их жизненного цикла (строительство помещений, проектирование компьютерной информационной системы банковской деятельности, монтаж и наладка оборудования, использование, эксплуатация).
Морально-этические средства защиты реализуются в виде всевозможных норм, которые сложились традиционно или складываются по мере распространения вычислительной техники и средств связи в обществе. Эти нормы большей частью не являются обязательными как законодательные меры, однако несоблюдение их обычно ведет к потере авторитета и престижа человека. Наиболее показательным примером таких норм является Кодекс профессионального поведения членов Ассоциации пользователей ЭВМ США.
Законодательные средства защиты определяются законодательными актами страны, которыми регламентируются правила пользования, обработки и передачи информации ограниченного доступа и устанавливаются меры ответственности за нарушение этих правил.
Подробнее остановимся на программных средствах защиты информации, а точнее на криптографических методах защиты информации.
Криптология как наука и основные её термины
Наука, занимающаяся вопросами безопасной связи (т.е посредством зашифрованных сообщений называется криптологией (kryptos - тайный, logos - наука). Она в свою очередь разделяется на два направления криптографию и криптоанализ.
Криптография - наука о создании безопасных методов связи, о создании стойких (устойчивых к взлому) шифров. Она занимается поиском математических методов преобразования информации.
Криптоанализ - данный раздел посвящен исследованию возможности чтения сообщений без знания ключей, т. е. связана непосредственно со взломом шифров. Люди, занимающиеся криптоанализом и исследованием шифров называютсякриптоаналитиками .
Шифр - совокупность обратимых преобразований множества открытых текстов (т.е. исходного сообщения) на множество зашифрованных текстов, проводимых с целью их защиты. Конкретный вид преобразования определяется с помощью ключа шифрования.
Определим еще несколько понятий, которые необходимо усвоить, чтобы чувствовать себя уверенно. Во-первых, зашифрование - процесс применения шифра к открытому тексту. Во-вторых, расшифрование - процесс обратного применения шифра к зашифрованному тексту. И в третьих, дешифрование - попытка прочесть зашифрованный текст без знания ключа, т.е. взлом шифротекста или шифра. Здесь следует подчеркнуть разницу между расшифрованием и дешифрованием. Первое действие проводится законным пользователем , знающим ключ, а второе - криптоаналитиком или мощным хакером.
Криптографическая система - семейство преобразований шифра и совокупность ключей (т.е алгоритм + ключи). Само по себе описание алгоритма не является криптосистемой. Только дополненное схемами распределения и управления ключами оно становится системой. Примеры алгоритмов - описания DES, ГОСТ28.147-89. Дополненные алгоритмами выработки ключей, превращаются в криптосиситемы. Как правило, описание алгоритма шифрования уже включает в себя все необходимые части.
Классификация криптосистем
Современные криптосистемы классифицируют следующим образом:
Криптосистемы могут обеспечивать не только секретность передаваемых сообщений, но и их аутентичность (подлинность), а также подтверждение подлинности пользователя.
Симметричные криптосистемы (с секретным ключом - secret key systems)- данные криптосистемы построены на основе сохранения в тайне ключа шифрования. Процессы зашифрования и расшифрования используют один и тот же ключ. Секретность ключа является постулатом. Основная проблема при применении симметричных криптосистем для связи заключается в сложности передачи обоим сторонам секретного ключа. Однако данные системы обладают высоким быстродействием. Раскрытие ключа злоумышленником грозит раскрытием только той информации, что была зашифрована на этом ключе. Американский и Российский стандарты шифрования DES и ГОСТ28.147-89, кандидаты на AES - все эти алгоритмы являются представителями симметричных криптосистем.
Асимметричные криптосистемы (системы открытого шифрования - о.ш., с открытым ключом и т.д.- public key systems ) - смысл данных криптосистем состоит в том, что для зашифрования и расшифрования используются разные преобразования. Одно из них - зашифрование - является абсолютно открытым для всех. Другое же - расшифрование - остается секретным. Таким образом, любой, кто хочет что-либо зашифровать, пользуется открытым преобразованием. Но расшифровать и прочитать это сможет лишь тот, кто владее секретным преобразованием. В настоящий момент во многих асимметричных криптосистемах вид преобразования определяется ключом. Т.е у пользователя есть два ключа - секретный и открытый. Открытый ключ публикуется в общедоступном месте, и каждый, кто захочет послать сообщение этому пользователю - зашифровывает текст открытым ключом. Расшифровать сможет только упомянутый пользователь с секретным ключом. Таким образом, пропадает проблема передачи секретного ключа (как у симметричных систем). Однако, несмотря на все свои преимущества, эти криптосистемы достаточно трудоемки и медлительны. Стойкость асимметричных криптосистем базируется, в основном, на алгоритмической трудности решить за приемлимое время какую-либо задачу. Если злоумышленнику удастся построить такой алгоритм, то дискредетирована будет вся система и все сообщения, зашифрованые с помощью этой системы. В этом состоит главная опасность асимметричных криптосистем в отличие от симметричных. Примеры - системы о.ш. RSA, система о.ш. Рабина и т.д.
Требования к криптосистемам
П роцесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищенность и т.д. Программная реализация более практична, допускает известную гибкость в использовании. Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования:
зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению только при наличии ключа;
число операций, необходимых для определения использованного ключа шифрования по фрагменту шифрованного сообщения и соответствующего ему открытого текста, должно быть не меньше общего числа возможных ключей;
число операций, необходимых для расшифровывания информации путем перебора всевозможных ключей должно иметь строгую нижнюю оценку и выходить за пределы возможностей современных компьютеров (с учетом возможности использования сетевых вычислений);
знание алгоритма шифрования не должно влиять на надежность защиты;
незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного сообщения даже при использовании одного и того же ключа;
структурные элементы алгоритма шифрования должны быть неизменными;
дополнительные биты, вводимые в сообщение в процессе шифрования, должен быть полностью и надежно скрыты в шифрованном тексте;
длина шифрованного текста должна быть равной длине исходного текста;
не должно быть простых и легко устанавливаемых зависимостью между ключами, последовательно используемыми в процессе шифрования;
любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту информации;
алгоритм должен допускать как программную, так и аппаратную реализацию, при этом изменение длины ключа не должно вести к качественному ухудшению алгоритма шифрования.
Принцип Кергосффа
При́нцип Керкго́ффса - правило разработки криптографическихсистем, согласно которому в засекреченном виде держится только определённый набор параметров алгоритма, называемыйключом, а остальные детали могут быть открыты без снижения стойкости алгоритма ниже допустимых значений. Другими словами, при оценке надёжности шифрования необходимо предполагать, что противник знает об используемой системе шифрования всё, кроме применяемыхключей.
Впервые данный принцип сформулировал в XIX векеголландский криптографОгюст Керкгоффс.Шеннонсформулировал этот принцип (вероятно, независимо от Керкгоффса) следующим образом: «враг может знать систему». Широко применяется в криптографии.
Общие сведения
Сущность принципа заключается в том, что чем меньше секретов содержит система, тем выше её безопасность. Так, если утрата любого из секретов приводит к разрушению системы, то система с меньшим числом секретов будет надёжней. Чем больше секретов содержит система, тем более она ненадёжна и потенциально уязвима. Чем меньше секретов в системе - тем выше её прочность.
Принцип Керкгоффса направлен на то, чтобы сделать безопасность алгоритмов и протоколов независимой от их секретности; открытость не должна влиять на безопасность.
Большинство широко используемых систем шифрования, в соответствии с принципом Керкгоффса, используют известные, не составляющие секрета криптографические алгоритмы. С другой стороны, шифры, используемые в правительственной и военной связи, как правило, засекречены; таким образом создаётся «дополнительный рубеж обороны».
Шесть требований Керкгоффса
Требования к криптосистеме впервые изложены в книге Керкгоффса «Военная криптография» (издана в 1883 году). Шесть основных требований к криптосистеме, все из которых до настоящего времени определяют проектирование криптографически стойких систем, в переводе с французского звучат так:
шифр должен быть физически, если не математически, невскрываемым
система не должна требовать секретности, на случай, если она попадёт в руки врага
ключ должен быть простым, храниться в памяти без записи на бумаге, а также легко изменяемым по желанию корреспондентов
зашифрованный текст должен [без проблем] передаваться по телеграфу
аппарат для шифрования должен быть легко переносимым, работа с ним не должна требовать помощи нескольких лиц
аппарат для шифрования должен быть относительно прост в использовании, не требовать значительных умственных усилий или соблюдения большого количества правил
Второе из этих требований и стало известно как «принцип Керкгоффса».
Также важным, впервые строго сформулированным выводом «Военной криптографии» является утверждение криптоанализакак единственного верного способа испытанияшифров.
Основные современные методы шифрования
Среди разнообразнейших способов шифровании можно выделить следующие основные методы:
Алгоритмы замены или подстановки - символы исходного текста заменяются на символы другого (или того же) алфавита в соответствии с заранее определенной схемой, которая и будет ключом данного шифра. Отдельно этот метод в современных криптосистемах практически не используется из-за чрезвычайно низкой криптостойкости.
Алгоритмы перестановки - символы оригинального текста меняются местами по определенному принципу, являющемуся секретным ключом. Алгоритм перестановки сам по себе обладает низкой криптостойкостью, но входит в качестве элемента в очень многие современные криптосистемы.
Алгоритмы гаммирования - символы исходного текста складываются с символами некой случайной последовательности. Самым распространенным примером считается шифрование файлов «имя пользователя.рwl», в которых операционная система Microsoft Windows 95 хранит пароли к сетевым ресурсам данного пользователя (пароли на вход в NT-серверы, пароли для DialUр-доступа в Интернет и т.д.). Когда пользователь вводит свой пароль при входе в Windows 95, из него по алгоритму шифрования RC4 генерируется гамма (всегда одна и та же), применяемая для шифрования сетевых паролей. Простота подбора пароля обусловливается в данном случае тем, что Windows всегда предпочитает одну и ту же гамму.
Алгоритмы, основанные на сложных математических преобразованиях исходного текста по некоторой формуле. Многие из них используют нерешенные математические задачи. Например, широко используемый в Интернете алгоритм шифрования RSA основан на свойствах простых чисел.
Комбинированные методы. Последовательное шифрование исходного текста с помощью двух и более методов.
Управление ключами
Кроме выбора подходящей для конкретной ИС криптографической системы, важная проблема - управление ключами. Как бы ни была сложна и надежна сама криптосистема, она основана на использовании ключей. Если для обеспечения конфиденциального обмена информацией между двумя пользователями процесс обмена ключами тривиален, то в ИС, где количество пользователей составляет десятки и сотни управление ключами - серьезная проблема.
Под ключевой информацией понимается совокупность всех действующих в ИС ключей. Если не обеспечено достаточно надежное управление ключевой информацией, то завладев ею, злоумышленник получает неограниченный доступ ко всей информации.
Управление ключами - информационный процесс, включающий в себя три элемента:
* генерацию ключей;
* накопление ключей;
* распределение ключей.
Рассмотрим, как они должны быть реализованы для того, чтобы обеспечить безопасность ключевой информации в ИС.
Генерация ключей
В самом начале разговора о криптографических методах было сказано, что не стоит использовать неслучайные ключи с целью легкости их запоминания. В серьезных ИС используются специальные аппаратные и программные методы генерации случайных ключей. Как правило используют датчики ПСЧ. Однако степень случайности их генерации должна быть достаточно высоким. Идеальным генераторами являются устройства на основе «натуральных» случайных процессов. Например, появились серийные образцы генерации ключей на основе белого радиошума . Другим случайным математическим объектом являются десятичные знаки иррациональных чисел, например или е , которые вычисляются с помощью стандартных математических методов.
В ИС со средними требованиями защищенности вполне приемлемы программные генераторы ключей, которые вычисляют ПСЧ как сложную функцию от текущего времени и (или) числа, введенного пользователем.
Накопление ключей
Под накоплением ключей понимается организация их хранения, учета и удаления.
Поскольку ключ является самым привлекательным для злоумышленника объектом, открывающим ему путь к конфиденциальной информации, то вопросам накопления ключей следует уделять особое внимание.
Секретные ключи никогда не должны записываться в явном виде на носителе, который может быть считан или скопирован.
В достаточно сложной ИС один пользователь может работать с большим объемом ключевой информации, и иногда даже возникает необходимость организации мини-баз данных по ключевой информации. Такие базы данных отвечают за принятие, хранение, учет и удаление используемых ключей.
Итак, каждая информация об используемых ключах должна храниться в зашифрованном виде. Ключи, зашифровывающие ключевую информацию называются мастер-ключами . Желательно, чтобы мастер ключи каждый пользователь знал наизусть, и не хранил их вообще на каких-либо материальных носителях.
Очень важным условием безопасности информации является периодическое обновление ключевой информации в ИС. При этом переназначаться должны как обычные ключи, так и мастер-ключи. В особо ответственных ИС обновление ключевой информации желательно делать ежедневно.
Вопрос обновления ключевой информации связан и с третьим элементом управления ключами - распределением ключей.
Распределение ключей
Распределение ключей - самый ответственный процесс в управлении ключами. К нему предъявляются два требования:
Оперативность и точность распределения
Скрытность распределяемых ключей.
В последнее время заметен сдвиг в сторону использования криптосистем с открытым ключом, в которых проблема распределения ключей отпадает. Тем не менее распределение ключевой информации в ИС требует новых эффективных решений.
Распределение ключей между пользователями реализуются двумя разными подходами:
1. Путем создания одного ли нескольких центров распределения ключей. Недостаток такого подхода состоит в том, что в центре распределения известно, кому и какие ключи назначены и это позволяет читать все сообщения, циркулирующие в ИС. Возможные злоупотребления существенно влияют на защиту.
2. Прямой обмен ключами между пользователями информационной системы. В этом случае проблема состоит в том, чтобы надежно удостоверить подлинность субъектов.
В обоих случаях должна быть гарантирована подлинность сеанса связи. Это можно обеспечить двумя способами:
1. Механизм запроса-ответа , который состоит в следующем. Если пользователь А желает быть уверенным, что сообщения который он получает от В, не являются ложными, он включает в посылаемое для В сообщение непредсказуемый элемент (запрос). При ответе пользователь В должен выполнить некоторую операцию над этим элементом (например, добавить 1). Это невозможно осуществить заранее, так как не известно, какое случайное число придет в запросе. После получения ответа с результатами действий пользователь А может быть уверен, что сеанс является подлинным. Недостатком этого метода является возможность установления хотя и сложной закономерности между запросом и ответом.
2. Механизм отметки времени («временной штемпель»). Он подразумевает фиксацию времени для каждого сообщения. В этом случае каждый пользователь ИС может знать, насколько «старым» является пришедшее сообщение.
В обоих случаях следует использовать шифрование, чтобы быть уверенным, что ответ послан не злоумышленником и штемпель отметки времени не изменен.
При использовании отметок времени встает проблема допустимого временного интервала задержки для подтверждения подлинности сеанса. Ведь сообщение с «временным штемпелем» в принципе не может быть передано мгновенно. Кроме этого компьютерные часы получателя и отправителя не могут быть абсолютно синхронизированы. Какое запаздывание «штемпеля» считать подозрительным.
Поэтому в реальных ИС, например в системах оплаты кредитных карточек используется именно второй механизм установления подлинности и защиты от подделок. Используемый интервал составляет от одной до нескольких минут. Большое число известных способов кражи электронных денег, основано на «вклинивании» в этот промежуток с подложными запросами на снятии денег.
Для обмена ключами можно использовать криптосистемы с открытым ключом, используя тот же алгоритм RSA.
Заключение
С проникновением компьютеров в различные сферы жизни возникла принципиально новая отрасль хозяйства - информационная индустрия. Объем циркулирующей в обществе информации с тех пор стабильно возрастает по экспоненциальному закону - он примерно удваивается каждые пять лет. Фактически, на пороге нового тысячелетия человечество создало информационную цивилизацию, в которой от успешной работы средств обработки информации зависит само благополучие и даже выживание человечества в его нынешнем качестве.
характер информационных взаимодействий чрезвычайно усложнился, и наряду с классической задачей защиты передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного прочтения и искажения возникли новые задачи сферы защиты информации, ранее стоявшие и решавшиеся в рамках используемых "бумажных" технологий - например, подпись под электронным документом и вручение электронного документа "под расписку" - речь о подобных "новых" задачах криптографии еще впереди;
субъектами информационных процессов теперь являются не только люди, но и созданные ими автоматические системы, действующие по заложенной в них программе;
вычислительные "способности" современных компьютеров подняли на совершенно новый уровень как возможности по реализации шифров, ранее немыслимых из-за своей высокой сложности, так и возможности аналитиков по их взлому.
Перечисленные выше изменения привели к тому, что очень быстро после распространения компьютеров в деловой сфере практическая криптография сделала в своем развитии огромный скачок, причем сразу по нескольким направлениям.
Я считаю, что нет сомнения в актуальности поднятой проблемы. Перед криптологией сейчас остро стоит задача защитить информацию от вредного воздействия, а значит и обезопасить человечество.
Классические криптографические методы и алгоритмы разделяют на два основных типа:
· симметричные (с секретным ключом) ,
· асимметричные (с открытым ключом) .
В симметричных методах для шифрования и расшифровывания используется один и тот же секретный ключ.
Наиболее известным стандартом на симметричное шифрование с закрытым ключом является стандарт для обработки информации в государственных учреждениях США DES (Data Encryption Standard) . Коммерческий вариант алгоритма DES использует ключ длиной 56 бит, что требует от злоумышленника перебора 72·10 12 возможных ключевых комбинаций. Более криптостойкая (но втрое менее быстродействующая) версия алгоритма DES - Triple DES (тройной DES) позволяет задать ключ длиной 112 бит.
Другим популярным алгоритмом шифрования является IDEA (International Data Encryption Algorithm) , отличающийся применением ключа длиной 128 бит. Он считается более стойким, чем DES.
Отечественный стандарт шифрования данных - ГОСТ 28147-89 “Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования” определяет алгоритм симметричного шифрования с ключом длиной до 256 бит.
Общая технология использования симметричного метода шифрования представлена на Рис. 3.1.
Рис. 3.1. Использование симметричного метода шифрования с секретным ключом
К достоинствам симметричных методов относят высокое быстродействие и простоту.
Основным недостатком указанных методов является то, что ключ должен быть известен и отправителю, и получателю. Это существенно усложняет процедуру назначения и распределения ключей между пользователями. По существу, в открытых сетях должен быть предусмотрен физически защищенный канал передачи ключей.
Названный недостаток послужил причиной разработки методов шифрования с открытым ключом -асимметричных методов.
Асимметричные методы используют два взаимосвязанных ключа: для шифрования и расшифрования. Один ключ является закрытым и известным только получателю. Его используют для расшифрования. Второй из ключей является открытым, т.е. он может быть общедоступным по сети и опубликован вместе с адресом пользователя. Его используют для выполнения шифрования.
Формально асимметричный метод можно описать следующим образом. Обозначим результат шифрования текста T с помощью открытого ключа - E(T) , а результат расшифровки текста с помощью закрытого ключа - D(T) . Тогда асимметричный метод должен отвечать следующим трем требованиям:
· D(E(T)) = T ;
· D практически невозможно определить по E ;
· Е нельзя взломать.
Преимущество указанного метода состоит в уменьшении количества ключей, с которыми приходится оперировать. Однако данный алгоритм имеет существенный недостаток - требует значительной вычислительной мощности. Использование асимметричного метода шифрования представлено на Рис. 3.2.
В настоящее время наиболее известными и надежными являются следующие асимметричные алгоритмы:
· алгоритм RSA (Rivest, Shamir, Adleman);
· алгоритм Эль Гамаля.
Алгоритм RSA принят в качестве следующих международных стандартов: ISO/IEC/DIS 9594-8 и X.509 . Алгоритм использует факт, что нахождение больших (например, 100-битных) простых чисел в вычислительном отношении осуществляется легко, однако разложение на множители произведения двух таких чисел в вычислительном отношении представляется невыполнимым.
Другим известным методом является алгоритм Эль Гамаля , положенный в основу стандарта NIST (National Institute of Standards and Technology) - MD 20899 . Алгоритм основан на возведении в степень по модулю большого простого числа.
Следует сказать, что, если алгоритмы типа DES определяют длину данных и ключа в битах, то асимметричные алгоритмы могут быть реализованы при любой длине ключа. Чем ключ длиннее, тем выше криптостойкость системы, но больше время шифрования и расшифровывания.
Рис. 3.2. Использование асимметричного метода шифрования с открытым ключом
Как отмечалось, основным недостатком асимметричных алгоритмов является их низкое быстродействие: данные алгоритмы в несколько тысяч раз медленнее симметричных алгоритмов! Поэтому для исключения данного недостатка используют технологии сочетания симметричных и асимметричных методов шифрования. В частности, текст шифруется быстродействующим симметричным алгоритмом, а секретный (случайный) ключ, сопровождающий текст, - асимметричным алгоритмом.
Криптология (от греч. cryptos – тайный и logos – слово) – наука, занимающаяся шифрованием и дешифрованием. Криптология состоит из двух частей – криптографии и криптоанализа. Криптография – наука о построении криптографических систем, используемых с целью защиты информации.
Криптоанализ – наука о методах анализа криптографических систем, цель анализа – разработка методов раскрытия информации, защищаемой криптосистемой . На протяжении всей истории человечества основным фактором развития криптологии было противоборство методов защиты информации и методов её раскрытия.
Contents |
Оновные задачи криптографии
В настоящее время криптогарфические функции применяются для решения следующих задач защиты информации:
1. Обеспечение конфиденциальности информации .
2. Обеспечение целостности информации .
3. Аутентификация информации .
4. Удостоверение авторства по отношению к сообщению или документу.
5. Обеспечение неотслеживаемости информации .
Основные понятия криптографии.
Криптография
– самостоятельная наука с особым предметом исследований и специфическими методами исследования, и, несомненно, эта наука имеет математическую природу. Наиболее отчётливо многообразие связей криптологии с математикой проявилось в двадцатом веке. Большое влияние на это имел выход в свет фундаментальный труд К. Шеннона «Теория связи в секретных системах». Впрочем и до этого события история криптологии была отмечена замечателльными научными трудами и практическим вкладом в криптоаналитические разработки многих математиков, таких, как Л. Б. Альберти(XVв.), Б. Виженер, Ф. Виета(XVI-XVII вв.), Л. Эйлер(XVIII в.) и др.
Современная криптология
Современная криптология базируется на многих математических дисциплинах: линейная алгебра, теория групп, полугрупп, теория автоматов, математический анализ, теория дискретных функций, теория чисел, комбинаторный анализ, теория вероятностей и математическая статистика, теория кодирования, теория информации, теория сложности вычислений… Для полноты описания научных основ криптологии следует упомянуть физические и инженерные науки, такие, как теория связи, теория электромагнитного поля, квантовая физика, компьютерные науки и др. Методы исследования в криптографии и криптоанализе во многом схожи, но задачи этих разделов криптологии различаются существенно.
Криптографическая система
Криптографическая система применяется для решения различных задач защиты информации соответствующими действующими лицами или сторонами, при этом устанавливается определённый порядок взаимодействия сторон, называемый криптографическим протоколом . Семейство криптографических функций в совокупности с используемыми криптографическими протоколами образуют криптосистему (криптографическую систему). Функции криптосистемы зависят от параметра k, называемого ключом криптосистемы. Ключ криптосистемы принадлежит конечному множеству допустимых значений ключа, которое именуется ключевым множеством криптосистемы. Выбранный ключ k однозначно определяет криптографическую функцию криптосистемы.
Ключ криптосистемы
Практическое использование ключа криптосистемы подразумевает реализацию так называемого жизненного цикла ключа, т.е. выполнение таких действий с ключом, как генерация, распределение (рассылка) между пользователями, хранение, установка (с целью реализации при данном ключе криптографической функции для защиты информации), смена и уничтожение ключей. Протоколы, управляющие жизненным циклом ключей, называются ключевыми протоколами. Ключевое множество и ключевые протоколы образуют ключевую подсистему криптографической системы. В зависимости от задач защиты информации различают и выполняющие эти задачи криптографические системы. Для обеспечения конфиденциальности информации используется система шифрования, реализующая семейство E биективных функций множества сообщений, называемое шифром: E = {}, kK.
Аутентификация сторон
Для аутентификации сторон протокола используется система идентификации, для аутентификации сообщений – система имитозащиты, для обеспечения неотказуемости от авторства – система электронной цифровой подписи (ЭЦП).
Сообщение, к которому применяется криптографическая функция шифра, называют открытым текстом, а само применение функции шифра к открытому тексту называется шифрованием или зашифрованием. Результат шифрования открытого текста называется шифрованным текстом или криптограммой.
Шифр E
можно рассматривать как семейство отображений 
, биективных по первой переменной, где X*
и Y*
- соответственно множество открытых и шифрованных текстов. Биективность функций шифра обеспечивает возможность восстановления открытого текста по шифрованному тексту. Применение к криптограмме обратного отображения с использованием известного ключа называется расшифрованием.
Раскрытие криптоаналитиком информации, защищаемой шифром, называют дешифрованием (ключ расшифрования криптоаналитику неизвестен, т.е. неизвестно, какое именно отображение из семейства E использовано для шифрования). Разработанный криптоаналитиком метод раскрытия шифра или информации , защищаемой шифром, называют криптоаналитической атакой.
Стойкость
Способность криптосистемы противостоять атакам криптоаналитика называется её криптографической стойкостью . Как правило, криптографическая стойкость системы измеряется вычислительными и временными затратами, достаточными для её вскрытия, в некоторых случаях – объёмом материальных затрат.
По величине стойкости криптографические системы классифицируются на системы временной стойкости и гарантированной стойкости. Последние обеспечивают защиту информации в течение длительного времени, несмотря на усилия нарушителя, располагающего значительными материальными, интеллектуальными и вычислительными ресурсами. Следовательно, криптосистема гарантированной стойкости должна быть способна реализовать большое число различных функций, иначе секретная информация может быть раскрыта с помощью тотального перебора функций расшифрования. Более того, устройство системы гарантированной стойкости должно связывать любую попытку её взлома с неизбежным решением трудоёмкой задачи, а именно, задачи нерешаемой с использованием самых передовых современных технологий в течение практически приемлемого временного периода.
Классификация криптосистем .
По принципам использования ключей криптосистемы разделены на системы с секретным и открытым ключом.
Симметричные криптосистемы
Системы с секретным ключом (основная статья "Симметричная криптосистема") используются на протяжении нескольких тысячелетий до настоящего времени и основаны на классическом принципе обеспечения конфиденциальности и информации: а именно, на секретности используемого ключа для всех, кроме лиц, допущенных к информации. Такие криптосистемы называют также симметричными в связи с тем, что ключи, используемые в них для реализации прямых и обратных криптографических функций, обладают определённой симметрией (часто они совпадают). Защита информации с помощью симметричных криптосистем обеспечивается секретностью ключа.
В настоящее время симметричные шифры - это:
Блочные шифры. Обрабатывают информацию блоками определённой длины (обычно 64, 128 бит), применяя к блоку ключ в установленном порядке, как правило, несколькими циклами перемешивания и подстановки, называемыми раундами. Результатом повторения раундов является лавинный эффект - нарастающая потеря соответствия битов между блоками открытых и зашифрованных данных.
Поточные шифры, в которых шифрование проводится над каждым битом либо байтом исходного (открытого) текста с использованием гаммирования. Поточный шифр может быть легко создан на основе блочного (например, ГОСТ 28147-89 в режиме гаммирования), запущенного в специальном режиме.
Большинство симметричных шифров используют сложную комбинацию большого количества подстановок и перестановок. Многие такие шифры исполняются в несколько (иногда до 80) проходов, используя на каждом проходе «ключ прохода». Множество «ключей прохода» для всех проходов называется «расписанием ключей» (key schedule). Как правило, оно создается из ключа выполнением над ним неких операций, в том числе перестановок и подстановок.
Типичным способом построения алгоритмов симметричного шифрования является сеть Фейстеля. Алгоритм строит схему шифрования на основе функции F(D, K) , где D - порция данных, размером вдвое меньше блока шифрования, а K - «ключ прохода» для данного прохода. От функции не требуется обратимость - обратная ей функция может быть неизвестна. Достоинства сети Фейстеля - почти полное совпадение дешифровки с шифрованием (единственное отличие - обратный порядок «ключей прохода» в расписании), что сильно облегчает аппаратную реализацию. Операция перестановки перемешивает биты сообщения по некоему закону. В аппаратных реализациях она тривиально реализуется как перепутывание проводников. Именно операции перестановки дают возможность достижения «эффекта лавины».
Операция перестановки линейна -
f(a) xor f(b) == f(a xor b)Операции подстановки выполняются как замена значения некоей части сообщения (часто в 4, 6 или 8 бит) на стандартное, жестко встроенное в алгоритм иное число путем обращения к константному массиву. Операция подстановки привносит в алгоритм нелинейность.
Зачастую стойкость алгоритма, особенно к дифференциальному криптоанализу, зависит от выбора значений в таблицах подстановки (S -блоках). Как минимум считается нежелательным наличие неподвижных элементов S(x) = x , а также отсутствие влияния какого-то бита входного байта на какой-то бит результата - то есть случаи, когда бит результата одинаков для всех пар входных слов, отличающихся только в данном бите.
Криптосистема с открытым ключом
Системы с открытым ключом (основная статья "Асимметричная криптосистема") были предложены американскими криптографами Диффи и Хеллманом в 1975году, в настоящее время они активно применяются для защиты информации. Другое их название – асимметричные системы , так как в них ключи шифрования и расшифрования не связаны явным отношением симметрии или равенства. Ключ шифрования может быть открытым, известным для всех, но расшифровать сообщение может только пользователь, обладающий секретным ключом расшифрования, который, во избежание путаницы с ключом симметричной системы, обычно называют закрытым ключом. Вычисление ключа расшифрования по ключу шифрования, т.е. раскрытие шифра, увязано с решением математических задач, характеризуемых высокой сложностью решения. К таким задачам относятся, например, задача поиска делителей большого натурального числа и задача логарифмирования в конечных полях большого порядка. Идея криптографии с открытым ключом очень тесно связана с идеей односторонних функций, то есть таких функций f(x) , что по известному x довольно просто найти значение f(x) , тогда как определение x из f(x) невозможно за разумный срок.
Пусть K - пространство ключей, а e и d - ключи шифрования и расшифрования соответственно. E - функция шифрования для произвольного ключа eϵK , такая что:
E(m)=cЗдесь cϵC , где C - пространство шифротекстов, а mϵM , где M - пространство сообщений. D - функция расшифрования, с помощью которой можно найти исходное сообщение m , зная шифротекст c:
D(c)=m{E: eϵK} - набор шифрования, а {D: dϵK} - соответствующий набор для расшифрования. Каждая пара (E, D) имеет свойство: зная E , невозможно решить уравнение E(m)=c , то есть для данного произвольного шифротекста cϵC , невозможно найти сообщение mϵM . Это значит, что по данному e невозможно определить соответствующий ключ расшифрования d . E является односторонней функцией, а d - лазейкой. Ниже показана схема передачи информации лицом А лицу В. Они могут быть как физическими лицами, так и организациями и так далее. Но для более лёгкого восприятия принято участников передачи отождествлять с людьми, чаще всего именуемыми Алиса и Боб. Участника, который стремится перехватить и расшифровать сообщения Алисы и Боба, чаще всего называют Евой.
лицей-интернат «Центр Одаренных Детей»
Научное общество учащихся
Криптография. Классификация шифров и их особенности
Выполнила: Смирнова Анна,
ученица 10 А класса
Научный руководитель:
Лазарева М.В.,
учитель информатики
Н. Новгород
2015
Содержание
Введение…………………………………………………………………….........3
Глава 1. Криптография как инструмент для обеспечения конфиденциальности…………………………...…………………………….….4
1.1 История развития науки криптографии…………………………..…4
1.2 Классификация криптографических систем……………………......7
1.3 Основные требования, предъявляемые к криптосистемам.……….9
2.1 Классификация шифров………………………………………….…11
2.2 Штриховые коды……………………………………………………19
Список источников ……………………………….……………………………28
Введение
В последние десятилетия XX века начали происходить коренные изменения: в 80-х годах пал железных занавес, в 1991 году произошел развал Советского Союза, а в начале двухтысячных, с появлением общедоступного Интернета, поток информации контролировать стало практически невозможно.
Смену мировоззрения на рубеже третьего тысячелетия подготовила революция в области коммуникаций и информации, достигшая таких масштабов, каких не могли себе даже представить предшествующие поколения. Информация стала важным ресурсом во всех сферах жизни общества.
Со становлением информационного общества, криптография становится центральным инструментом для обеспечения конфиденциальности информации.
Криптография должна обеспечивать такой уровень секретности, чтобы можно было надежно защитить критическую информацию от расшифровки крупными организациями - такими как мафия, транснациональные корпорации и крупные государства. В настоящее время крупным государствам становятся доступны технологические средства тотального надзора за миллионами людей. Поэтому криптография становится одним из основных инструментов обеспечивающих конфиденциальность, доверие, авторизацию, электронные платежи, корпоративную безопасность и бесчисленное множество других важных вещей.
Предмет исследования – криптографические системы и разновидности шифров.
Цель исследования: изучение криптографических методов шифрования информации.
Задачи исследования:
Изучить особенности различных криптографических систем;
Исследовать разновидности шифров.
Методы исследования: анализ литературы, сравнение, обобщение.
Глава 1 Криптогра́фия как инструмент для обеспечения конфиденциальности
Криптогра́фия (от др.-греч.
κρυπτός - скрытый и γράφω - пишу) - наука о методах обеспечения конфиденциальности
(невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности
(целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации.
Настоящая криптография в прошлом использовалась лишь в военных целях. Однако сейчас, со становлением информационного общества, она становится центральным инструментом для обеспечения конфиденциальности, а методы криптографии стали достоянием частных лиц и сейчас широко используются хакерами, борцами за свободу информации и любыми лицами, желающими в той или иной степени зашифровать свои данные в сети. Криптография – прикладная наука, она использует самые последние достижения фундаментальных наук, в первую очередь, математики. С другой стороны, все конкретные задачи криптографии существенно зависят от уровня развития техники и технологии, от применяемых средств связи и способов передачи информации.
Широкое распространение криптографии является одним из немногих способов защитить человека от ситуации, когда он вдруг обнаруживает, что живет в тоталитарном государстве, которое может контролировать каждый его шаг.
История развития науки криптографии
История криптографии насчитывает около 4 тысяч лет. В качестве основного критерия периодизации криптографии возможно использовать технологические характеристики используемых методов шифрования.
1.Первый период (приблизительно с 3-го тысячелетия до н. э.) характеризуется господством моноалфавитных шифров (основной принцип - замена алфавита исходного текста другим алфавитом через замену букв другими буквами или символами).
2.Второй период (хронологические рамки - с IX века на Ближнем Востоке (Ал-Кинди ) и с XV века в Европе (Леон Баттиста Альберти ) - до начала XX века ) ознаменовался введением в обиход полиалфавитных шифров.
3.Третий период (с начала и до середины XX века) характеризуется внедрением электромеханических устройств в работу шифровальщиков . При этом продолжалось использование полиалфавитных шифров.
4.Четвертый период - с середины до 70-х годов XX века - период перехода к математической криптографии. В работе Шеннона появляются строгие математические определения количества информации , передачи данных, энтропии , функций шифрования. Обязательным этапом создания шифра считается изучение его уязвимости к различным известным атакам - линейному и дифференциальному криптоанализам. Однако, до 1975 года криптография оставалась «классической», или же, более корректно, криптографией с секретным ключом.
5.Современный период
развития криптографии (с конца 1970-х годов по настоящее время) отличается зарождением и развитием нового направления - криптография с открытым ключом
. Её появление знаменуется не только новыми техническими возможностями, но и сравнительно широким распространением криптографии для использования частными лицами (в предыдущие эпохи использование криптографии было исключительной прерогативой государства).
Формально криптография (с греческого - «тайнопись») определяется как наука, обеспечивающая секретность сообщения.
1. Пионером, написавшим первый научный труд о криптографии, считается Эней Тактик, завершивший свой земной путь задолго до Рождества Христова. Свои данные пытались шифровать еще Индия и Месопотамия, но первые надежные системы защиты были разработаны в Китае. Писцы Древнего Египта часто использовали изощренные способы письма, чтобы привлечь внимание к своим текстам. Чаще всего шифровка информации использовалась в военных целях: широко известен шифр «Скитала», примененный Спартой против Афин в V веке до н. э.
2. Криптография активно развивалась в Средние века, шифровками пользовались многочисленные дипломаты и купцы. Одним из самых известных шифров Средних веков называют кодекс Copiale - изящно оформленную рукопись с водяными знаками , не расшифрованную полностью до сих пор.
3. Эпоха Возрождения стала золотым веком криптографии: ее изучением занимался Фрэнсис Бэкон, описавший семь методов скрытого текста. Он же предложил двоичный способ шифрования, аналогичный использующемуся в компьютерных программах в наше время.
4. Значительное влияние на развитие криптографии оказало появление телеграфа: сам факт передачи данных перестал быть секретным, что заставило отправителей сосредоточиться на шифровке данных.
5. Во время Первой мировой войны криптография стала признанным боевым инструментом. Разгаданные сообщения противников вели к ошеломляющим результатам. Перехват телеграммы немецкого посла Артура Циммермана американскими спецслужбами привел к вступлению США в боевые действия на стороне союзников.
6. Вторая мировая война послужила своеобразным катализатором развития компьютерных систем - через криптографию. Использованные шифровальные машины (немецкая «Энигма», английская «Бомба Тьюринга») ясно показали жизненную важность информационного контроля.
Wehrmacht Enigma («Энигма»)
Шифровальная машина Третьего рейха. Код, созданный при помощи «Энигмы», считается одним из сильнейших из использованных во Второй мировой.
Turing Bombe («Бомба Тьюринга»)
Разработанный под руководством Алана Тьюринга дешифратор. Его использование
позволило союзникам расколоть казавшийся монолитным код «Энигмы».
1.2 Классификация криптографических систем
1. По области применения
шифров различают криптосистемы ограниченного и общего использования.
Стойкость криптосистемы ограниченного использования основывается на сохранении в секрете алгоритма криптографического преобразования в силу его уязвимости, малого количества ключей или отсутствия таковых (секретные кодовые системы).
Стойкость криптосистемы общего использования основывается на секретности ключа и сложности его подбора потенциальным противником.
Рис. Классификация криптографических алгоритмов
В одноключевых системах для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ.
В шифрах замены позиции букв в шифровке остаются теми же, что и у открытого текста, но символы открытого текста заменяются символами другого алфавита.
В шифрах перестановки все буквы открытого текста остаются в зашифрованном сообщении, но меняют свои позиции.
В аддитивных шифрах буквы алфавита заменяются числами, к которым затем добавляются числа секретной случайной (псевдослучайной) числовой последовательности (гаммы). Состав гаммы меняется в зависимости от используемого ключа . Обычно для шифрования используется логическая операция «Исключающее ИЛИ» (XOR). При дешифровании та же гамма накладывается на зашифрованные данные. Гаммирование широко используется в военных криптографических системах.
В двухключевых системах для шифрования и дешифрования используется два совершено разных ключа.
При использовании детерминированного алгоритма шифрование и расшифрование посредством соответствующей пары ключей возможно только единственным способом.
Вероятностный алгоритм при шифровании одного и того же исходного сообщения с одним и тем же ключом может давать разные шифртексты, которые при расшифровке дают один и тот же результат.
Квантовая криптография вносит в процесс шифрования естественную неопределенность квантового мира. Процесс отправки и приёма информации выполняется посредством объектов квантовой механики, например, при помощи электронов в электрическом токе, или фотонов в линиях волоконно-оптической связи. Самым ценным свойством этого вида шифрования является то, что при посылке сообщения отправляющая и принимающая сторона с достаточно большой вероятностью (99.99…%) могут установить факт перехвата зашифрованного сообщения.
Комбинированные (составные) методы предполагают использование для шифрования сообщения сразу нескольких методов (например, сначала замена символов, а затем их перестановка).
Все шифры по алгоритму преобразования также делят на потоковые и блочные. В потоковых шифрах преобразование выполняется отдельно над каждым символом исходного сообщения. Для блочных шифров информация разбивается на блоки фиксированной длины, каждый из которых шифруется и расшифровывается отдельно.
- потоковые – процедура преобразование применяется к отдельному символу сообщения;
- блочные – процедура преобразование применяется к набору (блоку) символов сообщения;
Отличить потоковый шифр от блочного можно по следующему признаку - если в результате разбиения исходного сообщения на отдельные символы и применения к ним однотипной процедуры преобразования получаемая шифрограмма эквивалентна той, которая получается при применении преобразования ко всему исходному сообщению, то шифр потоковый, иначе блочный.
совершенные (абсолютно стойкие, теоретически стойкие) – шифры, заведомо неподдающиеся вскрытию (при правильном использовании). Дешифрование секретного сообщения приводит к нескольким осмысленным равновероятным открытым сообщениям;
практически (вычислительно, достаточно) стойкие – шифры, вскрытие которых за приемлемое время невозможно на современном или перспективном уровне вычислительной техники. Практическая стойкость таких систем базируется на теории сложности и оценивается исключительно на какой-то определенный момент времени с двух позиций:
Известные на данный момент слабости (уязвимости) и их влияние на вычислительную сложность;
нестойкие шифры .
1.3 Основные требования, предъявляемые к криптосистемам
Для современных криптографических систем можно сформулировать следующие требования:
- сложность и трудоёмкость процедур шифрования и дешифрования должны определяться в зависимости от требуемого уровня защиты информации (необходимо обеспечить надежную защиту информации);
- временные и стоимостные затраты на защиту информации должны быть приемлемыми при заданном уровне ее секретности (затраты на защиту не должны быть чрезмерными);
- процедуры шифрования и дешифрования не должны зависеть от длины сообщения;
- количество всех возможных ключей шифра должно быть таковым, чтобы их полный перебор с помощью современных информационных технологий (в т.ч. и распределенных вычислений) был невозможен за приемлемое для противника время;
- любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту информации;
- незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного сообщения;
- избыточность сообщений, вносимая в процессе шифрования, должна быть как можно меньшей (хорошим считается результат, когда длина шифрограммы не превышает длину исходного текста);
- зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению только при наличии ключа.
Глава 2. Шифры
Шифр (от фр. chiffre «цифра» от араб. صِفْر, sifr «ноль») - какая-либо система преобразования текста с секретом (ключом) для обеспечения секретности передаваемой информации.
Шифр может представлять собой совокупность условных знаков (условная азбука из цифр или букв) либо алгоритм преобразования обычных цифр и букв. Процесс засекречивания сообщения с помощью шифра называется шифрованием .
Наука о создании и использовании шифров называется криптографией .
Криптоанализ - наука о методах получения исходного значения зашифрованной информации.
Важным параметром любого шифра является ключ - параметр криптографического алгоритма, обеспечивающий выбор одного преобразования из совокупности преобразований, возможных для этого алгоритма. В современной криптографии предполагается, что вся секретность криптографического алгоритма сосредоточена в ключе, но не деталях самого алгоритма (принцип Керкгоффса).
Не стоит путать шифр с кодированием - фиксированным преобразованием информации из одного вида в другой. В последнем отсутствует понятие ключа и не выполняется принцип Керкгоффса. В наше время кодирование практически не используется для защиты информации от несанкционированного доступа, а лишь от ошибок при передаче данных (помехоустойчивое кодирование) и других целях, не связанных с защитой.
Если k – ключ, то можно записать f(k(A)) = B. Для каждого ключа k, преобразование f(k) должно быть обратимым, то есть f(k(B)) = A. Совокупность преобразования f(k) и соответствия множества k называется шифром.
2.1 Классификация шифров
Пунктирные стрелки, ведущие из подклассов шифров перестановки, означают, что эти шифры можно рассматривать и как блочные шифры замены в соответствии с тем, что открытый текст делится при шифровании на блоки фиксированной длины, в каждом из которых производится некоторая перестановка букв.1.Одноалфавитные и многоалфавитные шифры могут быть как поточными, так и блочными. В то же время шифры гаммирования, образующие подкласс многоалфавитных шифров, относятся к поточным, а не к блочным шифрам. Кроме того, они являются симметричными, а не асимметричными шифрами.2.Симметричный и ассиметричный классы шифровСамые первые классификации шифров являлись симметричными шифрами . Отличительная черта симметричных шифров - это то, что ключ расшифрования и ключ зашифрования одинаковы. Функция у таких классов шифрования лишь одна - обеспечение конфиденциальности информации от несанкционированных лиц. И только недавно, в конце 20 века, были изобретен ассиметричный класс шифров . Функциональность данной классификации шифров чрезвычайно широка от конфиденциальности до цифровой подписи и подтверждения аутентичности информации.3.Блочный и потоковый классы шифровСимметричный класс шифров подразделяется на блочный и потоковый класс шифров. Отличительная особенность блочной классификации шифров состоит в том, что эти классы шифров обрабатывают за одну итерацию сразу несколько байт (обычно по 8 или 16) открытой информации в отличие от потокового вида шифров, который обрабатывает по 1 байту (символу).В зависимости от размера шифрвеличин шифры замены делятся на поточные (n = 1) и блочные (n > 1).4.Шифры простой заменыШифры замены меняют (что и является причиной их названия) части открытого текста на нечто другое. Шифр простой замены производят посимвольную замену, то есть однозначно заменяют каждый символ открытого текста на нечто своё, причем это нечто свое в процессе расшифрования однозначно заменяется на исходный символ. Примерами шифров простой замены могут служить такие шифры как Шифр Цезаря, Аффинный шифр, Шифр Атбаш, Шифр пляшущие человечки. Шифр Цезаря Шифр Цезаря (шифр сдвига, код Цезаря или сдвиг Цезаря) - самый простой и известный шифр . Шифр Цезаря так был назван в честь того самого Гая Юлия Цезаря, который использовал этот шифр для секретной переписки с левым сдвигом 3 (k=3). В настоящее же время шифр Цезаря, как и все шифры простой замены , легко дешифруется и не имеет практического применения (кроме как сокрытия неконфиденциальной информации от случайного прочтения, например ответы на загадки, спойлеры, оскорбления, для английского алфавита в этих целях применяется шифр Цезаря с k=13 (называется ROT13), что делает его симметричным)
Аффинный шифрАффинный шифр - шифр простой замены, использующий в качестве ключа два числа. Эти числа (то есть ключ аффинного шифра) определяют линейную зависимость порядковых номеров символов будущей шифровки от порядковых номеров заменяемых символов открытой информации в используемом алфавите. Так например, если линейная зависимость аффинного шифра 2x+8, то символ "А" (порядковый номер символа равен 1) заменяется на "И" (порядковый номер символа равен 2*1+8=10).Шифр АтбашШифрование шифром Атбаш идентично шифрованию Аффинным шифром с зависимостью N+1-x, где N - размер используемого алфавита. Это значит, что при зашифровании шифром Атбаш первая буква алфавита будет заменяться на последнюю, а вторая - на предпоследнюю. Да и само название шифра - "Атбаш" составлено из первой, последней, второй и предпоследней букв еврейского алфавита.Так, например, при зашифровании шифром Атбаш фразы "это шифр атбаш" полученная шифровка будет выглядеть следующим образом - "ВМР ЖЦКО ЯМЮЯЖ". Шифр пляшущих человечков
|
2.2 Штриховые коды
Линейный штрихкод
Штрихово́й код (штрихко́д ) - графическая информация , наносимая на поверхность, маркировку или упаковку изделий, представляющая возможность считывания её техническими средствами - последовательность чёрных и белых полос либо других геометрических фигур .
Способы кодирования информации
1.Линейные
Линейными (также называются полосковыми кодами) называются штрихкоды, читаемые в одном направлении (по горизонтали).2.Двухмерные
Двухмерные символики были разработаны для кодирования большого объёма информации. Расшифровка такого кода проводится в двух измерениях (по горизонтали и по вертикали).
Двухмерные коды подразделяются на многоуровневые (stacked) и матричные (matrix). Многоуровневые штрихкоды появились исторически ранее, и представляют собой поставленные друг на друга несколько обычных линейных кодов. Матричные же коды более плотно упаковывают информационные элементы по вертикали.
|
№1 |
Страна-производитель |
|
|
№2 |
||
|
№3 |
Код предприятия |
|
|
№4 |
||
|
№5 |
||
|
№6 |
||
|
№7 |
||
|
№8 |
Имя товара |
Потребительские свойства |
|
№9 |
Потребительские особенности |
|
|
№10 |
Масса |
|
|
№11 |
Состав |
|
|
№12 |
Цвет |
|
|
№13 |
Определение подлинности кода |
|
Штрих-код состоит по европейскому стандарту из 13 цифр.
Если проделать несложные арифметические вычисления с цифрами штрих-кода, есть шанс доподлинно узнать о том, настоящий продукт перед вами или банальная подделка. Вот эта формула:
10-((((№2+№4+№6+№8+№10+№12)*3)+ (№1+№3+№5+№7+№9+№11))-№1)
Сложите цифры, стоящие на четных местах. Полученную сумму умножьте на три. Сложите цифры, стоящие на нечетных местах, кроме последней. Сложите два предыдущих результата. А теперь от этой суммы отбросьте первую цифру. Из десяти вычтите последний получившийся результат. Если у вас получилась цифра, равная последней, контрольной, значит перед вами оригинальный продукт. Если цифры не совпадают, перед вами, скорее всего, подделка.
К качеству товаров штрих-код не имеет отношения. Он и создан был не столько для потребителей, сколько для производителей и, главное, реализаторов. Единственное, что может по штриховой кодировке определить потребитель, так это страну-производителя. Однако и здесь есть свои сложности. Если указанная на этикетке страна-производитель не совпадает с данными штрих-кода, это не всегда означает , что вы напали на подделку. Некоторые фирмы, производя товары в одной стране, регистрируются в другой или размещают в третьих странах свои филиалы. А возможно, это совместное производство.
В соответствии с правилами EAN International приоритетное право штрихового кодирования продукции принадлежит владельцу товарного знака (брэнда) или спецификации на производство товара вне зависимости от того, где и кем он произведен. Однако если по каким-либо причинам владелец торговой марки штриховой код не нанес, то это может сделать изготовитель. Если и изготовитель товара не нанес штриховой код, то это может сделать поставщик (импортер). На этикетке указывается "Поставщик: наименование компании-поставщика" и его штриховой код.
Штриховой код - это всего лишь уникальный номер, по которому в электронном каталоге организации-изготовителя можно отыскать данные об указанной продукции. Без доступа к этому каталогу ничего узнать нельзя. Однако по штрих-коду можно узнать производителя товара. В 1999 году была образована единая информационная система глобального регистра GEPIR, которая позволяет через Интернет получить информацию о принадлежности штриховых кодов. Для этого необходимо только зайти на российскую или главную страницу GEPIR в интернете и ввести интересующий вас код.
Отсутствие введенного штрих-кода в базе данных не является свидетельством его поддельности. Например, это может быть результатом принятого во многих странах законодательства о раскрытии информации, в соответствии с которым компания в некоторых случаях по своему желанию выбирает, предоставлять данные или нет.
Штрих-коды стран-производителей, чьи товары чаще всего встречаются на российском рынке:
|
Страны |
Код (первые две цифры) |
|
США, Канада |
00, 01, 03, 04, 06 |
|
Франция |
30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 |
|
Германия |
40, 41, 42, 43 |
|
Великобритания (и Северная Ирландия) |
50 |
|
Япония |
49 |
|
Бельгия (и Люксембург) |
54 |
|
Норвегия |
70 |
|
Дания |
57 |
|
Финляндия |
64 |
|
Португалия |
56 |
|
Швеция |
73 |
|
Швейцария |
76 |
|
Италия |
80, 81, 82, 83 |
|
Израиль |
72 |
|
Голландия |
87 |
|
Австрия |
90, 91 |
|
Австралия |
93 |
|
Турция |
86 |
|
ЮАР |
60, 61 |
|
Исландия |
84 |
|
РОССИЯ |
46 |
Отдельно надо сказать о кодировании товаров, произведенных в России. За Россией закреплен диапазон кодов 460-469. Однако используется пока только 460, остальные же номера пока заблокированы. Они могут быть введены в действие только EAN Россия при том условии, что полностью будут израсходованы номера текущего префикса 460 и только по обязательному согласованию со штаб-квартирой EAN International. Таким образом, если вы встретите штрих-код, начинающийся с префиксов 461-469, то этот код однозначно является поддельным.
Сферы применения
Увеличение скорости прохождения документооборота банковской и др. платежных систем;
Минимизация ошибок считывания данных за счет автоматизации процесса;
Идентификация сотрудников (корпоративный штрих-код);
Организация систем регистрации времени;
Унификация бланков для сбора разного вида данных (медицина, статистика и пр.);
Упрощение складской инвентаризации;
Контроль за наличием и продвижением товаров в магазинах, обеспечение их сохранности и др.
QR-код
QR-код (англ. quick response - быстрый отклик) - матричный код (двумерный штрихкод), разработанный и представленный японской компанией «Denso-Wave» в 1994 году.
Описание
В отличие от старого штрихкода, который сканируют тонким лучом, QR-код определяется сенсором или камерой смартфона как двумерное изображение. Три квадрата в углах изображения и меньшие синхронизирующие квадратики по всему коду позволяют нормализовать размер изображения и его ориентацию, а также угол, под которым сенсор расположен к поверхности изображения. Точки переводятся в двоичные числа контрольной сумме .
Основное достоинство QR-кода - это лёгкое распознавание сканирующим оборудованием, что дает возможность использования в торговле, производстве, логистике.
Максимальное количество символов, которые помещаются в один QR-код:
цифры - 7089;
цифры и буквы (латиница) - 4296;
двоичный код - 2953 байт (следовательно, около 2953 букв кириллицы в кодировке windows-1251 или около 1450 букв кириллицы в utf-8);
иероглифы - 1817.
Спецификация QR-кода не описывает формат данных.
Разбиение на блоки
Последовательность байт разделяется на определённое для версии и уровня коррекции количество блоков, которое приведено в таблице «Количество блоков». Если количество блоков равно одному, то этот этап можно пропустить. А при повышении версии – добавляются специальные блоки.Сначала определяется количество байт (данных) в каждом из блоков. Для этого надо разделить всё количество байт на количество блоков данных. Если это число не целое, то надо определить остаток от деления. Этот остаток определяет сколько блоков из всех дополнены (такие блоки, количество байт в которых больше на один чем в остальных). Вопреки ожиданию, дополненными блоками должны быть не первые блоки, а последние. Затем идет последовательное заполнение блоков. Важно чтобы данные заполнили все блоки исправления
Пример: для версии 9 и уровня коррекции M количество данных - 182 байта, количество блоков - 5. Поделив количество байт данных на количество блоков, получаем 36 байт и 2 байта в остатке. Это значит, что блоки данных будут иметь следующие размеры: 36, 36, 36, 37, 37 (байт). Если бы остатка не было, то все 5 блоков имели бы размер по 36 байт.
Блок заполняется байтами из данных полностью. Когда текущий блок полностью заполняется, очередь переходит к следующему. Байтов данных должно хватить ровно на все блоки, ни больше и ни меньше.
Этап размещения информации на поле кода
На QR-коде есть обязательные поля, они не несут закодированную информацию, а содержат информацию для декодирования. Это:
Поисковые узоры
Выравнивающие узоры
Полосы синхронизации
Код маски и уровня коррекции
Код версии (с 7-й версии)
Выравнивающие узоры - появляются начиная с второй версии, используются для дополнительной стабилизации кода, более точном его размещении при декодировании. Состоят они из 1 черного модуля, вокруг которого стоит рамка из белых модулей шириной 1, а потом еще одна рамка из черных модулей, так же шириной 1. Итоговый размер выравнивающего узора - 5х5. Стоят такие узоры на разных позициях в зависимости от номера версии. Выравнивающие узоры не могут накладываться на поисковые узоры. Ниже представлена таблица расположения центрального черного модуля, там указаны цифры - это возможные координаты, причем как по горизонтали, так и по вертикали. Эти модули стоят на пересечении таких координат. Отсчет ведется от верхнего левого узла, причем его координаты (0,0).
Полосы синхронизации - используются для определения размера модулей. Располагаются они уголком, начинается одна от левого нижнего поискового узора (от края черной рамки, но переступив через белую), идет до левого верхнего, а оттуда начинается вторая, по тому же правилу, заканчивается она у правого верхнего . При наслоении на выравнивающий модуль он должен остаться без изменений. Выглядят полосы синхронизации как линии чередующихся между собой черных и белых модулей.
Код маски и уровня коррекции - расположен рядом с поисковыми узорами: под правым верхним (8 модулей) и справа от левого нижнего (7 модулей), и дублируются по бокам левого верхнего, с пробелом на 7 ячейке - там, где проходят полосы синхронизации, причем горизонтальный код в вертикальную часть, а вертикальный - в горизонтальную.
Код версии - нужен для определения версии кода. Находятся слева от верхнего правого и сверху от нижнего левого, причем дублируются. Дублируются они так - зеркальную копию верхнего кода поворачивают против часовой стрелке на 90 градусов. Ниже представлена таблица кодов, 1 - черный модуль, 0 - белый.
Занесение данных
Оставшееся свободным место делят на столбики шириной в 2 модуля и заносят туда информацию, причем делают это «змейкой». Сначала в правый нижний квадратик заносят первый бит информации, потом в его левого соседа, потом в тот, который был над первым и так далее. Заполнение столбцов ведется снизу вверх, а потом сверху вниз и т. д., причем по краям заполнение битов ведется от крайнего бита одного столбца до крайнего бита соседнего столбца, что задает «змейку» на столбцы с направлением вниз. Если информации окажется недостаточно, то поля просто оставляют пустыми (белые модули). При этом на каждый модуль накладывается маска.
Описание полей QR-кода.
Код маски и уровня коррекции, возможные XOR-маски
Заключение
В процессе работы над проектом можно подвести некоторые выводы:
Существует единая классификация криптографических систем по разным параметрам, каждая из которых имеет свои отличительные особенности, преимущества и недостатки.
области применения;
особенностям используемого алгоритма шифрования;
количеству символов сообщения;
стойкости шифра.
В мире огромное количество шифров, которые в свою очередь могут объединяться в группы по отдельным характеристикам. Важным параметром любого шифра является ключ - параметр криптографического алгоритма, обеспечивающий выбор одного преобразования из совокупности преобразований, возможных для этого алгоритма.
Криптография насчитывает историю длинной в 4 тысячи лет, но и сейчас эта наука не потеряла свою актуальность, потому что защита информации на сегодняшний день является одной из самых серьезных проблем человечества в информационном обществе.
Работа над исследованием будет продолжена. В будущем планируется исследовать вопросы защиты информации в соцсетях.
Источники
http://shifr-online-ru.1gb.ru/vidy-shifrov.htm
http://studopedia.org/3-18461.html
http://students.uni-vologda.ac.ru/pages/pm00/kan/demand.htm
http://bezpeka.ucoz.ua/publ/kriptografija/kriptosistemy/klassifikacija_shifrov/7-1-0-14
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/672132