1. Цель и содержание работы

Цели лабораторной работы:

• изучение теоретических основ шифрования и расшифрования данных симметричными и асимметричными методами;

• приобретение практических навыков в создании ключей, проведении зашифрования открытого и расшифрования шифрованного сообщения различными криптосистемами.

Содержание работы:

1. Шифры одноразового блокнота и замены

2. Шифры перестановки

3. Шифрование с помощью аналитических преобразований

4. Криптосистемы с открытым ключом

5. Генератор надежных паролей

Требования к отчету:

Отчет по работе должен содержать:

• название лабораторного занятия, цель работы;

• краткие сведения об изученных методах шифрования;

• выбранные ключи;

• открытые сообщения;

• зашифрованные сообщения;

• порядок зашифрования и расшифрования;

• выводы о свойствах и качестве шифрпреобразований.

2. Методика выполнения работы

2.1. Шифры одноразового блокнота и замены Краткие теоретические сведения

Шифр одноразового блокнота является примером реализации абсолютно стойкого шифра. Предложен в 1917 г. инженером Гилбертом Вернамом из компании АТ&Т (США). В этом шифре осуществляется побитовое сложение n-битового открытого текста и n-битового ключа:

c_i = m_i  k_i, i = 1,...,n.

Здесь m₁…m_n — двоичные разряды открытого текста; k₁...k_n — двоичные разряды ключа; с₁…с_n — шифрованный текст в двоичном коде.  обозначает операцию сложения по модулю 2: 0  0 = 0, 0  1 = 1, 1  0 = 1, 1  1 = 0.

Дешифрирование в шифре одноразового блокнота совпадает с шифрованием - чтобы получить выходное сообщение М, следует сложить с криптотекстом С тот же ключ К. Это легко обосновать, поскольку

С  К = (М  К)  К = М  (К  К) = М  0 = М.

Шифр одноразового блокнота является абсолютно надежным: если противник не знает ключа К, то из перехваченного криптотекста С он совсем ничего не может узнать о сообщении М.

Название шрифта происходит от того, что агент, который осуществлял шифрование вручную, получал свои копии ключей записанными в блокноте. Как только ключ использовался, страница с ним уничтожалась. Понятно, что шифр просто реализуется и техническими средствами.

Однако ограниченность сферы применения шифра очевидна, поскольку он требует ключа той же длины, как и само сообщение. С этим обстоятельством связаны две проблемы: 1) генерировании длинной последовательности случайных бит; 2) необходимость в надежном канале для регулярного обмена длинными ключами.

Для абсолютной стойкости существенным является каждое из следующих требований к ключу однократного использования:

1. полная случайность (равновероятность) ключа (это, в частности, означает, что ключ нельзя вырабатывать с помощью какого-либо детерминированного устройства);

2. равенство длины ключа и длины открытого текста;

3. однократность использования ключа.

В случае нарушения хотя бы одного из этих условий шифр перестает быть абсолютно стойким, и появляются принципиальные возможности для его вскрытия (хотя они могут быть трудно реализуемыми). Но именно эти условия делают абсолютно стойкий шифр очень дорогим и непрактичным. Прежде чем пользоваться таким шифром, необходимо обеспечить всех абонентов достаточным запасом случайных ключей и исключить возможность их повторного применения. А это сделать необычайно трудно и дорого.