5.4. Абсолютно стійке шифрування. Метод разового шифроблокноту. Теорія к. Шеннона

У 1918 році керівник дослідницького криптографічного підрозділу армії США Джозеф Моборн ввів поняття випадкового ключа. Це одразу зробило будь-який шифр на основі квадрату Віженера незламним. Моборн підготував два екземпляри разових шифроблокнотів, кожна сторінка якого містила випадковий набір літер. Такі блокноти отримує відправник та отримувач шифрованого повідомлення.

Шифрування відбувається наступним чином:

1. Виписується послідовність літер з сторінки шифроблокнота, що використовується – це разовий ключ.

2. Під літерами шифроблокнота записується безперервним потоком відкрите повідомлення.

3. Літери відкритого повідомлення замінюються літерами з шифроблокноту, що стоять на відповідній до повідомлення позиції.

Дешифрувати таке повідомлення неможливо, оскільки, по-перше, в ньому відсутня періодичність та повтори, а, по-друге, навіть якщо криптоаналітик зможе перебрати всі можливі ключі (що, взагалі неможливо), то він отримає всі можливі та неможливі повідомлення. Виявити з них істинне не уявляється можливим. Це зветься відсутністю критерію відкритого тексту.

Оскільки шифровані повідомлення передаються телеграфом або по радіоканалу, то дуже часто для їх передавання використовується азбука Морзе. Відомо, що вона являє собою код, що складається з точок та тире. Ці точки та тире математично були замінені на цифри 1 та 0, що було необхідно для вивчення та математичного опису процесів передавання інформації. Відповідно почалося вивчення процесів, що відбуваються при передаванні двійкової інформації. Це було необхідно для розвитку методів та апаратури зв’язку.

Вивчались і особливості передавання інформації, шифрованої у двійковому коді. У 1926 році американський інженер Вернам запропонував для зашифрування кожного біта відкритого тексту використовувати свій ключ. У системі Вернаму вимагається, щоб джерело ключів виробляло випадкову рівноймовірну двійкову послідовність, знаки якої незалежні, і щоб кожний наступний біт інформації відкритого тексту шифрувався наступним бітом ключа.

У 1949 році К. Шеннон показав, що система Вернаму є незламною, навіть в разі повного перебирання всіх варіантів можливих ключів, оскільки при такому дешифруванні відсутній критерій відкритого тексту.

Шеннон запропонував основну модель секретного зв’язку, наведену на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Модель секретного зв’язку К. Шеннона

З рис. 5.8 видно, що для забезпечення секретності зв’язку необхідно зберігати у таємниці ключ.

Отже для його доставки отримувачу потрібно мати спеціальний захищений канал зв’язку. Це може бути, наприклад, дипломатична пошта, з якою доставлятимуться разові шифроблокноти, або система фельд’єгерського зв’язку в середині країни.

Такий канал необхідний в разі використання симетричного шифрування [4,21].

Симетричне шифрування – це шифрування з секретним (закритим) ключем, який є однаковим для відправника та отримувача шифроповідомлення.

Саме К. Шеннон та одночасно з ним В.О. Котельников заклали основи цифрової обробки сигналів.

Завдяки їх науковим розробкам разом з розробками Н. Вінера та ряду інших видатних вчених й інженерів з’явилися перші ЕОМ та народилася кібернетика.

Це, у свою чергу, призвело до використання ЕОМ у криптології, тобто створення методів та засобів сучасного криптографічного захисту інформації, що ми і розглянемо у двох наступних підрозділах.