Что такое криптография в информатике

Доклад по информатике на тему: «Криптография»

Псковский государственный политехнический институт

Доклад по информатике на тему:

Выполнила студентка 1 курса

Введение

1. Принципы криптографии

2. Развитие криптографии

4. Шифры с секретным ключом

5. Шифры с открытым ключом

7. Угрозы данным

8. Криптография сегодня

9. Использованная литература

Введение

Криптография (иногда употребляют термин криптология) – область знаний, изучающая тайнопись (криптография) и методы ее раскрытия (криптоанализ). Криптография считается разделом математики.

До недавнего времени все исследования в этой области были только закрытыми, но в посление несколько лет у нас и за рубежом стало появляться всё больше публикаций в открытой печати. Отчасти смягчение секретности объясняется тем, что стало уже невозможным скрывать накопленное количество информации. С другой стороны, криптография всё больше используется в гражданских отраслях, что требует раскрытия сведений.

1. Принципы криптографии

Цель криптографической системы заключается в том, чтобы зашифровать осмысленный исходный текст (также называемый открытым текстом), получив в результате совершенно бессмысленный на взгляд шифрованный текст (шифртекст, криптограмма). Получатель, которому он предназначен, должен быть способен расшифровать (говорят также «дешифровать») этот шифртекст, восстановив, таким образом, соответствующий ему открытый текст. Криптография предполагает наличие трех компонентов: данных, ключа и криптографического преобразования.

Ключ — информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и дешифрования текстов.

Раскрытием криптосистемы называется результат работы криптоаналитика, приводящий к возможности эффективного раскрытия любого, зашифрованного с помощью данной криптосистемы, открытого текста. Степень неспособности криптосистемы к раскрытию называется ее стойкостью.

В результате такой плохой доказуемости надёжности средств ЗИ на рынке очень много продуктов, о надёжности которых невозможно достоверно судить. Естественно, их разработчики расхваливают на все лады своё произведение, но доказать его качество не могут, а часто это и невозможно в принципе. Как правило, недоказуемость надёжности сопровождается ещё и тем, что алгоритм шифрования держится в секрете.

Поэтому криптограф должен руководствоваться правилом, впервые сформулированным голландцем Керкхоффом: стойкость шифра должна определяться только секретностью ключа. Иными словами, правило Керкхоффа состоит в том, что весь механизм шифрования, кроме значения секретного ключа априори считается известным противнику.

Другое дело, что возможен метод ЗИ (строго говоря, не относящийся к криптографии), когда скрывается не алгоритм шифровки, а сам факт того, что сообщение содержит зашифрованную (скрытую в нём) информацию. Такой приём правильнее назвать маскировкой информации. Он будет рассмотрен отдельно.

2. Развитие криптографии

Криптография. Наука сколь таинственная, столь и увлекательная. Одна из древнейших на планете. Существует она, скорее всего, с того самого момента, когда появился на Земле homo sapiens – человек мыслящий. А вместе с ним и первые наскальные рисунки. Криптография – это наука о шифрах. О тех самых проблемах, которые можно создать своему противнику в плане сокрытия собственной важной информации. Потому в противовес ей возник криптоанализ. А объединила «две стороны одной медали» уже современная наука – криптология.

Сведения о системах и способах шифрования обнаружены в исторических документах таких древних цивилизаций, как Индия, Египет, Месопотамия. Шифровались даже религиозные тексты и медицинские рецепты. К шифрованию нередко прибегали ученые, дабы до поры до времени не прослыть еретиками и не подвергнуться преследованиям инквизиции. И в то же время весьма закрытая наука – криптография – во многих, даже европейских странах, не продвинулась, как гласит история, дальше «шифра Цезаря» – простейшего шифра замены. Строжайшая тайна, которая преследовала эту науку на протяжении веков, не позволяла ей бурно развиваться. И, тем не менее, искусство шифрования развивалось все-таки значительно быстрее, чем искусство дешифрования.

Широко известным историческим примером криптосистемы является так называемый шифр Цезаря, который представляет собой простую замену каждой буквы открытого текста третьей следующей за ней буквой алфавита (с циклическим переносом, когда это необходимо). Например, «A» заменялась на «D», «B» на «E», «Z» на «C».

После того, как открытый текст записан колонками, для образования шифровки он считывается по строкам. Если его записывать группами по 5 букв, то получится: НОНСБ НЯЕЕО ЯОЕТЯ СВЕЛП НСТИЩ ЕОЫНА ТЕЕНМ. Для использования этого шифра отправителю и получателю нужно договориться об общем ключе в виде размера таблицы. Объединение букв в группы не входит в ключ шифра и используется лишь для удобства записи несмыслового текста.

Несмотря на значительные успехи математики за века, прошедшие со времён Цезаря, тайнопись вплоть до середины 20 века не сделала существенных шагов вперёд. В ней бытовал дилетантский, умозрительный, ненаучный подход.

Однако жёстокая военная необходимость вскоре заставила учёных вплотную заняться проблемами криптографии и криптоанализа. Одним из первых существенных достижений в этой области была немецкая пишмашинка «Энигма», которая фактически являлась механическим шифратором и дешифратором с достаточно высокой стойкостью.

Высокое развитие криптографической техники стран западных союзников в значительной степени предопределило ход многих боевых операций во время Второй мировой войны. Англия, хоть и несла на море большие потери, но практически подавляла любые организованные действия немецкого флота, перехватывая и читая приказы гроссадмиралов Редера и Деница. В книгах воспоминаний английских криптографов страницы сплошь усеяны фразами «. мы знали. «, за которыми стоит колоссальный труд тысяч человек.

3. Типы шифров

Криптосистемы разделяются на симметричные (с секретным ключом) и с открытым ключом.

В симметричных криптосистемах и для шифрования, и для дешифрования используется один и тот же ключ.

4. Шифры с секретным ключом

С одной стороны, такая схема имеет те недостатки, что необходимо кроме открытого канала для передачи шифрограммы наличие также секретного канала для передачи ключа, а кроме того, при утечке информации о ключе, невозможно доказать, от кого из двух корреспондентов произошла утечка.

С другой стороны, среди шифров именно этой группы есть единственная в мире схема шифровки, обладающая абсолютной теоретической стойкостью. Все прочие можно расшифровать хотя бы в принципе. Такой схемой является обычная шифровка с ключом, длина которого равна длине сообщения. При этом ключ должен использоваться только раз. Любые попытки расшифровать такое сообщение бесполезны, даже если имеется априорная информация о тексте сообщения. Осуществляя подбор ключа, можно получить в результате любое сообщение.

5. Шифры с открытым ключом

Характерной особенностью шифров этого типа, выгодно отличающих их от шифров с секретным ключом, является то, что секретный ключ здесь известен лишь одному человеку, в то время как в первой схеме он должен быть известен по крайней мере двоим. Это даёт такие преимущества:

· не требуется защищённый канал для пересылки секретного ключа, вся связь осуществляется по открытому каналу;

· наличие единственной копии ключа уменьшает возможности его утраты и позволяет установить чёткую персональную ответственность за сохранение тайны;

Простейшим примером рассматриваемых алгоритмов шифровки служит алгоритм RSA. Все другие алгоритмы этого класса отличаются от него непринципиально. Можно сказать, что, по большому счёту, RSA является единственным алгоритмом с открытым ключом.

Сообщение, зашифрованное при помощи открытого ключа какого-либо абонента, может быть расшифровано только им самим, поскольку только он обладает секретным ключом. Таким образом, чтобы послать закрытое сообщение, вы должны взять открытый ключ получателя и зашифровать сообщение на нём. После этого даже вы сами не сможете его расшифровать.

Шифровка с открытым ключом

Все государства уделяют пристальное внимание вопросам криптографии. Наблюдаются постоянные попытки наложить некие рамки, запреты и прочие ограничения на производство, использование и экспорт криптографических средств. Например, в России лицензируется ввоз и вывоз средств защиты информации, в частности, криптографических средств, согласно Указу Президента Российской Федерации от 3 апреля 1995 г. N 334 и постановлению Правительства Российской Федерации от 01.01.01 г. N 331.

Объясняется такая политика теми особенностями, которые имеет криптография в плане её доступности для использования и трудности преодоления. О значении информации в современных производственных процессах было сказано в начале курса. Соответственно, с потерей контроля над информацией государство потеряет и свою власть над производственными и другими процессами. А криптография даёт обычному гражданину средства закрыть свою информацию настолько надёжно, что преодолеть защиту не сможет даже государство со всей его экономической мощью.

В ближайшем будущем ожидается ужесточение контроля со стороны государства за производством и использованием криптосредств и дальнейшее ограничение её использования частными лицами.

Криптография, в отличие от мер физической защиты, обладает тем уникальным свойством, что при правильном выборе метода затраты на обеспечение защиты информации много меньше затрат на преодоление этой защиты. То есть, обыкновенный гражданин может себе позволить такую крепкую защиту, которую не в силах преодолеть государство со всей его финансовой и технической мощью. Попробуйте представить себе такое в отношении, например, защиты частного имущества.

7. Угрозы данным

В принципе есть лишь два вида угрозы: раскрытие и видоизменение данных. Раскрытие данных предполагает, что кому-то случайно или после целенаправленных действий стал известен смысл информации. Этот вид нарушения встречается наиболее часто. Последствия могут быть самые разные. Если похищен текст книги справочника, на которую потрачены месяцы работы десятков людей, то для коллектива авторов это катастрофа и потери могут выражаться в тысячах долларов. Однако если книга уже издана, то достаточно лишь слегка пожурить похитителя и рассказать о случившемся в отделе новостей газеты или TV, похититель может сделать книге великолепную рекламу. Очень важную информацию, тщательно оберегаемую от раскрытия, представляют сведения о людях: истории болезни, письма, состояния счетов в банках. Однако, по мнению большого числа специалистов, угрозы личности с введением компьютеров остались на том же уровне и в том же состоянии, что и до обширного использования ЭВМ.

8. Криптография сегодня

Электронный вандализм становится все более серьезной проблемой. Вандалы уже разрисовывали граффити Internet-страницу ЦРУ, забрасывали почтовыми бомбами провайдеров Internet и отменили тысячи сообщений ньюз-групп. Обычным делом для компьютерных вандалов и воров стал взлом компьютерных сетей. Когда средства безопасности неадекватны угрозе, риск быть пойманными для нарушителей невелик.

Нападающие не соблюдают правил, они прибегают к обману. Они могут атаковать систему с помощью технических средств, о которых проектировщики и не помышляли. Похитители произведений искусства, бывало, грабили дома, разрезая стены цепной пилой. Ни одна охранная система не имеет ни малейшего шанса устоять перед такой атакой. Компьютерные воры тоже умеют «проходить сквозь стены»: они крадут техническую информацию, подкупают сотрудников, модифицируют программное обеспечение, вступают в тайный сговор. Они используют технологии более современные, чем те, что используются в системе безопасности, и даже изобретают новые математические приемы для успешной атаки на системы.

Случай благоволит атакующему. Злоумышленники всегда имеют шанс узнать о системе безопасности больше, чем пользователи. Защищающимся приходится учитывать все вероятные уязвимые места, а нападающему нужно нащупать только одну брешь, чтобы скомпрометировать всю систему.

1. Андрей Винокуров. «Криптография, ее истоки и место в современном обществе» (Цикл статей по криптографии. Введение)

3. Сергей Баричев «Основной вопрос криптографии» (журнал «CIO» №5 от 01.01.01 года)

4. Internet (сайты: ru. wikipedia. org/wiki/,

Источник

Общие сведения о криптографии, шифровании информации

Необходимость защитить конфиденциальную информацию появилась задолго до изобретения интернета. Можно предположить, что защитой ценных и значимых сведений люди занимались на протяжении всей истории, особенно в периоды военных действий.

Что изучает наука криптология

Мировая практика выработала три основных способа защиты информации:

Физическая защита

Сущность метода заключается в создании надежного канала связи. Как правило, речь идет о защите материального носителя (бумаги, магнитного диска или флэш-карты). Каналом связи в различные периоды истории являлись секретные курьеры, почтовые голуби или засекреченные радиочастоты. Этот метод используется и в современных автоматизированных системах обработки данных: для них создают условия изоляции и охраны.

Стенографическая защита

Защита подразумевает не только физическую маскировку и изоляцию носителя, но и попытку скрыть сам факт существования информации, которая интересует противника. Как правило, секретную информацию прячут на видном месте среди незасекреченных данных.

Например: под маркой на почтовом конверте или под обложкой книги может быть скрыта микрофотография. Важные данные прячут в книгах, пуговицах, каблуках туфлей и даже в пломбах зубов.

С развитием информационных технологий кардинально изменились или усложнились стенографические методы. Например: секретное сообщение может быть спрятано в файле с графическим изображением, где младший бит в описании пикселей заменяется битом сообщения.

Криптографическая защита

Наиболее надежный и современный способ защиты. Чтобы скрыть информацию от противника, данные проходят специальное преобразование.

Определение! Криптография – это, в переводе с греческого, «тайнопись», наука, которая занимается математическими методами преобразования информации.

Криптоанализ – занимается преодолением криптографической защиты без знания ключей.

Криптографию и криптоанализ объединяют в одну науку – криптологию. Она занимается следующими вопросами:

Современные методы шифрования данных бывают настолько сложны, что в них могут разобраться только специалисты узкого профиля, занимающиеся математическим анализом и информационными технологиями.

Криптографические методы требуют больших финансовых вложений: чем выше требуемый уровень защиты информации, тем выше стоимость шифрования.

Требования к криптографическим системам защиты информации

Основные нормы для всех современных криптографических систем защиты подразумевают, что зашифрованное сообщение может быть прочитано только при помощи заданного ключа, а доступность алгоритма шифрования не повлияет на уровень защиты.

Важные определения

Шифрование – процесс криптографического преобразования текста на основе определенного параметра (ключа) и алгоритма.

Расшифрование – криптографическое преобразование шифрованного текста в исходный.

Шифр – совокупность обратимых преобразований исходных данных в скрытый текст.

Шифр с открытым ключом (ассиметричный) – шифр с двумя ключами: шифрующим и расшифровывающим.

Исходный текст – данные, не обработанные посредством криптографических методов.

Шифрованный текст – данные с ключом, обработанные криптосистемой.

Ключ – параметр шифра, с помощью которого производится преобразование текста.

Открытый ключ – один из двух ключей ассиметричной криптосистемы, который находится в свободном доступе.

Закрытый ключ – секретный ключ ассиметричной системы шифрования.

Дешифрование – извлечение исходного текста без использования криптографического ключа, используя только шифровочный.

Криптостойкость — устойчивость шифра для дешифрования криптоаналитиком без знания ключа.

Правовые нормы

Деятельность, связанная с криптографическим шифрованием, подлежит контролю со стороны государства. Криптография в России регулируется документом «Об утверждении положений о лицензировании отдельных видов деятельности, связанных с шифровальными (криптографическими) средствами» постановленном Правительством Российской Федерации, обязательному лицензированию подлежат шифровальные средства и техническое обслуживание этих средств.

Кром того, предоставление услуг, касающихся шифрования информации, производства криптографических средств и их разработка находятся под контролем государства. На эти виды деятельности требуется специальное разрешение.

В настоящее время действует закон, который определяет порядок разработки и эксплуатации криптографических средств.

Согласно Указу Президента РФ от 3 апреля 1995 государственным структурам запрещено использовать криптографические средства, защищенные технические устройства хранения, обработки и передачи информации, которые не имеют лицензии агентства правительственной связи.

Сферы применения криптографии

Применение криптографии позволяет выполнять следующие задачи:

Криптографические методы, разработанные в прошлом столетии, были направлены только на защиту информации от несанкционированного доступа. Сегодня спектр задач значительно расширился. Остро встала необходимость проверки подлинности сообщений, целостности передаваемых данных и источника пересылки.

История

До наших дней доходят интересные исторические сведения о некоторых стенографических способах защиты информации. В древней Греции практиковали следующий способ: тайное послание выцарапывали на бритой голове раба, а когда волосы отрастали, раба посылали к получателю. Адресат прочитывал послание, вновь побрив раба наголо.

Симпатические чернила – еще один очень распространенный способ передачи информации, которая не предусмотрена для посторонних глаз. Такими чернилами писали между строк обычного письма. Адресат получал сведения, воспользовавшись проявителем.

Исторические способы шифрования

Существуют достоверные исторические сведения о том, что практические методы шифрования широко использовались в Индии, Египте и Месопотамии. В Древнем Египте система скрытых посланий была создана кастой жрецов.

Воины Спарты использовали в качестве «шифровальной машины» цилиндрический жезл определенного диаметра, на который наматывалась полоска папируса. Сообщение писали открытым текстом и отправляли адресату, но прочитать сообщение можно было только намотав папирус на цилиндр того же диаметра.

У историков есть предположение о том, кто первым изобрел дешифровальное устройство. Его авторство приписывают Аристотелю: он сконструировал конусообразное копье, на которое наматывался папирус с перехваченным сообщением. Лента помещалась на конус и передвигалась до тех пор, пока на нужном диаметре не появлялся исходный текст.

Шифрование использовалось и в арабских странах. Считается, что само слово «шифр» произошло от арабской «цифры». Сведения о древнем криптоанализе можно найти в энциклопедии «Шауба аль-Аша».

История криптографии продолжилась и в средневековой Европе, где шифрованием занимались священники, военные, ученые и дипломаты. Трудами по криптографии в XIV-XVI веках увлекались секретари канцелярии католических понтификов Чикко Симоннети, Габлиэль де Лавинда и архитектор Леон Баттиста Альберти. Они внесли значительную лепту не только в теоретическое собрание методов и способов шифрования, но и в усовершенствование этих методов.

Криптографией занимались такие видные деятели и ученые своего времени как Платон, Пифагор, Галилей, Паскаль, да Винчи, Эйлер, Ньютон, Бэкон и многие другие.

В XIX веке, с началом научно-технического прогресса и изобретением телеграфа появились первые коммерческие и государственные шифры. Росла скорость шифрования. В конце века криптография окончательно оформилась в самостоятельную науку.

Вторая Мировая война и послевоенный период

Появление радиосвязи позволило передавать информацию с высокой скоростью и вывело шифрование на новый электромеханический, а после электронный уровень. Появились узкие специалисты по дешифровке и перехвату данных. В XX веке возникает специализация в криптографической деятельности. Появляются специалисты по шифрованию, по перехвату зашифрованных сообщений, по дешифрованию данных противника.

В 20е годы были сконструированы роторные шифровальные машины, которые выполняли все операции по преобразованию информации, что затем передавалась по радиоканалам. Они использовались всеми государствами-участниками Второй Мировой войны.

Алгоритмы для роторных машин разрабатывали лучшие математики и инженеры. К. Шеннон –один из видных деятелей того времени в своем труде сформулировал условия нераскрываемости шифров.

Электронные вычислители пришли на смену электромеханическим машинам в послевоенные годы прошлого столетия. Теперь информацию рассекречивали большими фрагментами. Криптографические программные средства начали использовать в коммерческих и гражданских целях для пересылки данных.

Современные методы засекречивания информации

В сегодняшнем гиперинформационном мире шифровальные технологии не просто вышли на новый уровень, но и претерпели значительные изменения. Теперь криптография как наука стала серьезно изучаться и реализовываться в различных направлениях.

Теперь в процессе обмена информацией участвуют не только две стороны: отправитель и адресат, но и другие абоненты. Появилась необходимость в надежной защите и новых способах передачи дешифровочных ключей. В 70е годы У. Диффи и М. Хеллман представили новый принцип шифрования с открытым начальным ключом. Его назвали ассиметричным. Это позволило расширить области использования криптографических методов. Сегодня они применяются в банковских операциях при работе с пластиковыми картами клиентов, в сфере электронной валюты, телекоммуникациях и многих других удаленных операциях, которые выполняются чрез локальную и глобальную сеть.

Современная криптография использует открытые алгоритмы шифрования. Распространены симметричные (DES, AES, Camellia, Twofish, Blowfish), и ассиметричные RSA и Elgamal (Эль-Гамаль) алгоритмы.

Методы шифрования используют как частные и юридические лица, так и государственные структуры. Так, США имеют государственный стандарт шифрования AES. Российская Федерация использует алгоритм блочного шифрования ГОСТ 28147-89 и алгоритм цифровой подписи ГОСТ Р 34.10-2001.

Одно из современных достижений криптографии это создание платежной системы с электронной валютой под названием «биткоин», которая уже широко используется при проведении многих коммерческих операций. Она была создана в 2009 году и считается первой подобной системой. На данный момент есть огромное количество криптовалют, которые пытаются улучшить и дополнить идеи реализованные в биткоине.

Источник

Все, что нужно знать о криптографии: алгоритмы

С развитием технологий пользователи по всему миру, а также программисты и разработчики начали сталкиваться с вопросом сохранения конфиденциальности информации. Интернет-технологии и хакерские атаки начали ставить под угрозу соответствующее направление. Так появились различные способы шифрования данных.

В данной статье будет рассказано о том, что это такое, раскрыто понятие криптографии, рассмотрены основные способы, которыми можно защитить те или иные данные. Предложенная информация окажется полезной как опытным программерам, так и начинающим ПК-пользователям.

Понятие криптографии

Криптография также нередко называется криптологией. Это – искусство передачи информации электронного или иного типа так, чтобы без ключа шифрования считать ее было невозможно. Термин произошел от нескольких греческих слов:

Направление науки по составлению алгоритмов шифрования является одним из древнейших в мире. Но в современных реалиях данное понятие приобрело совершенно новые обороты.

Криптография – комплекс алгоритмов, знаний и средств для защиты конфиденциальности тех или иных сведений от посторонних глаз. А криптоанализом называют некое направление деятельности, которое изучает правила и методы нарушения сохранности сообщения.

История возникновения

Вопросы, связанные с алгоритмами шифрования, начали решаться еще в древнем мире. Работают изобретенные некогда людьми варианты защиты по сей день.

Впервые соответствующая тема всплыла с появлением первой письменности. Раньше встречались следующие виды письма:

Первый вариант использовался священнослужителями, второй – всеми остальными. Греки и римляне стали «изобретателями» собственных систем тайного письма. А именно – скорописи. Изначально это и было секретным письмом. «Изобретателем» является некий Тиллиус Тиро.

Но лишь в средневековье различные алгоритмы по так называемому шифрованию сообщений начали использовать в дипломатических целях с завидной регулярностью. Также соответствующие приемы встречались в торговле и военной деятельности. А в 1499 году появилась первая книжка по криптографии.

Современное развитие

Алгоритмы шифрования потихоньку развивались и приобретали новый вид. Современная интерпретация оных возникла примерно в 1990 году. В те времена началось активное развитие информационных технологий.

Разные страны начали придумывать собственные стандарты криптографических протоколов. Примеры:

Также все ранее существующие алгоритмы сильно усложнились в плане математических конструкций. Это способствует затруднению криптоанализа. Новые требования, часто не связанные с математикой, привели к тому, что методы шифрования сейчас стали максимально устойчивыми и сложными. Начали появляться направления в криптографии, которые находятся на стыке математики и квантовых вычислений.

Где применяется

Цифровые сервисы должны в обязательном порядке беспокоиться о сохранности пользовательской и архивной информации. В противном случае утечка данных чревата серьезными последствиями. Пример – хакеры смогут использовать полученные электронные материалы от того или иного проекта в своих корыстных целях.

Сегодня практически все важные аспекты жизни и деятельности человека зависят от информационных технологий и гаджетов. Финансовые операции, а также всевозможные платежи и даже работа осуществляются через мобильные технологии. Их трудно назвать безопасными каналами передачи электронных материалов. Поэтому приходится думать, как лучше организовать защиту сведений.

Алгоритмы по шифрованию информации применяются везде:

Везде, где фигурируют информационные технологии и присутствует цифровизация, задействована криптография. Данное научное направление весьма сложное, но перспективное.

Основные виды

Сейчас в мире достаточно методов шифрования информации. Их условно можно классифицировать. Существуют следующие алгоритмы криптографии:

Каждый вариант предусматривает собственные нюансы и особенности. О них статья расскажет далее.

Примитивы

Шифрование – сложный процесс, как и процедура расшифровки данных при необходимости. При генерации подобной информации в целях повышения уровня безопасности нередко используются так называемые примитивы. Они помогают уже зашифрованным сведениям получить более надежную и стойкую защиту.

В качестве алгоритмов, предусматривающих примитивы, используют:

Подобный вариант развития событий в реальной жизни появился давным-давно. Он может использоваться не только в информационных технологиях. Раньше примитивы преобразовывали и защищали обычный рукописный текст. Сейчас это не самый лучший вариант, если он задействован в качестве самостоятельного элемента.

Важно: так называемый открытый ключ для получения необходимой информации представляет собой некий алгоритм или инструкцию, согласно которому удается прочесть написанное сообщение.

Квантовые технологии

Совершенно новый виток в алгоритмах шифрования. Пока не слишком распространен, так как у человечества нет достаточно мощных квантовых компьютеров. Но такой вариант позволяет в результате получить практически неуязвимую на сегодня систему защиты электронных материалов.

В ходе реализации метода задействованы квантовые объекты. Они не только не позволяют считывать материалы, но и подделывать их. Авторы данной теории – некие ученые Беннет и Брассард. Они предложили пользоваться квантовыми технологиями специально для того, чтобы передавать секретный ключ.

Важно: первые попытки выдвижения квантовой теории для разработки алгоритмов шифрования в 1970 году высказал некий Стефан Вейснер.

Хеширование

На практике принято использовать многочисленные варианты защиты электронных материалов от хищения, копирования и подделки. Существует один такой подход, как хеширование. Имеет название хеш-функций.

В ходе него осуществляется преобразование первоначального информационного массива той или иной «протяженности» в битовую строчку фиксированной длины (256 бит, 128 бит и так далее).

Миру известна далеко не одна хеш-функция, но нас интересуют только ее криптографические вариации. Каждый вариант имеет отличие по:

Криптографически стойкие операции имеют два существенно важных критерия. А именно:

Соответствующие отличия и требования называют стойкостью к коллизиям первого и второго рода. Есть и еще один важный критерий: если аргумент изменяется незначительно, происходит наиболее крупная «корректировка» функции. Так, значение хеша не предоставляет информацию даже об отдельных битах аргументов.

Примеры алгоритмов

Стандарт шифрования информации посредством хешев может быть разным. Сегодня выделяют более 10 вариаций, среди которых встречаются такие алгоритмы как:

Это – лишь малая часть способов представления шифра в виде хеш-функций. Соответствующее направление активно развивается по сей день.

Асимметричные

В мире сегодня криптографических алгоритмов очень много. И среди них, как уже можно было заметить, встречаются совершенно разные вариации. Стандарт шифрования применяется в зависимости от типа используемой информации, а также технологических возможностей «клиента».

Есть метод так называемого асимметричного шифрования. Это система криптографического типа, которая использует открытый ключ. В данном случае для защиты информации задействована некая «расшифровка». Она является открытой. Передается прямо по открытым каналам связи (то есть, никак не скрывается). Используется специально для того, чтобы проверять электронные подписи, а также для зашифровки информации.

Технологии асимметричных алгоритмов для дешифрования и создания электронных подписей предусматривают задействование еще одного ключа. Он называется секретным.

В основе соответствующей идеи лежит принцип односторонних функций f(x). В них, согласно действующим законам математики, не так трудно найди x после получения информации о самой функции. Важно учесть, что дополнительно практически невозможно определить саму f(x), если известно только значение «икса».

Принципы работы

Асимметричные методы и алгоритмы так называемого шифрования работают по следующим принципам:

Стоит обратить внимание на одну особенность, без которой соответствующий принцип не сработает. Речь идет о том, что при получении текста в зашифрованном виде получателю придется провести аутентификацию личности. Она производится перед отправителем. Это – своеобразная система защиты.

Если получатель не смог провести аутентификацию или является не истинным лицом, которому адресован текст, расшифровка не произведется. А у недоброжелателя не получится заметить открытый ключ, предусматриваемый отправителем, на собственный.

Асимметричные шрифты – наглядные примеры

Лучший алгоритм для шифрования информации асимметричным способом подобрать трудно. Здесь, как и в случае с хешами, довольно много вариантов. Вот наиболее распространенные из них:

Применяются все эти варианты на практике весьма часто. Но есть и еще один подход к защите информации от недоброжелателей и хакеров. Он встречается в реальной жизни чаще остальных.

Алгоритм симметричного шифрования

Речь идет о симметричном шифровании. В этом случае происходит использование одного и того же ключа как для зашифровки, так и для расшифровки. Требования, применяемые к этому раскладу, следующие:

Подобные системы разделяются на несколько типов – блочного и поточного представления. Первые предусматривают дробление исходной информации на блоки, состоящих из данных. После этого осуществляется дальнейшее преобразование посредством ключей.

Поточные системы обрабатываются следующим образом: определяется выходная гамма (последовательность), накладываемая на текст сообщения. Защита проводится путем отправки потока по мере генерации гаммы.

Особенности и преимущества

Симметричный алгоритм для шифрования имеет собственные недостатки и преимущества. Отличается данный вариант высокой защитой. Для применения задействуются разнообразные сложные и многоступенчатые комбинации перестановок и подставок первоначальных сведений. Подходов для реализации поставленной задачи бывает довольно много. Каждый в обязательном порядке соответствует ключу прохода.

Если бы программист представил себе принцип обработки подобным методом, операция проводилась бы так:

У такого подхода к алгоритмам расшифровки и шифрования есть ряд преимуществ:

Недостатки у подобной системы тоже имеются. К ним относят сложность обмена ключами. Это связано с тем, что в процессе реализации поставленной задачи может произойти нарушение секретности. Также в большой сети ключами довольно трудно управлять.

Наглядные примеры

К симметричным шифрам относят:

Как и в прошлых случаях, это всего лишь примеры. Сегодня на практике довольно часто встречается такой алгоритм для шифрования информации, как AES. Он является новым американским.

Rijndael

Подход типа Rijndael – это симметричный метод защиты сведений. Относится к блочным. В нем можно корректировать параметры блоков, а также секретных ключей от 128 до 256 бит. Но важно учесть — разность достигает 32 бита.

В процессе реализации задействует линейно-подстановочные принципы. Раунд здесь может быть 10, 12 или 14. Он напрямую зависит от длины ключа.

Особенности AES

AES – это своеобразный подход к решению поставленной задачи, опирающийся на алгоритм Rijndael. Предыдущее решение с ключом 128 бит. Блок данных здесь составит 16 байт. Предусматривает различные функции.

Шифрование информации через алгоритм так называемого шифрования AES осуществляется в несколько шагов. Каждый предусматривает собственные нюансы.

Принцип зашифровки

Шифрование осуществляется в несколько этапов:

1. Формирование «стейт». Предположим, что уже есть секретное сообщение, для того или иного адресата. Оно представлено числами в диапазоне от 0 до 255. Здесь происходит деление на n-блоков информации по 16 байт. Каждый «пакет информации» называется «стейт». Если текст не кратен 16 байтам, он дополняется до соответствующих значений.

2. KeyExpansion. Ключи в AES побайтно равны state. Происходит расширение ключа, которое отвечает за генерацию нынешних массивов ключей для циклов раундов шифрования. В виде сопоставления операции XOR задействован фиксированный массив Rcon. Здесь keyExpansion через XOR с фиксированными ключевыми массивами осуществляет возврат массивов оных. Их количество – 11 штук. Только один не относится к раунду алгоритма.

3. AddRoundKey. Это – первый этап шифрования. Применяется к state при помощи правил суммирования. Происходит XOR со state, с каждым его байтов. Далее «стейт» переходит к следующей ступени – к системе раундов алгоритмов.

4. Раунды. Всего их 10 штук. Получается своеобразные таблицы замен из 10 шагов. Первые 9 выполняют subBytes, shiftRows, mixColumns, addRoundKey. Последний отвечает за обработку «саба», «шифта» и «эдда».

5. SubBytes. Происходит трансформация «стейта» через замену собственных байтов на иные. Для этого используется их подставление в готовые фиксированные таблицы S-box.

6. ShiftRows. Производится циклическое смещение трех последних строк влево. Принцип указан на картинке.

7. MixColumns. Самый сложный вычислительный процесс. Здесь осуществляется умножение на постоянную функцию f(x) = <03>x^3 + <01>x^2 + <01>x + <02>. Так получается произведение по указанным ранее правилам конкретных столбцов из State на функции a(x). Если исключить правило умножения алгоритма так называемого шифрования, подобный прием будет аналогичен матричному умножению.

В случае с дешифрованием ситуация будет примерно такой же. Процедура полностью осуществляется за несколько подходов (шагов).

О дешифровании

Сначала система при чтении сообщения путем алгоритмов шифрования типа AES использует KeyExpansion. Далее производятся раунды алгоритмов. Они предусматривают 10 ступеней, называемых шагами криптопреобразования.

Первые девять штук отвечают за цикличное выполнение 4-х функций в порядке, обратном методу первоначально защиты (шифровки). А именно:

Последний, 10 раунд – это три операции: «ЭддРаундКей», «ИнвШифт», «ИнвСабБайтс». Далее производится обработка addRoundKey. Этап предусматривает обратное суммирование по правилам алгоритмов используемого шифрования самого себя. Полностью исключается массив Rcon.

Следующий шаг – обработка invMixColumns. Это – мультипликативная обработка операции умножения по правилам умножения алгоритма на постоянную функцию a^(-1) от x конкретного столбца «стейт».

Теперь система будет производить обратную трансформацию shiftRows. То есть, проведет цикличное смещение «информации» вправо. Завершающий этап – это инверсия. Производится относительно «СабБайтс». Предусматривает обратную замену байта state, которая заведомо представлена в hex согласно соответствию фиксированной таблички:

На данном этапе пользователь сможет прочесть необходимую ему информацию. Звучит трудно, но программисты и хакеры для реализации поставленной задачи никогда не действуют «вручную». Они используют IT-технологии и всевозможные шифровальщики и дешифраторы.

Криптография и IT

В цифровых технологиях криптография – это основной инструмент обеспечения конфиденциальности информации. Помогает противодействовать незаконному (несанкционированному) копированию и распространению информации по интернету (включая даркнет). В основном применяется для защиты интеллектуальной собственности.

Среднестатистические юзеры могут столкнуться с соответствующими методами не только при работе в Сети, но и во время установки/запуска игр. Там тоже задействованы рассмотренные варианты защиты в той или иной форме.

Внимание: хакерский взлом и появление «пиратских» копий программного обеспечения ставит под вопрос сохранность информации пользователей, а также ее целостность и конфиденциальность.

Заключение

Криптография – полезная и перспективная наука, тесно связанная с программированием. Сейчас на нее нельзя отучиться на «вышке». Ни один ВУЗ не предлагает изучение encryption и других вариантов обеспечения безопасности в полной мере.

Если пользователь захотел стать экспертом в данном области, он должен разбираться в программировании, IT, информатике, алгоритмах. Можно пройти спецкурсы по выбранному направлению.

Источник