Криптографические способы защиты информации

Основные понятия

В переводе с греческого криптография - это тайнопись. В современном представлении криптография – это методы защиты взаимодействия законных пользователей информации от посягательств и от попыток нарушения этого взаимодействия со стороны незаконных пользователей. В основе криптографической защиты лежит использование математических и вычислительных средств.

Не следует путать латентное (симпатическое) письмо, суть которого в сокрытии видимости написанного, с криптографией, в которой текст виден, но не может быть прочитан без знания способа его расшифровки. Криптография использует преобразование одних знаков в другие, взятые из того же самого или другого алфавита. При этом криптографическому преобразованию подвергается каждый символ открытого текста. Если же осуществляется процесс замены элементов открытого текста (слова или слоги) на коды, то такое преобразование называется кодированием.

Наиболее древним стеганографическим способом скрытия информации является написание сообщения симпатическими (бесцветными без специальной тепловой или химической обработки) чернилами между строк письма или иного документа. Известно много способов записи данных, реализующих пространственное скрытие информации: запись наколом букв на оборотной стороне этикеток флаконов, банок или бутылок, на внутренней стороне спичечной коробки, внутри яйца и др. В годы расцвета фототехники для скрытной передачи сообщений использовалась так называемая «микроточка», изобретенная немецким ученым Э. Голдбергом. «Микроточка» представляла собой микроизображение разведывательного сообщения размером 0,011 мм², которое наклеивалось в качестве точки текста письма, открытки, под марку и иные места безобидной корреспонденции или предметов. Величина уменьшенных символов в «микроточке» достигала 1 микрона. Большие возможности по реализации стеганографических способов скрытия информации предоставляют компьютерные технологии записи информации. Компьютерная стеганография основывается на том, что файлы, содержащие оцифрованное изображение или звук, могут быть до некоторой степени видоизменены без потери качества изображения или звука. Такая возможность обусловлена неспособностью органов чувств человека различать незначительные изменения в цвете изображения или в частотах звука. Поэтому в качестве контейнеров используются графические и звуковые файлы, содержащие оцифрованное изображение и звук. Младшие (14) разряды используемых многоразрядных кодов могут быть изменены без ухудшения качества изображения или звука, в них можно записать секретную и конфиденциальную информацию и обеспечить ее эффективное скрытие. Например, качество эталонного изображения в формате bmp объемом 243 Кбайт незаметно отличается от того же изображения в файле которого помещена иная информация объемом 119 Кбайт.

Зашифрованием данных называется процесс преобразования открытых данных в зашифрованные с помощью шифра, а расшифрованием данных - процесс преобразования закрытых данных в открытые с помощью шифра. Путем зашифрования данных осуществляется их криптографическая защита, зашифрованный текст называется криптограммой

В шифре всегда различают два элемента: алгоритм и ключ. Алгоритм позволяет использовать сравнительно короткий ключ (секретную величину) для зашифрования сколь угодно большого текста.

Одновременно с совершенствованием искусства шифрования шло и развитие криптоанализа, предметом которого является вскрытие криптограмм без знания ключей. Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию. Обычно эта характеристика определяется периодом времени, необходимым для дешифрования. В настоящее время в криптографии и для проведения криптоанализа используются:

· методы математики для доказательства стойкости шифров или для проведения криптоанализа;

· средства быстродействующей вычислительной техники;

· новые методы криптографии с использованием физических принципов, неизвестных ранее (динамический хаос, квантовая криптография).

В качестве примера шифрования рассмотрим преобразование произвольного текста в криптограмму с использованием шифраЦезаря. Метод Цезаря состоит в следующем. Сначала каждой букве алфавита сопоставляется ее порядковый номер. Затем при шифровании записывается не сама буква, а та, чей номер больше на целое число. К, называемое ключом. Для алфавита, содержащего m букв, правило шифрования задается соотношением:

n= К +L mod m, (3.5.1)

где n- номер буквы, полученной в результате шифрования буквы с номером L. Здесь использована операция вычисления по модулю m, при выполнении которой записывается не сама сумма К+L, а остаток от деления этой суммы на m.

Обобщение шифра Цезаря называют шифром простой замены. Его суть заключается в том, что все буквы алфавита заменяются другими того же алфавита по правилу, которое является ключом. Количество возможных при таком шифровании перестановок, соответствующих алфавиту с объемом m = 32, составляет m! = 32! = 2.63х10³⁵. Если в одну секунду при дешифровании методом простого перебора перебирать миллион ключей, то общее время на дешифровку составит 8.3х10²¹ лет.