Введение. Кодирование и шифрование информации. Информатика. Кодирование информации; Шифрование информации; Защита информации; Антивирусной защиты; - презентация Способы кодирования и шифрования информации

Криптографическое закрытие информации заключается в преобразовании ее составных частей с помощью специальных алгоритмов либо аппаратных решений и кодов ключей, т.е. в приведении к неявному виду. Для ознакомления с шифрованной информацией применяется обратный процесс - декодирование.

Под кодированием понимается такой вид криптографического закрытия, когда некоторые элементы защищаемых данных заменяются заранее выбранными кодами (цифровыми, буквенными, буквенно-цифровыми сочетаниями и т.п.). Кодирование информации может производиться с использованием технических средств или вручную. Этот метод имеет две разновидности:

• · смысловое, когда кодируемые элементы имеют вполне определенный смысл (слова, предложения, группы предложений);
• · символьное, когда кодируется каждый символ защищаемого сообщения.

Под шифрованием понимается такой вид криптографического закрытия, при котором преобразованию подвергается каждый символ защищаемого сообщения. Все известные способы шифрования можно разбить на пять групп: подстановка, перестановка, аналитическое преобразование, гаммирование и комбинированной шифрование. Шифрование информации обычно используется при передаче сообщений по техническим каналам связи (радио, проводным, компьютерным сетям). Шифрование может быть предварительным, когда текст документа шифруется заблаговременно перед его передачей по телетайпу, электронной почте и иным средствам связи, или линейным, когда шифрование информации (разговора, текста, графического изображения, компьютерного файла) производится непосредственно в процессе передачи. Для шифрования обычно используется специальная засекречивающая аппаратура, аналоговые и цифровые скремблеры.

О важности и эффективности такой меры защиты информации свидетельствует то, что государственным шифрам, кодам и соответствующей засекречивающей аппаратуре обычно присваивается наиболее высокий гриф секретности, так как они дают ключ к рассекречиванию перехваченных радиограмм.

Дробление

Дробление информации на части осуществляется для того, чтобы знание какой-то одной ее части не позволило восстановить всю картину. Этот метод широко применяется при производстве средств вооружения, но может использоваться и для защиты технологических секретов, составляющих коммерческую тайну.

В современном обществе успех любого вида деятельности сильно зависит от обладания определенными сведениями (информацией) и от отсутствия их (ее) у конкурентов. Чем сильней проявляется указанный эффект, тем больше потенциальные убытки от злоупотреблений в информационной сфере и тем больше потребность в защите информации. Одним словом, возникновение индустрии обработки информации привело к возникновению индустрии средств ее защиты и к актуализации самой проблемы защиты информации, проблемы информационной безопасности.

Одна из наиболее важных задач (всего общества) - задача кодирования сообщений и шифрования информации.

Вопросами защиты и скрытия информации занимается наука кpиптология (криптос - тайный, логос - наука). Кpиптология имеет два основных напpавления - кpиптогpафию и кpиптоанализ . Цели этих направлений пpотивоположны. Кpиптогpафия занимается построением и исследованием математических методов пpеобpазования инфоpмации, а кpиптоанализ - исследованием возможности pасшифpовки инфоpмации без ключа. Термин "криптография" происходит от двух греческих слов: криптоc и грофейн - писать. Таким образом, это тайнопись, система перекодировки сообщения с целью сделать его непонятным для непосвященных лиц и дисциплина, изучающая общие свойства и принципы систем тайнописи.

Введем некоторые основные понятия кодирования и шифрования.

Код - правило соответствия набора знаков одного множества Х знакам другого множества Y. Если каждому символу Х при кодировании соответствует отдельный знак Y, то это кодирование. Если для каждого символа из Y однозначно отыщется по некоторому правилу его прообраз в X, то это правило называется декодированием.

Кодирование - процесс преобразования букв (слов) алфавита Х в буквы (слова) алфавита Y.

При представлении сообщений в ЭВМ все символы кодируются байтами.

Пример. Если каждый цвет кодировать двумя битами, то можно закодировать не более 22 = 4 цветов, тремя - 23 = 8 цветов, восемью битами (байтом) - 256 цветов. Для кодирования всех символов на клавиатуре компьютера достаточно байтов.

Сообщение, которое мы хотим передать адресату, назовем открытым сообщением. Оно, естественно, определено над некоторым алфавитом.

Зашифрованное сообщение может быть построено над другим алфавитом. Назовем его закрытым сообщением. Процесс преобразования открытого сообщения в закрытое сообщение и есть шифрование.

Если А - открытое сообщение, В - закрытое сообщение (шифр) , f - правило шифрования, то f(A) = B.

Правила шифрования должны быть выбраны так, чтобы зашифрованное сообщение можно было расшифровать. Однотипные правила (например, все шифры типа шифра Цезаря, по которому каждый символ алфавита кодируется отстоящим от него на k позиций символом) объединяются в классы, и внутри класса определяется некоторый параметр (числовой, символьный табличный и т.д.), позволяющий перебирать (варьировать) все правила. Такой параметр называется шифровальным ключом. Он, как правило, секретный и сообщается лишь тому, кто должен прочесть зашифрованное сообщение (обладателю ключа).

При кодировании нет такого секретного ключа, так как кодирование ставит целью лишь более сжатое, компактное представление сообщения.

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.

Имеются две большие группы шифров: шифры перестановки и шифры замены.

Шифр перестановки изменяет только порядок следования символов исходного сообщения. Это такие шифры, преобразования которых приводят к изменению только следования символов открытого исходного сообщения.

Шифр замены заменяет каждый символ кодируемого сообщения на другой(ие) символ(ы), не изменяя порядок их следования. Это такие шифры, преобразования которых приводят к замене каждого символа открытого сообщения на другие символы, причем порядок следования символов закрытого сообщения совпадает с порядком следования соответствующих символов открытого сообщения.

Под надежностью понимается способность противостоять взлому шифра. При дешифровке сообщения может быть известно все, кроме ключа, то есть надежность шифра определяется секретностью ключа, а также числом его ключей. Применяется даже открытая криптография, которая использует различные ключи для шифрования, а сам ключ может быть общедоступным, опубликованным. Число ключей при этом может достигать сотни триллионов.

Пример. Один из лучших примеров алгоритма шифрования - принятый в 1977 году Национальным бюро стандартов США алгоритм стандарта шифрования данных DES (Data Encrypted Standard). Исследования алгоритма специалистами показали, что пока нет уязвимых мест, на основе которых можно было бы предложить метод криптоанализа, существенно лучший, чем полный перебор ключей. В июле 1991 года введен в действие аналогичный отечественный криптоалгоритм (стандарта ГОСТ 28147-89), который превосходит DES по надежности.

Криптогpафическая система - семейство Х пpеобpазований откpытых текстов. Члены этого семейства индексиpуются, обозначаются символом k; паpаметp k является ключом. Множество ключей K - это набоp возможных значений ключа k. Обычно ключ пpедставляет собой последовательный pяд букв алфавита.

Открытый текст обычно имеет произвольную длину. Если текст большой и не может быть обработан шифратором (компьютером) целиком, то он разбивается на блоки фиксированной длины, а каждый блок шифруется отдельно, независимо от его положения во входной последовательности. Такие криптосистемы называются системами блочного шифрования.

Кpиптосистемы pазделяются на симметpичные, с откpытым ключом, и системы электронной подписи.

В симметpичных кpиптосистемах , как для шифpования, так и для дешифpования, используется один и тот же ключ.

В системах с откpытым ключом используются два ключа - откpытый и закpытый, котоpые математически (алгоритмически) связаны дpуг с дpугом. Инфоpмация шифpуется с помощью откpытого ключа, котоpый доступен всем желающим, а pасшифpовывается лишь с помощью закpытого ключа, который известен только получателю сообщения.

Электpонной (цифpовой) подписью (ЭЦП) называется пpисоединяемое к тексту его кpиптогpафическое пpеобpазование, котоpое позволяет пpи получении текста дpугим пользователем пpовеpить автоpство и подлинность сообщения. К ЭЦП предъявляются два основных требования: легкость проверки подлинности подписи; высокая сложность подделки подписи.

Криптография изучает, кроме криптосистем (симметричных, с открытым ключом, электронной подписи), еще и системы управления ключами.

Системы упpавления ключами - это информационные системы, целью которых является составление и pаспpеделение ключей между пользователями информационной системы.

Разработка ключевой, парольной информации является типовой задачей администратора безопасности системы. Ключ может быть сгенерирован как массив нужного размера статистически независимых и равновероятно распределенных на двоичном множестве {0, 1} элементов.

Пример. Для таких целей можно использовать программу, которая вырабатывает ключ по принципу "электронной рулетки". Когда число пользователей, то есть объем необходимой ключевой информации, очень большой, используют чаще аппаратные датчики случайных (псевдослучайных) чисел. Пароли также необходимо менять. Например, известный вирус Морриса пытается войти в систему, последовательно пробуя пароли из своего внутреннего эвристически составленного списка в несколько сотен процедур, имитирующих "сочинение" паролей человеком.

Пароли должен генерировать и раздавать пользователям системный администратор по безопасности, исходя из основного принципа: обеспечения равной вероятности появления каждого из символов алфавита в пароле.

В процессе шифрования, чтобы ключ был использован полностью, необходимо многократно выполнять процедуру кодировки с различными элементами. Базовые циклы заключаются в многократном применении разных элементов ключа и отличаются друг от друга только числом повторения и порядком использования ключевых элементов.

Пример. В банковских системах первоначальный обмен ключами между клиентом и банком осуществляется на магнитных носителях без передачи ключей через открытые компьютерные сети. Секретный ключ клиента хранится на сервере сертификации банка и закрыт для доступа. Для осуществления всех операций с ЭЦП на компьютер клиента устанавливается программное обеспечение, которое предоставляет банк, а все необходимые данные для клиента - открытый, закрытый ключ, логин, пароль и др. -- обычно хранятся на отдельной дискете или на специальном устройстве, подключаемом к компьютеру клиента.

Все современные криптосистемы построены по принципу Кирхгоффа : секретность зашифрованных сообщений определяется секретностью ключа.

Это означает, что если даже алгоритм шифрования будет известен криптоаналитику, тот тем не менее не в состоянии будет расшифровать закрытое сообщение, если не располагает соответствующим ключом. Все классические шифры соответствуют этому принципу и спроектированы таким образом, чтобы не было пути вскрыть их более эффективным способом, чем полный перебор по всему ключевому пространству, то есть перебор всех возможных значений ключа. Ясно, что стойкость таких шифров определяется размером используемого в них ключа.

Пример. В российских шифрах часто используется 256-битовый ключ, а объем ключевого пространства составляет 2256. Ни на одном реально существующем или возможном в недалеком будущем компьютере нельзя подобрать ключ (полным перебором) за время, меньшее многих сотен лет. Российский криптоалгоритм проектировался с большим запасом надежности, стойкости.

Информационная безопасность информационной системы - защищенность информации, обрабатываемой компьютерной системой, от внутренних (внутрисистемных) или внешних угроз, то есть состояние защищенности информационных ресурсов системы, обеспечивающее устойчивое функционирование, целостность и эволюцию системы. К защищаемой информации (информационным ресурсам системы) относятся электронные документы и спецификации, программное обеспечение, структуры и базы данных и др.

Оценка безопасности компьютерных систем базируется на различных классах защиты систем:

• · класс систем минимальной защищенности (класс D);
• · класс систем с защитой по усмотрению пользователя (класс C);
• · класс систем с обязательной защитой (класс B);
• · класс систем с гарантированной защитой (класс A).

Эти классы имеют и подклассы, но мы их не будем здесь детализировать.

Основными типами средств воздействия на компьютерные сети и системы являются компьютерные вирусы, логические бомбы и мины (закладки, жучки), внедрение в информационный обмен.

Пример. Многократно разославшая свой код в 2000 году вирусная программа в Интернете могла при открытии приложения к тексту письма с интригующим заголовком (ILoveYou - ЯТебяЛюблю) рассылать свой код по всем адресам, зафиксированным в адресной книге данного получателя вируса, что приводило к веерному размножению вируса по Интернету, ибо адресная книга каждого пользователя может содержать десятки и сотни адресов.

Компьютерный вирус - специальная программа, которая составлена кем-то со злым умыслом или для демонстрации честолюбивых, в плохом смысле, интересов, способная к воспроизводству своего кода и к переходу от программы к программе (инфицирование). Вирус подобен инфекции, проникающей в кровяные тельца и путешествующей по всему организму человека. Перехватывая управление (прерывания), вирус подключается к работающей программе или к другим программам и затем дает команду компьютеру для записи зараженной версии программы, а затем возвращает управление программе как ни в чем не бывало. Далее или сразу же этот вирус может заработать (перехватив управление от программы).

По мере появления новых компьютерных вирусов разработчики антивирусных программ пишут вакцину против нее - так называемую антивирусную программу, которая, анализируя файлы, может распознать в них скрытый код вируса и либо удалить этот код (вылечить), либо удалить зараженный файл. Базы антивирусных программ обновляются часто.

Пример. Одну из самых популярных антивирусных программ AIDSTEST автор (Д. Лозинский) обновляет иногда дважды в неделю. Известная антивирусная программа AVP лаборатории Касперского содержит в своей базе данные о нескольких десятках тысяч вирусах, вылечиваемых программой.

Вирусы бывают следующих основных видов:

• · загрузочные - заражающие стартовые секторы дисков, где находится самая важная информация о структуре и файлах диска (служебные области диска, так называемые boot-сектора);
• · аппаратно-вредные - приводящие к нарушению работы, а то и вовсе к разрушению аппаратуры, например, к резонансному воздействию на винчестер, к "пробою" точки на экране дисплея;
• · программные - заражающие исполняемые файлы (например, exe-файлы с непосредственно запускаемыми программами);
• · полиморфные - которые претерпевают изменения (мутации) от заражения к заражению, от носителя к носителю;
• · стелс-вирусы - маскирующиеся, незаметные (не определяющие себя ни размером, ни прямым действием);
• · макровирусы - заражающие документы и шаблоны текстовых редакторов, используемые при их создании;
• · многоцелевые вирусы .

Особенно опасны вирусы в компьютерных сетях, так как они могут парализовать работу всей сети.

Вирусы могут проникать в сеть, например:

• · с внешних носителей информации (из копируемых файлов, с дискет);
• · через электронную почту (из присоединенных к письму файлов);
• · через Интернет (из загружаемых файлов).

Существуют различные методы и пакеты программ для борьбы с вирусами (антивирусные пакеты).

При выборе антивирусных средств необходимо придерживаться следующих простых принципов (аналогичных противогриппозной профилактике):

• · если используются в системе различные платформы, операционные среды, то антивирусный пакет должен поддерживать все эти платформы;
• · антивирусный пакет должен быть простым и понятным, дружественным в использовании, позволяющим выбирать опции однозначно и определенно на каждом шаге работы, иметь развитую систему понятных и информативных подсказок;
• · антивирусный пакет должен обнаруживать - скажем, с помощью различных эвристических процедур - новые неизвестные вирусы и иметь пополняемую и обновляемую регулярно базу данных о вирусах;
• · антивирусный пакет должен быть лицензионным, от надежного известного поставщика и производителя, который регулярно обновляет базу данных, а сам поставщик должен иметь свой антивирусный центр - сервер, откуда можно получить необходимую срочную помощь, информацию.

Пример. Исследования свидетельствуют, что, если половина компьютеров в мире будет иметь постоянную, эффективную антивирусную защиту, то компьютерные вирусы лишатся возможности размножаться.

Одна из наиболее важных задач (всего общества) – задача кодирования сообщений и шифрования информации. Вопросами защиты и скрытия информации занимается наука криптология (криптос – тайный, логос – наука). Кpиптология имеет два основных направления – кpиптогpафию и кpиптоанализ. Цели этих направлений противоположны. Криптография занимается построением и исследованием математических методов преобразования информации, а кpиптоанализ – исследованием возможности расшифровки информации без ключа.

Правило соответствия набора знаков одного множества Х знакам другого множества Y. Если каждому символу Х при кодировании соответствует отдельный знак Y, то это кодирование. Если для каждого символа из Y однозначно отыщется по некоторому правилу его прообраз в X, то это правило называется декодированием. Кодирование – процесс преобразования букв (слов) алфавита Х в буквы (слова) алфавита Y.

Правила шифрования должны быть выбраны так, чтобы зашифрованное сообщение можно было расшифровать. Однотипные правила (например, все шифры типа шифра Цезаря, по которому каждый символ алфавита кодируется отстоящим от него на k позиций символом) объединяются в классы, и внутри класса определяется некоторый параметр (числовой, символьный табличный и т.д.), позволяющий перебирать (варьировать) все правила. Такой параметр называется шифровальным ключом. Он, как правило, секретный и сообщается лишь тому, кто должен прочесть зашифрованное сообщение (обладателю ключа).

Шифр перестановки изменяет только порядок следования символов исходного сообщения. Это такие шифры, преобразования которых приводят к изменению только следования символов открытого исходного сообщения. Шифр замены заменяет каждый символ кодируемого сообщения на другой(ие) символ(ы), не изменяя порядок их следования. Это такие шифры, преобразования которых приводят к замене каждого символа открытого сообщения на другие символы, причем порядок следования символов закрытого сообщения совпадает с порядком следования соответствующих символов открытого сообщения.

Под надежностью понимается способность противостоять взлому шифра. При дешифровке сообщения может быть известно все, кроме ключа, то есть надежность шифра определяется секретностью ключа, а также числом его ключей. Применяется даже открытая криптография, которая использует различные ключи для шифрования, а сам ключ может быть общедоступным, опубликованным. Число ключей при этом может достигать сотни триллионов.

Семейство Х преобразований открытых текстов. Члены этого семейства индексируются, обозначаются символом k ; параметр k является ключом. Множество ключей K – это набор возможных значений ключа k. Обычно ключ представляет собой последовательный ряд букв алфавита.

В симметричных криптосистемах, как для шифрования, так и для дешифрования, используется один и тот же ключ. В системах с открытым ключом используются два ключа – открытый и закрытый, которые математически (алгоритмически) связаны друг с другом. Информация шифруется с помощью открытого ключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается лишь с помощью закрытого ключа, который известен только получателю сообщения.

Электронной (цифровой) подписью (ЭЦП) называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения. К ЭЦП предъявляются два основных требования: легкость проверки подлинности подписи; высокая сложность подделки подписи.

В процессе шифрования, чтобы ключ был использован полностью, необходимо многократно выполнять процедуру кодировки с различными элементами. Базовые циклы заключаются в многократном применении разных элементов ключа и отличаются друг от друга только числом повторения и порядком использования ключевых элементов.

Все современные криптосистемы построены по принципу Кирхгоффа: секретность зашифрованных сообщений определяется секретностью ключа. Это означает, что если даже алгоритм шифрования будет известен крипто аналитику, тот тем не менее не в состоянии будет расшифровать закрытое сообщение, если не располагает соответствующим ключом. Все классические шифры соответствуют этому принципу и спроектированы таким образом, чтобы не было пути вскрыть их более эффективным способом, чем полный перебор по всему ключевому пространству, то есть перебор всех возможных значений ключа. Ясно, что стойкость таких шифров определяется размером используемого в них ключа.

Информационная безопасность информационной системы – защищенность информации, обрабатываемой компьютерной системой, от внутренних (внутрисистемных) или внешних угроз, то есть состояние защищенности информационных ресурсов системы, обеспечивающее устойчивое функционирование, целостность и эволюцию системы. К защищаемой информации (информационным ресурсам системы) относятся электронные документы и спецификации, программное обеспечение, структуры и базы данных и др.

Оценка безопасности компьютерных систем базируется на различных классах защиты систем: класс систем минимальной защищенности (класс D); класс систем с защитой по усмотрению пользователя (класс C); класс систем с обязательной защитой (класс B); класс систем с гарантированной защитой (класс A).

Основными типами средств воздействия на компьютерные сети и системы являются компьютерные вирусы, логические бомбы и мины (закладки, жучки), внедрение в информационный обмен. Пример. Многократно разославшая свой код в 2000 году вирусная программа в Интернете могла при открытии приложения к тексту письма с интригующим заголовком (I Love You – Я Тебя Люблю) рассылать свой код по всем адресам, зафиксированным в адресной книге данного получателя вируса, что приводило к веерному размножению вируса по Интернету, ибо адресная книга каждого пользователя может содержать десятки и сотни адресов

Компьютерный вирус – специальная программа, которая составлена кем-то со злым умыслом или для демонстрации честолюбивых, в плохом смысле, интересов, способная к воспроизводству своего кода и к переходу от программы к программе (инфицирование). Вирус сподоблен инфекции, проникающей в кровяные тельца и путешествующей по всему организму человека. Перехватывая управление (прерывания), вирус подключается к работающей программе или к другим программам и затем дает команду компьютеру для записи зараженной версии программы, а затем возвращает управление программе как ни в чем не бывало. Далее или сразу же этот вирус может заработать (перехватив управление от программы).

По мере появления новых компьютерных вирусов разработчики антивирусных программ пишут вакцину против нее – так называемую антивирусную программу, которая, анализируя файлы, может распознать в них скрытый код вируса и либо удалить этот код (вылечить), либо удалить зараженный файл. Базы антивирусных программ обновляются часто.

Одну из самых популярных антивирусных программ AIDSTEST автор (Д. Лозинский) обновляет иногда дважды в неделю. Известная антивирусная программа AVP лаборатории Касперского содержит в своей базе данные о нескольких десятках тысяч вирусах, вылечиваемых программой

Загрузочные – заражающие стартовые секторы дисков, где находится самая важная информация о структуре и файлах диска (служебные области диска, так называемые boot–сектора); аппаратно-вредные – приводящие к нарушению работы, а то и вовсе к разрушению аппаратуры, например, к резонансному воздействию на винчестер, к "пробою" точки на экране дисплея; программные – заражающие исполняемые файлы (например, exe-файлы с непосредственно запускаемыми программами); полиморфные – которые претерпевают изменения (мутации) от заражения к заражению, от носителя к носителю; стел с-вирусы – маскирующиеся, незаметные (не определяющие себя ни размером, ни прямым действием); макровирусы – заражающие документы и шаблоны текстовых редакторов, используемые при их создании; многоцелевые вирусы.

Особенно опасны вирусы в компьютерных сетях, так как они могут парализовать работу всей сети. с внешних носителей информации (из копируемых файлов, с дискет); через электронную почту (из присоединенных к письму файлов); через Интернет (из загружаемых файлов). Существуют различные методы и пакеты программ для борьбы с вирусами (антивирусные пакеты).

Если используются в системе различные платформы, операционные среды, то антивирусный пакет должен поддерживать все эти платформы; антивирусный пакет должен быть простым и понятным, дружественным в использовании, позволяющим выбирать опции однозначно и определенно на каждом шаге работы, иметь развитую систему понятных и информативных подсказок; антивирусный пакет должен обнаруживать – скажем, с помощью различных эвристических процедур – новые неизвестные вирусы и иметь пополняемую и обновляемую регулярно базу данных о вирусах; антивирусный пакет должен быть лицензионным, от надежного известного поставщика и производителя, который регулярно обновляет базу данных, а сам поставщик должен иметь свой антивирусный центр – сервер, откуда можно получить необходимую срочную помощь, информацию.

Муниципальное казенное образовательное учреждение «Средняя школа №5»

городского округа г.Михайловка Волгоградской области.

Криптография как метод кодирования

Выполнили ученики 10 Б класса:

Горбунов М., Смольяков В., Трудников А.

Проверил:

Колотева Е. Ю.

г.Михайловка

2017 год .

Цель, задачи……………………………………………………………………………………………………2

Введение…………………………………………………………………………………………………………3

Понятие криптография……………………………………………………………………………………3

История криптографии……………………………………………………………………………………4

Костровая связь………………………………………………………………………………………...5

Факельный телеграф………………………………………………………………………………..5

Шифр Грибоедова…………………………………………………………………………………….5

Копье Аристотеля…………………………………………………………………………………….5

Шифр Цезаря……………………………………………………………………………………………6

Тарабарская грамота……………………………………………………………………………….6

Книжный шифр………………………………………………………………………………………..6

Шифрование…………………………………………………………………………………………….6

Стеганография………………………………………………………………………………………….7

Кодирование…………………………………………………………………………………………….7

Сжатие………………………………………………………………………………………………………7

Шифровальная машина Фиалка………………………………………………………………8

Заключение…………………………………………………………………………………………………….9

Список литературы…………………………………………………………………………………………10

Цель работы:

Научиться кодировать информацию с помощью криптографии

Задачи:

Ознакомиться с понятием криптография

Узнать историю возникновения криптографии

Изучить различные методы кодирования информации с помощью криптографии

Закодировать цитату известного человека

Актуальность:

В 21 веке, в эпоху новых технологий, у людей пропала приватность. Все телефонные линии прослушиваются, а IP компьютеров и др. устройств с доступом в интернет фиксируются.

Объект исследования: информация

Предмет исследования: шифры

Гипотеза.

Криптография как наука нужна, используется в настоящее время и будет нужна в будущем.

Введение

Разные люди понимают под шифрованием разные вещи. Дети играют в игрушечные шифры и секретные языки. Это, однако, не имеет ничего общего с настоящей криптографией. Настоящая 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. Настоящая криптография в прошлом использовалась лишь в военных целях. Однако сейчас, со становлением информационного общества, она становится центральным инструментом для обеспечения конфиденциальности.

Криптография - наука о защите информации от прочтения ее
посторонними. Защита достигается шифрованием, т.е. преобразованием, которые делают защищенные входные данные труднораскрываемыми по входным данным без знания специальной ключевой информации - ключа.

С математической точки зрения надежность криптографической системы определяется сложностью решения этой задачи с учетом реальных вычислительных ресурсов потенциальной вскрывающей стороны. С организационной точки зрения имеет значение соотношение стоимости потенциального вскрытия и ценности защищаемой информации.

Если раньше основной задачей криптографических систем считалось надежное шифрование информации, в настоящее время область применения криптографии включает также цифровую подпись (аутентификацию), лицензирование, нотаризацию (свидетельствование), распределенное управление, схемы голосования, электронные деньги и многое другое.

Желательно, чтобы методы шифрования обладали минимум двумя
свойствами:
- законный получатель сможет выполнить обратное преобразование и
расшифровать сообщение;

Криптоаналитик противника, перехвативший сообщение, не сможет
восстановить по нему исходное сообщение без таких затрат времени
и средств, которые сделают эту работу нецелесообразной.

История криптографии

Тайнопись практиковалась еще на заре цивилизации. Когда греки, жившие в Персии, услышали, что царь Дарий хочет вторгнуться на Пелопонесский полуостров, они выцарапали на доске тревожную весть и сверху наложили гладкий слой воска. Получилась восковая пластина, на ней написали безобидный текст и отправили в Спарту. Георгия, жена спартанского царя Леонида, догадалась, что блестящая восковая исписанная поверхность скрывает что–то важное. Она соскоблила воск и обнаружила послание, которое предупредило греков о готовившемся нападении.

Развитие химии дало более удобное средство- симпатические чернила, записи которыми не видны до тех пор, пока бумагу не нагреют или не обработают каким-либо химикатом.

Долгое время занятие криптографией было уделом чудаков-одиночек. Этот период развития криптографии как искусства длился с незапамятных времен до начала ХХ в., когда появились первые шифровальные машины. Понимание математического характера решаемых криптографией задач пришло только в средине ХХ в. - после работ выдающегося американского ученого К. Шеннона.
История криптографии связана с большим количеством дипломатических и военных тайн и окутана туманом легенд.

Свой след в истории криптографии оставили многие хорошо известные исторические личности. В том числе кардинал Ришелье, король Генрих, IV Петр Великий и др.

Костровая связь

В древние времена люди передавали информацию на расстояние различными способами. это могли быть специальные сигнальные костры, которые распространяли зарево на несколько километров, сообщая о сборе общины или нападении чужеземцев.

Факельный телеграф

Греческие философы предложили передавать на видимое расстояние отдельные буквы греческого алфавита посредством комбинации из двух факелов. С этой целью греческий алфавит, в котором двадцать четыре буквы, они записали в виде квадратной таблицы из пяти строк и пяти столбцов. В каждой клетке (за исключением последней) располагалось по одной букве.

Передаточные станции представляли собой две стены с зубцами, между которыми имелось пять промежутков. Сообщения передавались факелами, вставляемыми в промежутки между зубцами стен. Факелы первой стены указывали на номер строки таблицы, а факелы второй стены - на номер буквы в строке.

Шифр Грибоедова

Грибоедов писал своей жене «невинные» послания, с которыми знакомились сотрудники МИД. Они расшифровывали сообщения и затем доставляли письма адресату. Жена Грибоедова, видимо, не догадывалась о двойном назначении этих посланий.

Копье Аристотеля

Одним из первых дешифровальщиков древности был знаменитый греческий философ Аристотель (384–322 до н.э.). Он предложил использовать для этого конусообразное «копье», на которое наматывался перехваченный ремень, который передвигался по оси до того положения, пока не появлялся осмысленный текст.

Шифр Цезаря

Шифр Цезаря - вид шифра подстановки, в котором каждый символ в открытом тексте заменяется символом, находящимся на некотором постоянном числе позиций левее или правее него в алфавите.

Исходный текст:

Съешь же ещё этих мягких французских булок, да выпей чаю.

Зашифрованный текст:

Фэзыя йз зьи ахлш пвёнлш чугрщцкфнлш дцосн, жг еютзм ъгб.

(смещение на 3)

Тарабарская грамота

Тарабарская грамота (простая литорея) - древнерусский шифр, в частности, применявшийся в рукописях, а также дипломатами. Суть тарабарской грамоты (простой литореи) - использование вот такой таблицы: Символ открытого текста ищется в таблице и заменяется на символ шифрованного, который в том же столбце таблицы, но в другой строке. Например, В заменяется на Ш, а Ш на В:

Книжный шифр

Книжный шифр – шифр, в котором каждая буква сообщения определяется тремя цифрами: первая – порядковый номер страницы, вторая – номер строки(сверху или снизу в зависимости от договоренности), третья – номер буквы в строке

Шифрование

Шифрование - обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, в это же время, авторизованным пользователям доступа к ней. Главным образом, шифрование служит задачей соблюдения конфиденциальности передаваемой информации. Важной особенностью любого алгоритма шифрования является использование ключа, который утверждает выбор конкретного преобразования из совокупности возможных для данного алгоритма

Стеганография

Стеганография - система изменения информации с целью скрытия самого факта существования секретного сообщения Слово. отличие от криптографии, которая скрывает содержимое тайного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо.

Кодирование

Одну и ту же информацию, например, сведения об опасности мы можем выразить разными способами: просто крикнуть; оставить предупреждающий знак (рисунок); с помощью мимики и жестов; передать сигнал «SOS» с помощью азбуки Морзе или используя семафорную и флажковую сигнализацию. В каждом из этих способов мы должны знать правила, по которым можно отобразить информацию. Такое правило назовем кодом.

Сжатие

Сжатие данных - обеспение компактного представления данных, вырабатываемых источником, для их более экономного сохранения и передачи по каналам связи. Пусть у нас имеется файл размером 1 (один) мегабайт. Нам необходимо получить из него файл меньшего размера. Ничего сложного - запускаем архиватор, к примеру, WinZip, и получаем в результате, допустим, файл размером 600 килобайт.

Шифровальная машина Фиалка

Фиалка (М-125) - шифровальная машина, разработанная в СССР вскоре после Второй мировой войны. Фиалка состояла из комбинации механических и электрических подсистем. Механическая часть включала в себя клавиатуру, набор вращающихся дисков - роторов, - которые были расположены вдоль вала и прилегали к нему, и ступенчатого механизма, двигающего один или несколько роторов при каждом нажатии на клавишу. Движение роторов приводит к различным криптографическим преобразованиям при каждом следующем нажатии на клавишу на клавиатуре. Механические части двигались, замыкая контакты и образуя меняющийся электрический контур (то есть, фактически, сам процесс шифрования букв реализовывался электрически). При нажатии на клавишу клавиатуры контур замыкался, ток проходил через различные цепи и в результате получалась искомая буква кода .

Заключение

Таким образом, на основе исследования, что наука криптография востребована в наше время и будет востребована в будущем. Так как без кодирования сейчас не обходиться ни одно государство, ни один банк, ни одно предприятие. И таким образом моя тема актуальная в настоящее время.

Список литературы:

Википедия

Коды и математика М.Н.Аршинов 1983-600M

Мир математики: в 40 т. Т.2: Жуан Гомес. Математики, шпионы и хакеры. Кодирование и криптография. / Пер.с англ. – М.:Де Агостини, 2014. – 144 с.

Введение в криптографию / Под ред. В.В. Ященко. СП6.: Питер, 2001.

Журнал «Математика для школьников №4» 2008 г. – с 49-58

http://www.academy.fsb.ru/i_abit_olim_m.html

В современном обществе успех любого вида деятельности сильно зависит от обладания определенными сведениями (информацией) и от отсутствия их (ее) у конкурентов. Чем сильней проявляется указанный эффект, тем больше потенциальные убытки от злоупотреблений в информационной сфере и тем больше потребность в защите информации. Одним словом, возникновение индустрии обработки информации привело к возникновению индустрии средств ее защиты и к актуализации самой проблемы защиты информации, проблемы информационной безопасности.

Одна из наиболее важных задач (всего общества) – задача кодирования сообщений и шифрования информации.

Вопросами защиты и скрытия информации занимается наука криптология (криптос – тайный,логос – наука). Криптология имеет два основных направления – криптографию и криптоанализ. Цели этих направлений противоположны. Криптография занимается построением и исследованием математических методов преобразования информации, а криптоанализ – исследованием возможности расшифровки информации без ключа. Термин "криптография" происходит от двух греческих слов:криптос игрофейн – писать. Таким образом, это тайнопись, система перекодировки сообщения с целью сделать его непонятным для непосвященных лиц и дисциплина, изучающая общие свойства и принципы систем тайнописи.

Введем некоторые основные понятия кодирования и шифрования.

Код – правило соответствия набора знаков одного множества Х знакам другого множества Y. Если каждому символу Х при кодировании соответствует отдельный знак Y, то это кодирование. Если для каждого символа из Y однозначно отыщется по некоторому правилу его прообраз в X, то это правило называется декодированием.

Кодирование – процесс преобразования букв (слов) алфавита Х в буквы (слова) алфавита Y.

При представлении сообщений в ЭВМ все символы кодируются байтами. Пример. Если каждый цвет кодировать двумя битами, то можно закодировать не более 2 2 = 4 цветов, тремя –2 3 = 8 цветов, восемью битами (байтом) –2 8 =256 цветов. Для кодирования всех символов на клавиатуре компьютера достаточно байтов.

Сообщение, которое мы хотим передать адресату, назовем открытым сообщением. Оно, естественно, определено над некоторым алфавитом.

Зашифрованное сообщение может быть построено над другим алфавитом. Назовем его закрытым сообщением. Процесс преобразования открытого сообщения в закрытое сообщение и есть шифрование.

Если А – открытое сообщение,В – закрытое сообщение (шифр) ,f – правило шифрования, тоf(A) = B .

Правила шифрования должны быть выбраны так, чтобы зашифрованное сообщение можно было расшифровать. Однотипные правила (например, все шифры типа шифра Цезаря, по которому каждый символ алфавита кодируется отстоящим от него на nпозиций символом) объединяются в классы, и внутри класса определяется некоторый параметр (числовой, символьный табличный и т.д.), позволяющий перебирать (варьировать) все правила. Такой параметр называется шифровальным ключом. Он, как правило, секретный и сообщается лишь тому, кто должен прочесть зашифрованное сообщение (обладателю ключа).

При кодировании нет такого секретного ключа, так как кодирование ставит целью лишь более сжатое, компактное представление сообщения.

Если k – ключ, то можно записатьf(k(A)) = B . Для каждого ключаk , преобразованиеf(k) должно быть обратимым, то естьf(k(B)) = A . Совокупность преобразованияf(k) и соответствия множестваk называется шифром.

Имеются две большие группы шифров: шифры перестановки и шифры замены.

Шифр перестановки изменяет только порядок следования символов исходного сообщения. Это такие шифры, преобразования которых приводят к изменению только следования символов открытого, исходного сообщения.

Шифр замены заменяет каждый символ кодируемого сообщения на другой(ие) символ(ы), не изменяя порядок их следования. Это такие шифры, преобразования которых приводят к замене каждого символа открытого сообщения на другие символы, причем порядок следования символов закрытого сообщения совпадает с порядком следования соответствующих символов открытого сообщения.

Под надежностью понимается способность противостоять взлому шифра. При дешифровке сообщения может быть известно все, кроме ключа, то есть надежность шифра определяется секретностью ключа, а также числом его ключей. Применяется даже открытая криптография, которая использует различные ключи для шифрования, а сам ключ может быть общедоступным, опубликованным. Число ключей при этом может достигать сотни триллионов.

Один из лучших примеров алгоритма шифрования – принятый в 1977 году Национальным бюро стандартов США алгоритм стандарта шифрования данных DES (Data Encryрted Standard). Исследования алгоритма специалистами показали, что пока нет уязвимых мест, на основе которых можно было бы предложить метод криптоанализа, существенно лучший, чем полный перебор ключей. В июле 1991 года введен в действие аналогичный отечественный криптоалгоритм (стандарта ГОСТ 28147-89), который превосходит DES по надежности.

Криптографическая система – семейство Хпреобразований открытых текстов. Члены этого семейства индексируются, обозначаются символомk ; параметрk являетсяключом. МножествоключейK – это набор возможных значенийключаk . Обычноключпредставляет собой последовательный ряд букв алфавита.

Открытый текст обычно имеет произвольную длину. Если текст большой и не может быть обработан шифратором (компьютером) целиком, то он разбивается на блоки фиксированной длины, а каждый блок шифруется отдельно, независимо от его положения во входной последовательности. Такие криптосистемы называются системами блочного шифрования.

Криптосистемы разделяются на симметричные с открытым ключоми системы электронной подписи.

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

В системах с открытым ключомиспользуются дваключа– открытый и закрытый, которые математически (алгоритмически) связаны друг с другом. Информация шифруется с помощью открытогоключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается лишь с помощью закрытогоключа, который известен только получателю сообщения.

Электронной (цифровой) подписью (ЭЦП) называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения. К ЭЦП предъявляются два основных требования: легкость проверки подлинности подписи; высокая сложность подделки подписи.

Криптография изучает, кроме криптосистем (симметричных, с открытым ключом, электронной подписи), еще и системы управленияключами.

Системы управления ключами– это информационные системы, целью которых является составление и распределениеключеймежду пользователями информационной системы.

Разработка ключевой, парольной информации является типовой задачей администратора безопасности системы.Ключможет быть сгенерирован как массив нужного размера статистически независимых и равновероятно распределенных на двоичном множестве{0, 1}элементов.

Пример.Для таких целей можно использовать программу, которая вырабатываетключпо принципу "электронной рулетки". Когда число пользователей, то есть объем необходимой ключевой информации, очень большой, используют чаще аппаратные датчики случайных (псевдослучайных) чисел. Пароли также необходимо менять. Например, известныйвирусМорриса пытается войти в систему, последовательно пробуя пароли из своего внутреннего эвристически составленного списка в несколько сотен процедур, имитирующих "сочинение" паролей человеком.

Пароли должен генерировать и раздавать пользователям системный администратор по безопасности, исходя из основного принципа: обеспечения равной вероятности появления каждого из символов алфавита в пароле.

В процессе шифрования, чтобыключбыл использован полностью, необходимо многократно выполнять процедуру кодировки с различными элементами. Базовые циклы заключаются в многократном применении разных элементовключаи отличаются друг от друга только числом повторения и порядком использования ключевых элементов.

Пример.В банковских системах первоначальный обменключамимежду клиентом и банком осуществляется на магнитных носителях без передачиключейчерез открытые компьютерные сети. Секретныйключклиента хранится на сервере сертификации банка и закрыт для доступа. Для осуществления всех операций с ЭЦП на компьютер клиента устанавливается программное обеспечение, которое предоставляет банк, а все необходимые данные для клиента – открытый, закрытыйключ, логин, пароль и др. - обычно хранятся на отдельной дискете или на специальном устройстве, подключаемом к компьютеру клиента.

Все современные криптосистемы построены по принципу Кирхгоффа: секретность зашифрованных сообщений определяется секретностью ключа.

Это означает, что если даже алгоритм шифрованиябудет известен криптоаналитику, то он, тем не менее, не в состоянии будет расшифровать закрытое сообщение, если не располагает соответствующимключом. Все классическиешифрысоответствуют этому принципу и спроектированы таким образом, чтобы не было пути вскрыть их более эффективным способом, чем полный перебор по всему ключевому пространству, то есть перебор всех возможных значенийключа. Ясно, что стойкость такихшифровопределяется размером используемого в нихключа.

Пример.В российскихшифрахчасто используется 256-битовыйключ, а объем ключевого пространства составляет2 256 . Ни на одном реально существующем или возможном в недалеком будущем компьютере нельзя подобратьключ(полным перебором) за время, меньшее многих сотен лет. Российский криптоалгоритм проектировался с большим запасомнадежности, стойкости.

Информационная безопасность информационной системы – защищенность информации, обрабатываемой компьютерной системой, от внутренних (внутрисистемных) или внешних угроз, то есть состояние защищенности информационных ресурсов системы, обеспечивающее устойчивое функционирование, целостность и эволюцию системы. К защищаемой информации (информационным ресурсам системы) относятся электронные документы и спецификации, программное обеспечение, структуры и базы данных и др.

Оценка безопасности компьютерных систем базируется на различных классах защиты систем:

класс систем минимальной защищенности (класс D);

класс систем с защитой по усмотрению пользователя (класс C);

класс систем с обязательной защитой (класс B);

класс систем с гарантированной защитой (класс A).

Эти классы имеют и подклассы, но мы их не будем здесь детализировать.