Xreferat.com » Рефераты по информатике и программированию » Защита информации в ПЭВМ. Шифр Плейфера

Защита информации в ПЭВМ. Шифр Плейфера

Московский государственный Авиационный институт

(технический университет)


Кафедра 403

“алгоритмические языки и программирование”


Расчетно графическая работа


на тему

_ _

Защита информации в ПЭВМ _

Шифр Плэйфера _



студент гр. 04-109

ᅣ↓│￲￰│← ᅢ￳￰¥■↑○¬

Научный руководитель

Кошелькова Л.В.


Москва год


Оглавление

Защита информации в ПЭВМ 4

Криптографические методы защиты информации 5

Модель одноключевой криптосистемы для передачи сообщений 6

Шифр простой подстановки. 7

Шифр перестановки (транспозиции) с фиксированным d (блок d -группа символов). 7

Шифр Вижинера 8

Шифрование с помощью датчика случайных чисел (ПСЧ) 9

ШИФР ПЛЭЙФЕРА 10

Блок схемы 10

ПП SHIFR_PLEYFER 10

ПФ SHIFR_TXT 11

ПФ DESHIFR_TXT 13

ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА 15

Программа 16

Результаты 21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 22


Защита информации в ПЭВМ

Усложнение методов и средств организации машинной обработки информации, а также широкое использование вычислительных сетей приводит к тому, что информация становится все более уязвимой.

В связи с этим защита информации в процессе ее сбора, хранения и обработки приобретает исключительно важное значение (особенно в коммерческих и военных областях).

Под защитой информации понимается совокупность мероприятий, методов и средств, обеспечивающих решение следующих основных задач:

- проверка целостности информации;

-исключение несанкционированного доступа к ресурсам ПЭВМ и хранящимся в ней программам и данным (с целью сохранения трех основных свойств защищаемой информации: целостности, конфи­денциальности, готовности);

- исключение несанкционированного использования хранящихся в ПЭВМ программ (т.е. защита программ от копирования).

Возможные каналы утечки информации, позволяющие нарушителю получить доступ к обрабатываемой или хранящейся в ПЭВМ информации, принято классифицировать на три группы, в зависимости от типа средства, являющегося основным при получении информации. Различают 3 типа средств: человек, аппаратура, программа.

С первой группой, в которой основным средством является человек, связаны следующие основные возможные утечки:

- чтение информации с экрана посторонним лицом;

- расшифровка программой зашифрованной информации;

- хищение носителей информации (магнитных дисков, дискет, лент и т. д.).

Ко второй группе каналов, в которых основным средством является аппаратура, относятся следующие возможные каналы утечки:

- подключение к ПЭВМ специально разработанных аппаратных средств, обеспечивающих доступ к информации;

- использование специальных технических средств для перехвата

электромагнитных излучений технических средств ПЭВМ. В группе каналов, в которых основным средством является програм­ма, можно выделить следующие возможные каналы утечки:

- несанкционированный доступ программы к информации;

- расшифровка программой зашифрованной информации;

- копирование программой информации с носителей.


Будем рассматривать средства защиты, обеспечивающие закрытие возможных каналов утечки, в которых основным средством является программа. Заметим, что такие средства в ряде случаев позволяют доста­точно надежно закрыть некоторые возможные каналы утечки из других групп. Так, криптографические средства позволяют надежно закрыть канал, связанный с хищением носителей информации.


Обзор методов защиты информации

Проблемы защиты информации программного обеспечения имеют широкий диапазон: от законодательных аспектов защиты интеллектуаль­ной собственности (прав автора) до конкретных технических устройств.

Средства защиты можно подразделить на следующие категории:

  1. - средства собственной защиты;

  2. - средства защиты в составе вычислительной системы;

  3. - средства защиты с запросом информации;

  4. - средства активной защиты;

  5. - средства пассивной защиты.


Классификация средств защиты информации


Средства защиты информации




Собственной защиты В составе ВС С запросом информации Актив ные Пассивные

- документация

- машинный код

- сопровождение

- авторское право

- заказное проектирование

- защита магнитных дисков

- специальная аппаратура

- замки защиты

- изменения функций

- пароли

- шифры

- сигнатура

- аппаратура защиты (ПЗУ, преобразователи) генератор случайных чисел

- замки защиты

(время, данные)

- искаженные программы

(программы

вирусы, искажение функций)

- сигнал тревоги

- запуск по ключам

- авторская эстетика

- идентификация программ

- частотный анализ

- корреляционный анализ

- «родимые пятна»

- устройство контроля


Наиболее надежными являются криптографические методы защиты информации, относящиеся к классу средств защиты с запросом информа­ции.

Криптографические методы защиты информации

1. Основные определения

Криптология (от греческих корней: cryptos-тайный и logos-слово) как научная дисциплина оформилась в 1949 г. с появлением работы Шеннона, в которой устанавливалась связь криптологии с теорией информации. Криптология включает два направления: криптографию и криптоанализ. Задача криптографа - обеспечить как можно большие секретность и аутентичность (подлинность) передаваемой информации. Криптоаналитик, напротив, "взламывает " систему защиты, пытаясь раскрыть зашифрован­ный текст или выдать поддельное сообщение за настоящее.

Криптографическая защита - это защита данных с помощью крипто­графического преобразования, под которым понимается преобразование данных шифрованием и (или) выработкой имитовставки.

Чтобы скрыть смысл передаваемых сообщений применяются два ти­па преобразований: кодирование и шифрование. Для кодирования исполь­зуется кодировочные книги и таблицы, содержащие наборы часто исполь­зуемых фраз, каждой из которых соответствует кодовое слово. Для деко­дирования используется такая же книга.

Второй тип криптографического преобразования - шифрование -представляет собой процедуру (алгоритм) преобразования символов исходного текста в форму, недоступную для распознанная (зашифрован­ный текст).

Под шифром понимается совокупность обратимых преобразований множества открытых данных на множество зашифрованных данных, заданных алгоритмом криптографического преобразования. В шифре всегда различают два элемента: алгоритм и ключ.

Процесс передачи сообщений использует 2 алгоритма: шифрования E-Encipherment и дешифрования D-Decipherment, в которых для преобра­зования используется ключ К.

Ключ - конкретное секретное состояние некоторых параметров ал­горитма криптографического преобразования данных, обеспечивающее выбор одного варианта из совокупности всевозможных для данного алгоритма.

Имитовставка - это последовательность данных фиксированной длины, полученная по определенному правилу из открытых данных и ключа, которая используется для защиты от навязывания ложных данных.

Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяю­щая его стойкость к дешифрованию, которая обычно определяется необхо­димым для этого периодом времени.

Криптосистемы с закрытым ключом (одноключевые)

Модель одноключевой криптосистемы для передачи сообщений


санкционированный получатель

Х У = Ек(Х) Х= Dк(У)

исходный

текст R К К

защищенный

канал связи для передачи ключа.


Источник сообщения передает "открытый текст" X, а рандомизатор формирует рандомизируюшую последовательность R. Задача рандомизатора состоит в том, чтобы выровнять частоты появления символов источ­ника сообщения путем перехода к алфавиту большего объема. Источник ключа генерирует некоторый ключ К, а шифратор преобразует открытый текст Х в шифротекст (криптограмму), который является некоторой функцией X, а конкретный вид криптограммы определяется секретным ключом и рандомизирующей последовательностью.

Шифротекст передается по незащищенному каналу связи, и несанк­ционированный получатель имеет все технические возможности для ее перехвата. В соответствии с известным в криптологии "правилом Керхкоффа" предполагается, что алгоритм преобразования известен против­нику, и надежность шифра определяется только ключом.

Дешифратор санкционированного получателя, зная секретный ключ, восстанавливает открытый текст.

При разработке практических шифров используются два принципа, которые выделил Шеннон: рассеивание и перемешивание. Рассеиванием он назвал распространение влияния одного знака открытого текста на множество знаков шифротекста, что позволяет скрыть статистические свойства открытого текста. Под перемешиванием Шеннон понимал ис­пользование таких шифрующих преобразований, которые усложняют восстановление взаимосвязи статистических свойств открытого и шифро­ванного текста. Однако шифр должен не только затруднять раскрытие, но и обеспечивать легкость шифрования и дешифрования при известном секретном ключе. Поэтому была принята идея использовать произведение простых шифров, каждый из которых вносит небольшой вклад в значи­тельное суммарное рассеивание и перемешивание. Рассмотрим примеры шифрования.

Шифр простой подстановки.

Это простейший метод шифрования, его называют также моноалфа­витной подстановкой. Ключом является переставленный алфавит, буквами которого заменяют буквы нормального алфавита. Например, каждая буква заменяется на букву, стоящую на 3 позиции впереди: A®D, B®E и т.д. Тогда текст АВС заменяется на DEF. Все моноалфавитные подстановки можно представить в виде:

Y, = а хi + b( mod g),

а - некоторый постоянный десятичный коэффициент;

b - коэффициент сдвига;

g - длина используемого алфавита;

хi -i-й символ открытого текста (номер буквы в алфавите). Основным недостатком рассмотренного метода является то, что статистические свойства открытого текста (частоты повторения букв) сохраняются и в шифротексте.

Шифр перестановки (транспозиции) с фиксированным d (блок d -группа символов).

Это блочный метод. Текст делят на блоки и в каждом производится перестановка символов открытого текста. Правило перестановки задается секретным ключом. Пусть перестановка задается таблицей:

123456

316524

Тогда открытый текст преобразуется в закодированный так: первый символ становится вторым, второй - пятым и так далее


MICROC OMPUTE R - открытый текст
CMCOIR POETMU R - закодированный текст

В случае перестановки переставляются не буквы алфавита, а буквы в сообщении открытого текста. Распределение частот отдельных символов оказывается в шифрованном тексте таким же, что и в открытом тексте, однако распределения более высоких порядков оказываются перемешан­ными, что улучшает криптостойкость данного шифра по сравнению с простой подстановкой.

Шифр Вижинера

Шифр, задаваемый формулой

уi = хi + ki(mod g),

где ki - i-я буква ключа, в качестве которого используется слово или фраза, называется шифром Вижинера. Воспользуемся таблицей кодирования букв русского алфавита:


Буква А Б В Г Д Е Ж 3 И И К Л
Код 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12


Буква М Н О П Р С Т У Ф X Ц Ч
Код 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Буква Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я (пробел)
Код 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Пусть имеется открытый текст "ЗАМЕНА" и подстановка шифра Вижинера задана таблицей:

3 А М Е Н А
К Л Ю Ч К Л

По формуле шифра Вижинера находим:

Y1= 8 + ll (mod33) = 19 Ю T;

Y2= l + 12 (mod33) = 13 Ю M;

Y3= 13 + 31 (mod 33) = 11 Ю К;

Y4= 6 + 24 (mod 33) = 30 Ю Ю;

Y5= 14 + 11 (mod 33) = 25 Ю Ш;

Y6 = 1 + 12 (mod 33) = 13 Ю М.


Шифротекст: "ТМКЭШМ".


Шифры Бофора используют формулы:

yi = ki - xi(mod g) и

yi = Xi - ki(mod g).

Гомофоническая замена одному символу открытого текста ставит в соответствие несколько символов шифротекста. Этот метод применяется для искажения статистических свойств текста.

Шифрование с помощью датчика случайных чисел (ПСЧ)

Это довольно распространенный криптографический метод, прин­цип которого заключается в генерации гаммы шифра с помощью датчика ПСЧ и наложении полученной гаммы на открытые данные обратимым образом (например, при использовании логической операции "исключающее ПЛИ").

Процесс расшифрования данных сводится к повторной генерации гаммы шифра при известном ключе и наложению такой гаммы на зашиф­рованные данные. Полученный зашифрованный текст достаточно труден для раскрытия в том случае, когда гамма шифра не содержит повторяю­щихся битовых последовательностей. Фактически если период гаммы превышает длину всего зашифрованного текста и неизвестна никакая часть исходного текста, то шифр можно раскрыть только прямым перебором (подбором ключа).


На основе теории групп разработано несколько типов датчиков ПСЧ. Наиболее доступны и эффективны конгруэнтные генераторы ПСЧ. Напри­мер, линейный конгруэнтный датчик ПСЧ вырабатывает последовательно­сти псевдослучайных чисел T(i), описываемые соотношением

T(i+l) = [AT(i) + C]mod M,

Где А и С - константы; Т(0) - исходная величина, выбранная в качестве порождающего числа.

Такой датчик ПСЧ генерирует псевдослучайные числа с определен­ным периодом повторения, зависящим от выбранных значений А и С. Значение М обычно устанавливается равным 25, где b - длинна слова ЭВМ в битах.

Одноключевая модель использует для шифрования и дешифрования один и тот же секретный ключ, который должен быть неизвестен криптоаналитику противника. Поэтому такая система называется одноключевой криптосистемой с секретными ключами. Проблема распространения этих секретных ключей является одной из главных трудностей при практиче­ском использовании такой криптосистемы. Для распространения секрет­ных ключей требуются защитные каналы связи. Стоимость и сложность распространения этих ключей оказываются очень большими.


ШИФР ПЛЭЙФЕРА

Блок схемы

ПП SHIFR_PLEYFER

ПП SHIFR_PLEYFER для определения координат символов матрицы Плэйфера.


SHIFR_PLEYFER(Alfavit, INDEX)



Список формальных параметров:

Alfavit, INDEX


Входные параметры:

INDEX - матрица символов Плэйфера, величина символьная.

Выходные параметры:

Alfavit - хранит координаты символов матрицы Плэйфера, величины целого типа.


Алгоритм


Начало ПП SHIFR_PLEYFER (Alfavit, INDEX)


Описание массивов: Alfavit[255], INDEX[6, 6]


I = 1


нет

I <= 6


J = 1


нет

J <= 6


Alfavit[Ord(INDEX[I, J])].Strok = I

Alfavit[Ord(INDEX[I, J])].Stolb = J


J = J + 1


I = I + 1


Конец ПП SHIFR_PLEYFER


Обозначения

1. Описание массивов Alfavit, INDEX

2 .. 5, 7, 8 Организация цикла заполнения массива Alfavit типа запись

6. Определение строк и столбов для символов матрицы INDEX


ПФ SHIFR_TXT

ПФ SHIFR_TXT производит шифрование строки открытого текста.


SHIFR_TXT(Str, Alfavit, INDEX)


Список формальных параметров:

Str, Alfavit, INDEX


Входные параметры:

Str - строка открытого текста, величина строка.

Alfavit - хранит координаты символов матрицы Плэйфера, величины целого типа.

INDEX - матрица символов Плэйфера, величина символьная.

Выходные параметры:

SHIFR_TXT - принимает значение зашифрованной строки, величины строка.


Обозначения

1. Описание массивов Alfavit, INDEX.

2 .. 7 В открытом тексте вставляется “-”между одинаковыми символами.

8 .. 9 Добавление “-” в конец открытого текста, в случае нечет. кол-ва символов в строке .

10 .. 13 Организация по парного перебора символов строки открытого текста.

14 .. 15 Пара символов находится в одной строке матрицы алфавита Плэйфкра.

16 .. 17 Пара символов находится в одном столбце матрицы алфавита Плэйфера.

18. Пара символов находится в разных строках и столбцах матрицы алфавита Плэйфера.

19. Присваивание ПФ SHIFR_TXT значения новой строки


Продолжение следуетј


Алгоритм


Начало ПФ SHIFR_TXT (Str, Alfavit, INDEX)


Описание массивов: Alfavit[255], INDEX[6, 6]


New = “, Dlina_str = Length(Str), I = 1


нет

I <= Dlina_str


да нет

Str[I] = Str[I + 1]



New = ( New + Str[I] + ‘-’ ) New = ( New + Str[I] )



I = I + 1



нет

Odd(Length(Str)) = TRUE



New = New + ‘-’




Str = “, Dlina_new = Length(New)div 2, I = 1


нет

I <= Dlina_new



SIM1 = New[2*I - 1], SIM2 = New[2*I] SHIFR_TXT = Str



I = I + 1 Конец ПФ SHIFR_TXT




нет

ALFAVIT[Ord(SIM1)].STROK = ALFAVIT[Ord(SIM2)].STROK



Str = Str + INDEX[(ALFAVIT[Ord(SIM1)].STROK), ((ALFAVIT[Ord(SIM1)].STOLB mod 6) + 1)]

+ INDEX[(ALFAVIT[Ord(SIM2)].STROK), ((ALFAVIT[Ord(SIM2)].STOLB mod 6) + 1)]



нет

ALFAVIT[Ord(SIM1)].STOLB = ALFAVIT[Ord(SIM2)].STOLB



Str = Str + INDEX[((ALFAVIT[Ord(SIM1)].STROK mod 6) + 1), (ALFAVIT[Ord(SIM1)].STOLB)]

+ INDEX[((ALFAVIT[Ord(SIM2)].STROK mod 6) + 1), (ALFAVIT[Ord(SIM2)].STOLB)]


Str = Str + INDEX[(ALFAVIT[Ord(SIM2)].STROK), (ALFAVIT[Ord(SIM1)].STOLB)]

+ INDEX[(ALFAVIT[Ord(SIM1)].STROK), (ALFAVIT[Ord(SIM2)].STOLB)]



ПФ DESHIFR_TXT

ПФ DESHIFR_TXT производит расшифрацию строки открытого текста.


DESHIFR_TXT(Str, Alfavit, INDEX)


Список формальных параметров:

Str, Alfavit, INDEX


Входные параметры:

Str - строка открытого текста, величина строка.

Alfavit - хранит координаты символов матрицы Плэйфера, величины целого типа.

INDEX - матрица символов Плэйфера, величина символьная.

Выходные параметры:

DESHIFR_TXT- принимает значение расшифрованной строки, величины строка.


Обозначения

1. Описание массивов Alfavit, INDEX.

2 .. 5 Организация по парного перебора символов строки открытого текста.

6 .. 7 Пара символов находится в одной строке матрицы алфавита Плэйфкра.

8 .. 9 Пара символов находится в одном столбце матрицы алфавита Плэйфера.

10. Пара символов находится в разных строках и столбцах матрицы алфавита Плэйфера.

11 .. 15 Из расшифрованной строки создается новая строка без спец. знак “-”.

16. Присваивание ПФ DESHIFR_TXT значения новой строки


Продолжение следуетј



Алгоритм


Начало ПФ DESHIFR_TXT (Str, Alfavit, INDEX)


Описание массивов: Alfavit[255], INDEX[6, 6]


New = “, Dlina_str = Length(Str)div 2, I = 1


нет

I <= Dlina_str



SIM1 = Str[2*I

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: