Kaj je kriptografija? Osnovni pojmi

Človek je družbeno bitje. Ker je v družbi, čuti potrebo po komunikaciji s svojo lastno vrsto. Pridobljene informacije mu pomagajo krmariti po svetu in preživeti. Vendar pa se zgodi tudi, da oseba ne more povedati iste informacije različnim ljudem. Na primer, svojim prijateljem lahko poveste o nečem, vendar je bolje, da jih skrijete od staršev. Ta problem se ne nanaša le na sodobne najstnike. V svoji zgodovini je človeštvo prišlo do različnih načinov za šifriranje vseh podatkov. Kriptografija je ena izmed njih. Ta metoda je stara več kot 4 tisoč let. Kaj je kriptografija in kakšne so njene značilnosti? Danes bomo natančno preučili to vprašanje.

Strani z zgodovino

“Secret Writing” je kriptografija. Morda so to ime izumili stari Grki, saj ta izraz sestavljajo dve grški besedi - "kripta" in "grafo", to je "skrivam se, skrivam" in "pišem". To je znanost, ki se specializira za tajna sporočila. Prvo znanstveno delo o kriptografiji pripada Aneas taktiki. Celo že prve stare civilizacije so poskušale razviti zanesljive sisteme za zaščito tajnih sporočil. Prvi taki sistemi so nastali na Kitajskem, vendar so bili podatki že kodirani v starem Egiptu in Mezopotamiji.

Kriptografija je bila še posebej aktivna v srednjem veku. Potem so trgovci in diplomati uporabili šifriranje. Zlata doba kriptografije je bila renesansa, nato pa je Francis Bacon spoznal, kaj je kriptografija in kakšna je njena praktična uporaba. On je opisal 7 tehnik skritega besedila in predlagal binarno metodo šifriranja. Njen nasprotnik se uporablja v sodobnem programiranju.

Videz telegrafa je močno vplival na razvoj kriptografije. Potem posredovane informacije niso bile več skrivnost, pošiljatelji pa so se osredotočili na šifriranje sporočil.

Vojna in povojni čas

Med prvo svetovno vojno je bila kriptografija priznana kot pravo bojno orodje. Vojska je prestregla sovražnikova šifrirana sporočila, jih dešifrirala in pridobila pomembno prednost. Druga svetovna vojna je služila razvoju računalniških sistemov s kriptografijo. Javnost je med uporabo šifrirnih strojev spoznala pomen informacijskega nadzora.

Po koncu sovražnosti v mnogih državah je bil uveden moratorij na kriptografijo. Profilska literatura je bila natisnjena nezakonito ali v obliki zelo tajnih poročil. Šele leta 1967 je vladni monopol propadel. Potem je izšla knjiga Davida Kahna Kode za krivec. Podrobno je preučil zgodovino kriptografije in šifriranja. Po odprti objavi te knjige so se začela pojavljati druga dela, ki so oblikovala popolnoma nov pristop k tej znanosti.

Zgodovinsko šifriranje

V času obstoja tajnega pisanja je človeštvo izumilo veliko načinov tajnega pisanja. Nekatere od teh metod so bile uporabljene v starih časih. Na primer simpatična črnila. Po pisanju ponavadi izginejo, nekatere pa so od samega začetka nevidne. Prejemnik, ki je prejel pismo, napisano s takšnim črnilom, jih lahko naredi vidne tako, da dokument obravnava s kemičnimi reagenti ali z osvetljevanjem z ultravijoličnimi žarki.

Druga vrsta šifriranja se imenuje steganografija. Temelji na dejstvu, da se sporočilo »razpusti« v velikem besedilu, ki ne ustreza splošnemu pomenu dokumenta. Potrebno je samo, da izvlečete simbole iz tega besedila, po določenem načelu (npr. Drugi znak vsakega stavka ali tretje črke vsake besede), nato pa lahko preberete tajno sporočilo.

Kriptografija je proces preoblikovanja sporočil v skladu z določenimi pravili, zaradi katerih je besedilo nesmiselna množica znakov za nepoučeno osebo. To je praktična disciplina, ki preučuje in razvija metode šifriranja. To je kriptografija.

Znanje

Šifriranje je nemogoče brez dobrega znanja v drugih znanostih. Torej, kriptografija in matematika sta sestavni med seboj. Zlasti morate poznati teorijo števil, teorijo algoritmov, razumeti abstraktno algebro. Prav tako ne pozabite, da so kriptografske metode namenjene neposredni praktični uporabi. Teoretični algoritmi so lahko predmet napadov, ki jih ne določa poseben matematični model. Zato morate najprej analizirati abstraktni matematični model in nato v praksi opisati učinek nastalega algoritma. Poleg matematike v kriptografiji in šifriranju je pomembno, da imamo idejo o tem predmetnem področju, in to ni le poznavanje šifre, temveč tudi poznavanje sorodnih področij stroke.

Šifriranje in dešifriranje

Kot smo že omenili, je kriptografija znanost o tem, kako se informacije pretvarjajo v šifro. Obstaja pa tudi druga stran procesa - preoblikovanje šifre v informativno sporočilo. To je kriptoanaliza. Študij je tudi izjemno zanimiv.

Kriptografijo in kriptoanalizo lahko obravnavamo kot dva dela iste znanosti - kriptologijo. Te discipline se učijo šifriranja, vendar iz različnih zornih kotov. Nemogoče je študirati enega brez drugega. Res je smešno vedeti, kako oblikovati kodo, vendar ne razumemo, kaj je šifrirano v drugih sporočilih. Tako se pojavijo novi koncepti:

Šifriranje je postopek uporabe šifre za informacije, ki morajo biti tajne.

Dešifriranje je obratni proces šifriranja, tj. Prevod tajnega sporočila v izvirno besedilo.

Ti algoritmi, čeprav se razlikujejo drug od drugega, vendar v nekaterih trenutkih lahko sovpadajo. V kombiniranih blokovnih šifrih, kot sta GOST 28147-89 ali DES, so algoritmi skoraj identični. Razlikujejo se le po vrstnem redu uporabe ključnih elementov (ključev). Kot primer lahko navedemo delo s Hillovo šifro, kjer se črke spremenijo v številke, kar je ključ. To pomeni, da bo proces šifriranja sestavljen iz zamenjave črk s številkami, dekripcija pa bo nadomestila številke s črkami.

Tipke se običajno razumejo kot trajni parametri šifer, ki zagotavljajo izbiro ene transformacijske variacije iz nizov vseh možnih. Z uporabo koncepta ključa se procesi šifriranja in dešifriranja običajno opisujejo kot razmerja:

1. f (P, k ₁ ) = C
2. g (C, k ₂ ) = P

Tu simbol P označuje izvirno (odprto) sporočilo. C je šifrirano sporočilo. F - algoritem šifriranja, g - algoritem za dešifriranje. k ₁ , k ₂ so šifrirni in dešifrirni ključi, ki so znani pošiljatelju in naslovniku. Temelji kriptografije v bistvu temeljijo na teh formulah.

Kaj so šifre

Kar zadeva šifre, imajo več različic klasifikacij:

• Področje uporabe. Obstajajo šifre omejene in splošne uporabe. Drugi so bolj odporni zaradi prisotnosti tajnega ključa. Moč omejene šifre temelji na skrivnosti algoritma kriptografske transformacije.
• Algoritmi šifriranja. Obstajajo šifre z enim ključem, kjer se isti ključ uporablja za šifriranje in dešifriranje. Ti vključujejo naslednje šifre:
• Dovoljenja - črke vidnega besedila spremenijo svoje položaje, vendar ostanejo v šifri.
• Zamenjava - simboli v tekstovnem besedilu so zamenjani z drugimi, skrito sporočilo pa ostaja vidno (precej tvegano potezo, ki je sovražnika večkrat zmedla).
• Aditivne šifre - črke se spremenijo v številke, nato pa se jim dodajo številke naključnega števila.
• Kvantna kriptografija je proces posredovanja sporočil s predmeti kvantne mehanike, kot so elektroni ali fotoni. Obstajajo tudi sistemi za šifriranje z dvema ključema, kjer se hkrati uporabljata dva ključa in kombinirani načini šifriranja.
• Število znakov. Ločene šifre za pretok (pretvorijo posamezne znake) in blokovne šifre (postopek velja za niz črk).
• Obstojnost Po tem parametru lahko šifre razdelimo v tri skupine: popolne (ne morejo se odpreti), praktično odporne (informacije o dodeljenem času ni mogoče razkriti) in nestabilne.

Napad in zahteve

Danes je nemogoče izčrpno oceniti trdnost vsake posamezne šifre, vendar je njihova zanesljivost preverjena z eksperimentalnimi metodami. Ne smemo pozabiti, da je kakovost varstva podatkov v veliki meri odvisna od človeškega dejavnika, to je od kvalifikacije kriptoanalitikov. Izvorna šifra je pred uporabo izpostavljena različnim napadom. To se imenuje test vzdržljivosti. Izvaja se ob predpostavki, da napadalec pozna algoritem preoblikovanja, vendar ne pozna ključa.

Nihče ne bo zanikal, da so lahko nekatere posredovane informacije grožnje za javnost, če so objavljene. Zato bo zahtevala visoko stopnjo tajnosti. Zdaj, ko je računalniška tehnologija že uveljavljena v vsakdanjem življenju vsakega tretjega državljana, je informacijska varnost postala bolj ranljiva. Zato so zahteve za kriptografske sisteme vsako leto zaostrene:

• Kompleksnost šifriranja bi morala biti neposredno odvisna od pomembnosti posredovanih informacij.
• Poraba časa in financ naj bi bila sprejemljiva za določeno stopnjo tajnosti.
• Postopki šifriranja in dešifriranja ne bi smeli biti odvisni od dolžine besedila.
• Število možnih ključev mora biti takšno, da je njihova popolna analiza nemogoča v razumnem času za napadalca, tudi če uporablja sodobno informacijsko tehnologijo in računalniško distribucijo.
• Vsak ključ mora zagotavljati zaščito podatkov.
• Majhna sprememba ključa mora povzročiti popolno ali pomembno spremembo sporočila.
• Dolžina šifre ne sme presegati dolžine izvornega besedila.
• Samo pri uporabi ključa mora biti tajno sporočilo berljivo.

Sodobne metode razvrščanja informacij

V tej disciplini obstajata dve glavni metodi skrivanja izvirnega sporočila.

Šifriranje je zasebna metoda razvrščanja informacij, ki uporablja ključ. Kodiranje - predstavlja informacije v alternativni obliki, na primer v obliki številk ali simbolov. To je vrsta šifriranja, kjer ni ključev. Zasnovan je na kodirnih algoritmih ali kodni tabeli.

Običajno je treba razlikovati med javnimi in tajnimi sistemi. Javni sistemi so zasnovani za udoben prenos, shranjevanje in uporabo informacij. Na primer, črtne kode ali Morsejeva koda. Skrivnost se uporablja za zagotovitev popolne zaupnosti informacij državnih in vojaških institucij. Danes morajo nekatera podjetja, ki raje skrivajo informacije o svojih dejavnostih, pridobiti licenco FSB za šifriranje in kriptografijo.

Pravica do skrivnosti

Pojasnimo, katere dokumente bi morali posameznikom ali organizacijam omogočiti, da razvrstijo informacije o svojih dejavnostih. Licenca FSB za kriptografijo je državno odobren dokument, ki omogoča pravni osebi, da razvije in distribuira kriptografska orodja. Glavni dokument, ki nadzoruje ta proces, je Odlok Vlade Ruske federacije z dne 16. aprila 2012, št. 313. Imenuje se „O odobritvi uredbe o licenciranju dejavnosti za razvoj kriptografskih orodij“.

Kot lahko vidite, to ni tako preprosto vprašanje - skriti kakršne koli informacije. Vse mora biti zakonito. Licenco za kriptografijo in šifriranje izda prosilec, ki ima sredstva za kriptografsko zaščito informacij. V bistvu se taki objekti štejejo za:

• Naprave, ki reproducirajo algoritme za šifriranje.
• Varnostni programi, ki lahko shranijo podatke iz napačnih podatkov.
• Elektronski podpisi.
• Kodirne naprave, kjer se del operacij izvaja ročno.
• Naprave, ki izdelujejo ključne dokumente.
• Elektronski dokumenti (kopije papirnih medijev).
• Sredstva za šifriranje in obdelavo podatkov.
• Oprema za šifriranje z ustrezno konfiguracijo.

Treba je omeniti, da je bila pred kratkim zahtevana licenca za kriptografijo od mojstrov, ki namestijo tahografe in prenosne kartice. Dovoljenje za uporabo šifriranja je potrebno v primeru, ko se podjetje ali posameznik ukvarja s prenosom kriptografskih sredstev ali prenosom varnih sredstev informacijskih in telekomunikacijskih sistemov ter prenosom sredstev za izdelavo ključev. V takih primerih morate imeti dovoljenje FSB. Kriptografija ima sredstva za razvrščanje informacij za namene državne varnosti. Vsak subjekt ali subjekt, ki se ukvarja s šifriranjem podatkov, mora za to pridobiti dovoljenje.

Olimpijske igre

Za mnoge se zdi, da je kriptografija precej zapletena disciplina, ki jo lahko razumejo le izvoljeni. Vendar pa vsako leto ob podpori Akademije FSB Rusije poteka medregionalna olimpijada matematike in kriptografije. V njem lahko sodelujejo učenci 9-11 (8-11) razredov.

Olimpijada o kriptografiji je namenjena ugotavljanju sposobnosti in zanimanja študentov za znanstvene dejavnosti. Pomaga tudi ustvariti ugodne pogoje za intelektualni razvoj šolarjev. Ker visokošolske ustanove pogosto sodelujejo pri izvedbi tekmovanja v kriptografiji, se je mogoče vnaprej odločiti, kje po diplomi se bo izobraževalo.

Obstaja znana fraza: "Kdo je lastnik informacij, je lastnik sveta." V današnjem svetu turbulentnih informacijskih tokov je težko najti potrebne podatke, vendar ga je še težje skriti. Zato je danes kriptografija zelo zahtevna in priljubljena.