PGP на страже электронной корреспонденции. Шифрование сообщений различными методами
В этот день свой профессиональный праздник отмечает Криптографическая служба России.
«Криптография» с древнегреческого означает «тайнопись».
Как раньше прятали слова?
Своеобразный метод передачи тайного письма существовал во времена правления династии египетских фараонов:
выбирали раба. Брили его голову наголо и наносили на неё текст сообщения водостойкой растительной краской. Когда волосы отрастали, его отправляли к адресату.
Шифр — это какая-либо система преобразования текста с секретом (ключом) для обеспечения секретности передаваемой информации.
АиФ.ru сделал подборку интересных фактов из истории шифрования.
Все тайнописи имеют системы
1. Акростих — осмысленный текст (слово, словосочетание или предложение), сложенный из начальных букв каждой строки стихотворения.
Вот, например, стихотворение-загадка с разгадкой в первых буквах:
Д
овольно именем известна я своим;
Р
авно клянётся плут и непорочный им,
У
техой в бедствиях всего бываю боле,
Ж
изнь сладостней при мне и в самой лучшей доле.
Б
лаженству чистых душ могу служить одна,
А
меж злодеями — не быть я создана.
Юрий Нелединский-Мелецкий
Сергей Есенин, Анна Ахматова, Валентин Загорянский часто пользовались акростихами.
2. Литорея — род шифрованного письма, употреблявшегося в древнерусской рукописной литературе. Бывает простая и мудрая. Простую называют тарабарской грамотой, она заключается в следующем: поставив согласные буквы в два ряда в порядке:
употребляют в письме верхние буквы вместо нижних и наоборот, причём гласные остаются без перемены; так, например, токепот = котёнок и т. п.
Мудрая литорея предполагает более сложные правила подстановки.
3. «ROT1» — шифр для детишек?
Возможно, в детстве вы тоже его использовали. Ключ к шифру очень прост: каждая буква алфавита заменяется на последующую букву.
А заменяется на Б, Б заменяется на В и так далее. «ROT1» буквально означает «вращать на 1 букву вперёд по алфавиту». Фраза «Я люблю борщ» превратится в секретную фразу «А мявмя впсъ» . Этот шифр предназначен для развлечения, его легко понять и расшифровать, даже если ключ используется в обратном направлении.
4. От перестановки слагаемых...
Во время Первой мировой войны конфиденциальные сообщения отправляли с помощью так называемых перестановочных шрифтов. В них буквы переставляются с использованием некоторых заданных правил или ключей.
Например, слова могут быть записаны в обратном направлении, так что фраза «мама мыла раму» превращается во фразу «амам алым умар» . Другой перестановочный ключ заключается в перестановке каждой пары букв, так что предыдущее сообщение становится «ам ам ым ал ар ум» .
Возможно, покажется, что сложные правила перестановки могут сделать эти шифры очень трудными. Однако многие зашифрованные сообщения могут быть расшифрованы с использованием анаграмм или современных компьютерных алгоритмов.
5. Сдвижной шифр Цезаря
Он состоит из 33 различных шифров, по одному на каждую букву алфавита (количество шифров меняется в зависимости от алфавита используемого языка). Человек должен был знать, какой шифр Юлия Цезаря использовать для того, чтобы расшифровать сообщение. Например, если используется шифр Ё, то А становится Ё, Б становится Ж, В становится З и так далее по алфавиту. Если используется шифр Ю, то А становится Ю, Б становится Я, В становится А и так далее. Данный алгоритм является основой для многих более сложных шифров, но сам по себе не обеспечивает надёжную защиту тайны сообщений, поскольку проверка 33-х различных ключей шифра займёт относительно небольшое время.
Никто не смог. Попробуйте вы
Зашифрованные публичные послания дразнят нас своей интригой. Некоторые из них до сих пор остаются неразгаданными. Вот они:
Криптос . Скульптура, созданная художником Джимом Санборном, которая расположена перед штаб-квартирой Центрального разведывательного управления в Лэнгли, Вирджиния. Скульптура содержит в себе четыре шифровки, вскрыть код четвёртой не удаётся до сих пор. В 2010 году было раскрыто, что символы 64-69 NYPVTT в четвёртой части означают слово БЕРЛИН.
Теперь, когда вы прочитали статью, то наверняка сможете разгадать три простых шифра.
Свои варианты оставляйте в комментариях к этой статье. Ответ появится в 13:00 13 мая 2014 года.
Ответ:
1) Блюдечко
2) Слоненку все надоело
3) Хорошая погода
Честный ответ на этот вопрос будет звучать так: «Да. Но нет». Когда вы посещаете большинство сайтов, в адресной строке отображается протокол HTTP. Это – небезопасное соединение. Если зайдете в аккаунт одной из крупных почтовых служб, вы увидите уже HTTPS. Это говорит об использовании протоколов шифрования SSL и TLS, которые обеспечивают безопасное «путешествие» письма из окна браузера до почтового сервера. Вместе с тем это ничего не даёт в связи с новым СОРМ , который вступает в действие с 1 июля 2014 года. Тем более абсолютно ничто не защищает вашу переписку от недобросовестного сотрудника фирмы почтового сервиса, атак хакеров, незакрытой сессии на чужом компьютере, незащищенной точки Wi-Fi, а также любого требования спецслужб – уже сейчас - и даже самой службы почтового сервиса, в соответствии с их собственной политикой конфиденциальности.
Все письма, приходящие, уходящие или хранящиеся на сервере почтовой службы находятся в полнейшем распоряжении компании, которой он (сервер) принадлежит. Обеспечивая безопасность при самой пересылке, компания может делать с сообщениями все, что ей вздумается, так как, по сути, получает письма в своё распоряжение. Поэтому надеяться можно лишь на порядочность её (компании) руководства и служащих, а также на то, что вы вряд ли кого-то серьезно заинтересуете.
При использовании корпоративной почты переписка защищается силами IT-службы, которые могут установить очень строгий Firewall. И, тем не менее, это тоже не спасёт, если недобросовестный сотрудник «сольёт» информацию. Речь идет не обязательно о системном администраторе – злоумышленнику достаточно оказаться «внутри» корпоративной сети: если он настроен серьезно, остальное – дело техники.
Зашифруемся
Несколько повысить уровень защиты вашей почты «от дурака» может шифрование текста письма и вложения (их также можно поместить в архив с паролем, например, если сам текст не содержит конфиденциальных данных, а архив - содержит). В этом случае можно использовать специальное программное обеспечение.Само тело письма можно шифровать сторонней криптографической программой, об этом уже писалось ранее , позволю себе повторить немного на свой лад. Наиболее популярный сервис, для которого специально создана программа шифрования – Gmail. Расширение SecureGmail устанавливается в Google Chrome, который это шифрование поддерживает, после чего всё совсем просто – для шифруемого сообщения вводится пароль и вопрос-подсказка для его восстановления. Единственный недостаток – ограничение использования только для GoogleChrome.
Есть шифратор, который подходит для практически любой онлайн-почты, например для mail.ru, yandex.ru, Gmail.com – для всех почтовых сервисов, которые вы можете открыть в окне браузера Mozilla. Это расширение Encrypted Communication. Принцип работы такой же, как у SecureGmail: написав сообщение, выделите его мышью, после чего нажмите правую кнопку и выберите «зашифровать при помощи Encrypted Communication». Далее введите и подтвердите пароль, известный вам и получателю. Естественно, оба этих клиента должны быть установлены и у получателя, и у отправителя и оба этих человека должны знать пароль. (Стоит отметить, что было бы опрометчиво отправлять пароль той же почтой.)
Кроме плагинов для браузера, в котором вы открываете почту, существует приложение для десктопных клиентов, которое также может использоваться и с онлайновыми почтовыми сервисами - PGP (Pretty Good Privacy). Метод хорош, так как использует два ключа шифрования – открытый и закрытый. А также можно использовать целый ряд программ как для шифрования данных, так и для шифрования текста письма: DriveCrypt, Gpg4win, Gpg4usb, Comodo SecureEmail и другие.
Как ни печально, продвинутая техника шифрования, как бы легка в использовании и красива она ни была, не спасёт, если, например, в вашем компьютере поселят backdoor, который делает снимки экрана и отправляет их в сеть. Поэтому лучший способ шифрования – не писать писем. Девиз «Надо чаще встречаться» приобретает в этом контексте новое звучание.
Минимизируем риски
Как уже было отмечено выше, идеальный способ шифрования – не писать писем. Чаще всего, не следует пользоваться бесплатными почтовыми сервисами для ведения переписки по работе, особенно если вы подписывали соглашение о неразглашении. Дело в том, что если ваши сообщения перехватят с корпоративной почты – разбираться с брешью в защите будут с IT-отделом компании. В противном случае вы несёте личную ответственность. Помните: при использовании «внешней» почты переписка обязательно попадет третьим лицам, как минимум, сотрудникам компании, предоставляющей услуги почтового сервиса. А они с вашим работодателем соглашения о неразглашении не подписывали.Если вы важное лицо в компании, не пересылайте ключевые документы по открытым каналам, либо не используйте для их передачи электронную почту вообще, а для работы пользуйтесь корпоративной почтой и не высылайте важные письма на адреса бесплатных почтовых сервисов.
Во всех остальных случаях, например, при заключении договоров, полезно использовать почту, так как электронное сообщение содержит факты ваших договорённостей по работе и может вам в дальнейшем помочь. Помните, что большинство «сливов» информации происходят по вине отнюдь не хакеров, а «человеческого фактора». Вам вполне может быть достаточно использовать сложные пароли, регулярно их менять и не допускать их утраты. Следует не забывать закрывать свои сессии на чужих компьютерах, не пользоваться незащищенными соединениями при работе через Wi-Fi в общественных местах, установить галочки в настройках почтового ящика «запомнить мой IP адрес», «отслеживать IP адреса, с которых открывались сессии», «не допускать параллельных сессий». А также не создавать простых вопросов и ответов для восстановления пароля и не терять мобильный телефон, если к нему привязан ваш аккаунт.
Основные понятия криптографии
Проблема защиты информации от несанкционированного (самовольного) доступа (НСД) заметно обострилась в связи с широким распространением локальных и особенно глобальных компьютерных сетей.
Защита информации необходима для уменьшения вероятности утечки (разглашения), модификации (умышленного искажения) или утраты (уничтожения) информации, представляющей определенную ценность для ее владельца.
Проблема защиты информации волнует людей несколько столетий.
По свидетельству Геродота, уже в V в. до н. э. использовалось преобразование информации методом кодирования.
Одним из самых первых шифровальных приспособлений была скитала, которая применялась в V в. до н.э. во время войны Спарты против Афин. Скитала - это цилиндр, на который виток к витку наматывалась узкая папирусная лента (без пробелов и нахлестов). Затем на этой ленте вдоль оси цилиндра (столбцами) записывался необходимый для передачи текст. Лента сматывалась с цилиндра и отправлялась получателю. Получив такое сообщение, получатель наматывал ленту на цилиндр такого же диаметра, как и диаметр скиталы отправителя. В результате можно было прочитать зашифрованное сообщение.
Аристотелю принадлежит идея взлома такого шифра. Он предложил изготовить длинный конус и, начиная с основания, обертывать его лентой с шифрованным сообщением, постепенно сдвигая ее к вершине. На каком-то участке конуса начнут просматриваться участки читаемого текста. Так определяется секретный размер цилиндра.
Шифры появились в глубокой древности в виде криптограмм (по-гречески - тайнопись). Порой священные иудейские тексты шифровались методом замены. Вместо первой буквы алфавита записывалась последняя буква, вместо второй- предпоследняя и т. д. Этот древний шифр назывался атбаш. Известен факт шифрования переписки Юлия Цезаря (100-44 до н. э.) с Цицероном (106-43 до н. э.).
Шифр Цезаря реализуется заменой каждой буквы в сообщении другой буквой этого же алфавита, отстоящей от нее в алфавите на фиксированное число букв. В своих шифровках Цезарь заменял букву исходного открытого текста буквой, отстоящей от исходной буквы впереди на три позиции.
В Древней Греции (II в. до н.э.) был известен шифр, который создавался с помощью квадрата Полибия. Таблица для шифрования представляла собой квадрат с пятью столбцами и пятью строками, которые нумеровались цифрами от 1 до 5. В каждую клетку такой таблицы записывалась одна буква. В результате каждой букве соответствовала пара цифр, и шифрование сводилось к замене буквы парой цифр.
Идею квадрата Полибия проиллюстрируем таблицей с русскими буквами. Число букв в русском алфавите отличается от числа букв в греческом алфавите, поэтому и размер таблицы выбран иным (квадрат 6 х 6). Заметим, что порядок расположения символов в квадрате Полибия является секретной информацией (ключом).
Зашифруем с помощью квадрата Полибия слово КРИПТОГРАФИЯ:
26 36 24 35 42 34 14 36 11 44 24 63
Из примера видно, что в шифрограмме первым указывается номер строки, а вторым - номер столбца. В квадрате Полибия столбцы и строки можно маркировать не только цифрами, но и буквами.
В настоящее время проблемами защиты информации занимается криптология (kryptos - тайный, logos - наука). Криптология разделяется на два направления - криптографию и криптоанализ. Цели этих двух направлений криптологии прямо противоположны.
Криптография - наука о защите информации от несанкционированного получения ее посторонними лицами. Сфера интересов криптографии - разработка и исследование методов шифрования информации.
Под шифрованием понимается такое преобразование информации, которое делает исходные данные нечитаемыми и трудно раскрываемыми без знания специальной секретной информации - ключа. В результате шифрования открытый текст превращается в шифрограмму и становится нечитаемым без использования дешифрирующего преобразования. Шифрограмма Может называться иначе: зашифрованный текст, криптограмма, шифровка или шифротекст. Шифрограмма позволяет скрыть смысл передаваемого сообщения.
Сфера интересов криптоанализа противоположная - разработка и исследование методов дешифрования (раскрытия) шифрограммы даже без знания секретного ключа.
Под ключом понимается секретная информация, определяющая, какое преобразование из множества возможных шифрующих преобразований выполняется в данном случае над открытым текстом. При использовании скиталы ключом является диаметр цилиндра.
Дешифрование - обратный шифрованию процесс. При дешифрировании с использованием ключа зашифрованный текст (шифрограмма, шифровка) преобразуется в исходный открытый текст.
Процесс получения криптоаналитиками открытого сообщения из криптограммы без заранее известного ключа называется вскрытием или взломом шифра.
Существует несколько классификаций шифров.
По характеру использования ключа алгоритмы шифрования делятся на два типа: симметричные (с одним ключом, по-другому - с секретным ключом) и несимметричные (с двумя ключами или с открытым ключом). Несимметричные алгоритмы шифрования и дешифрования порой называют асимметричными.
В первом случае в шифраторе отправителя и дешифраторе получателя используется один и тот же ключ (Ключ 1, см. рис). Шифратор образует шифрограмму, которая является функцией открытого текста. Конкретный вид функции преобразования (шифрования) определяется секретным ключом. Дешифратор получателя сообщения выполняет обратное преобразование по отношению к преобразованию, сделанному в шифраторе. Секретный ключ хранится в тайне и передается по каналу, исключающему перехват ключа криптоаналитиком противника или коммерческого конкурента.
Во втором случае (при использовании асимметричного алгоритма) получатель вначале по открытому каналу передает отправителю открытый ключ (Ключ 1), с помощью которого отправитель шифрует информацию. При получении информации получатель дешифрирует ее с помощью второго секретного ключа (Ключ 2). Перехват открытого ключа (Ключ 1) криптоаналитиком противника не позволяет дешифровать закрытое сообщение, так как оно рассекречивается лишь вторым секретным ключом (Ключ 2). При этом секретный Ключ 2 практически невозможно вычислить с помощью открытого Ключа 1.
При оценке эффективности шифра обычно руководствуются правилом голландца Огюста Керкхоффа (1835-1903), согласно которому стойкость шифра определяется только секретностью ключа, т. е. криптоаналитику известны все детали процесса (алгоритма) шифрования и дешифрования, но неизвестно, какой ключ использован для шифрования данного текста.
Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его устойчивость к дешифрованию без знания ключа (т. е. устойчивость к криптоанализу). Имеется несколько показателей криптостойкости, среди которых количество всех возможных ключей и среднее время, необходимое для криптоанализа.
Алгоритмы шифрования с открытым ключом используют так называемые необратимые или односторонние функции. Эти функции обладают следующим свойством: при заданном значении аргумента х относительно просто вычислить значение функции f(x). Однако если известно значение Функции у =f(x), то нет простого пути для вычисления значения аргумента х.
Все используемые в настоящее время криптосистемы с открытым ключом опираются на один из следующих типов необратимых преобразований.
1. Разложение больших чисел на простые множители (алгоритм RSA, авторы - Райвест, Шамир и Адлеман - Rivest, Shamir, Adleman).
2. Вычисление логарифма или возведение в степень (алгоритм DH, авторы - Диффи и Хелман).
3. Вычисление корней алгебраических уравнений.
Рассмотрим простейший пример «необратимых» функций. Легко в уме найти произведение двух простых чисел 11 и 13. Но попробуйте быстро в уме найти два простых числа, произведение которых равно 437. Подобные трудности возникают и при использовании вычислительной техники для отыскания двух простых сомножителей для очень большого числа: найти сомножители можно, но потребуется много времени.
Таким образом, в системе кодирования RSA, основанной на разложении на множители, используются два разных ключа: один для шифрования сообщения, а второй - отличный от первого, но связанный с ним - для дешифрования. Ключ шифрования (открытый, несекретный ключ) основан на произведении двух огромных простых чисел, а ключ дешифрования (закрытый, секретный ключ) - на самих простых числах.
Заметим, что по операцию разложения простого числа на множители порой называют факторизацией.
Термин «необратимые» функции неудачен. Правильнее было бы их назвать быстро (или просто) необратимые функции. Однако этот термин устоявшийся, и с неточностью приходится мириться.
В 40-х годах XX в. американский инженер и математик Клод Шеннон предложил разрабатывать шифр таким образом, чтобы его раскрытие было эквивалентно решению сложной математической задачи. Причем, сложность задачи должна быть такой, чтобы объем необходимых вычислений превосходил бы возможности современных ЭВМ.
В асимметричных системах приходится применять длинные ключи (2048 бита и больше). Длинный ключ увеличивает время шифрования открытого сообщения. Кроме того, генерация ключей становится весьма длительной. Зато пересылать открытые ключи можно по незащищенным (незасекреченным, открытым) каналам связи. Это особенно удобно, например, для коммерческих партнеров, разделенных большими расстояниями. Открытый ключ удобно передавать от банкира сразу нескольким вкладчикам.
В симметричных алгоритмах используют более короткие ключи, поэтому шифрование и дешифрование происходят быстрее. Но в таких системах рассылка ключей -является сложной процедурой. Передавать ключи нужно по закрытым (секретным) каналам. Использование курьеров для рассылки секретных ключей дорогая, сложная и медленная процедура.
В США для передачи секретных сообщений наибольшее распространение получил стандарт DES (Data Encryption Standard).
Стандарт DES является блочным шифром. Он шифрует данные блоками по 64 бита. При шифровании используется ключ длиной 56 битов. Данный стандарт подвергался многократному детальному криптоанализу. Для его взлома были разработаны специализированные ЭВМ стоимостью, достигавшей 20 миллионов долларов. Были разработаны способы силового взлома стандарта DES на основании распределенных вычислений с использованием множества ЭВМ. Для увеличения криптостойкости впоследствии был разработан способ DES-шифрования с использованием трех ключей - так называемый «тройной DES».
Можно утверждать, что на протяжении многих лет дешифрованию криптограмм помогает частотный анализ появления отдельных символов и их сочетаний. Вероятности появления отдельных букв в тексте сильно различаются. Для русского языка, например, буква «о» появляется в 45 раз чаще буквы «ф» и в 30 раз чаще буквы «э». Анализируя достаточно длинный текст, зашифрованный методом замены, можно по частотам появления символов произвести обратную замену и восстановить исходный открытый текст. В таблице приведены относительные частоты появления русских букв.
| Буква | Частота | Буква | Частота | Буква | Частота | Буква | Частота |
| о | 0.09 | в | 0.038 | з | 0.016 | ж | 0.007 |
| е, ё | 0.072 | л | 0.035 | ы | 0.016 | ш | 0.006 |
| а | 0.062 | к | 0.028 | б | 0.014 | ю | 0.006 |
| и | 0.062 | м | 0.026 | ь, ъ | 0.014 | ц | 0.004 |
| н | 0.053 | д | 0.025 | г | 0.013 | щ | 0.003 |
| т | 0.053 | п | 0.023 | ч | 0.012 | э | 0.003 |
| с | 0.045 | у | 0.021 | и | 0.01 | ф | 0.002 |
| р | 0.04 | я | 0.018 | х | 0.009 |
Относительная частота появления пробела или знака препинания в русском языке составляет 0,174. Приведенные цифры означают следующее: среди 1000 букв текста в среднем будет 174 пробелов и знаков препинания, 90 букв «о», 72 буквы «е» и т. д.
При проведении криптоанализа требуется по небольшому отрезку текста решить, что собой представляет дешифрованный текст: осмысленное сообщение или набор случайных символов. Часто криптоаналитики вскрывают шифры на ЭВМ методом перебора ключей. Вручную выполнить анализ множества фрагментов дешифрированных текстов невозможно. Поэтому задачу выделения осмысленного текста (т. е. обнаружение правильно дешифрированного текста) решают с помощью ЭВМ. В этом случае используют теоретические положения, разработанные в конце XIX в. петербургским Математиком А.А. Марковым, так называемые цепи Маркова.
Следует заметить, что, по мнению некоторых специалистов, нет нераскрываемых шифров. Рассекретить (взломать) любую шифрограмму можно либо за большое время, либо за большие деньги. Во втором случае для дешифрования потребуется использование нескольких суперкомпьютеров, что приведет к существенным материальным затратам. Все чаще для взлома секретных сообщений используют распределенные ресурсы Интернета, распараллеливая вычисления и привлекая к расчетам сотни и даже тысячи рабочих станций.
Есть и другое мнение. Если длина ключа равна длине сообщения, а ключ генерируется из случайных чисел с равновероятным распределением и меняется с каждым новым сообщением, то шифр невозможно взломать даже теоретически. Подобный подход впервые описал Г. Вернам в начале XX в., предложив алгоритм одноразовых шифроблокнотов.
Рассмотрим еще одну классификацию шифров.
Множество современных методов шифрования можно разделить на четыре большие группы: методы замены (подстановки), перестановок, аддитивные (гаммирования) и комбинированные методы.
В шифре перестановок все буквы открытого текста остаются без изменений, но перемещаются с их исходных позиций на другие места (примером является шифрование с помощью скиталы).
Следующая простейшая «шифровка» получена методом перестановки двух соседних букв РКПИОТРГФАЯИ.
В этом «секретном» сообщении легко узнать слово КРИПТОГРАФИЯ.
Более сложный алгоритм перестановок сводится к разбиению сообщения на группы по три буквы. В каждой группе первую букву ставят на третье место, а вторую и третью буквы смещают на одну позицию влево. В результате получится криптограмма: РИКТОПРАГИЯФ.
Перестановки получаются в результате записи исходного текста и чтения шифрованного текста по разным путям некоторой геометрической фигуры.
В шифре замены позиции букв в шифровке остаются теми же, что и у открытого текста, но символы открытого текста заменяются символами другого алфавита. В качестве примера можно назвать квадрат Полибия. Здесь буквы заменяются соответствующими цифрами.
Метод замены часто реализуется многими пользователями случайно при работе на ЭВМ. Если по забывчивости не переключить на клавиатуре регистр с латиницы на кириллицу, то вместо букв русского алфавита при вводе текста будут печататься буквы латинского алфавита. В результате исходное сообщение будет «зашифровано» латинскими буквами. Например, rhbgnjuhfabz - так зашифровано слово криптография.
В аддитивном методе буквы алфавита вначале заменяются числами, к которым затем добавляются числа секретной псевдослучайной числовой последовательности (гаммы). Состав гаммы меняется в зависимости от использованного ключа. Обычно для шифрования используется логическая операция «Исключающее ИЛИ». При дешифровании та же гамма накладывается на зашифрованные данные. Метод гаммирования широко используется в военных криптографических системах. Шифры, получаемые аддитивным методом, порой называют поточными шифрами.
Комбинированные методы предполагают использование для шифрования сообщения сразу нескольких методов (например, сначала замена символов, а затем их перестановка).
Существует еще один подход к передаче секретных сообщений. Он сводится к сокрытию самого факта передачи информации. Такими способами шифрования занимается наука стеганография.
Если криптография делает открытое сообщение нечитаемым без знания секретного ключа, то стеганография разрабатывает такие методы шифрования, при которых сложно заметить сам факт передачи информации.
Стеганография использует специальные контейнеры, в которых прячется передаваемое сообщение. Например, секретный текст внедряется в безобидный рисунок какого-то цветка на поздравительной открытке.
Шифрование сообщений различными методами
Вместо хвоста - нога, А на ноге - рога.
Л. Дербенеёв.
Рассмотрим, как зашифровать сообщение методом замены (другими словами методом подстановки). Вначале используем шифр Цезаря. Предположим, что требуется зашифровать сообщение «ГДЕ АББА».
Как известно, циклический шифр Цезаря получается заменой каждой буквы открытого текста буквами этого же алфавита, расположенными впереди через определенное число позиций, например через три позиции. Циклическим он называется потому, что при выполнении замены вслед за последней буквой алфавита вновь следует первая буква алфавита. Запишем фрагменты русского алфавита и покажем, как выполняется шифрование (порядок замены):
В результате проведенного преобразования получится шифрограмма:
ЁЖЗ ГДДГ.
В данном случае ключом является величина сдвига (число позиций между буквами). Число ключей этого шифра невелико (оно равно числу букв алфавита). Не представляет труда вскрыть такую шифрограмму перебором всех возможных ключей. Недостатком шифра Цезаря является невысокая криптостойкость. Объясняется это тем, что в зашифрованном тексте буквы по-прежнему располагаются в алфавитном порядке, лишь начало отсчета смещено на несколько позиций.
Замена может осуществляться на символы другого алфавита и с более сложным ключом (алгоритмом замены). Для простоты опять приведем лишь начальные части алфавитов. Линии показывают порядок замены букв русского алфавита на буквы латинского алфавита. Зашифруем фразу «ГДЕ АББА»
В результате такого шифрования получится криптограмма:
Рациональнее использованный в последнем случае ключ записать в виде таблицы:
| А | Б | В | Г | Д | Е |
| Е | F | А | С | D | В |
При шифровании буквы могут быть заменены числами (в простейшем случае порядковыми номерами букв в алфавите). Тогда наша шифровка будет выглядеть так:
Замена символов открытого текста может происходить на специальные символы, например, на «пляшущих человечков», как в рассказе К. Дойла или с помощью флажков, как это делается моряками.
Более высокую криптостойкость по сравнению с шифром Цезаря имеют аффинные криптосистемы.
В аффинных криптосистемах, за счет математических преобразований, буквы, заменяющие открытый текст, хаотично перемешаны. В аффинных криптосистемах буквы открытого текста нумеруются числами, например, для кириллицы от 0 до 32. Затем каждая буква открытого текста заменяется буквой, порядковый номер которой вычисляется с помощью линейного уравнения и вычисления остатка от целочисленного деления.
Аффинные криптосистемы задаются при помощи двух чисел а и b. Для русского алфавита эти числа выбираются из условия а ≥ 0, b ≤ 32. Максимальное число символов в используемом алфавите обозначаются символом γ. Причем числа а и γ = 33 должны быть взаимно простыми. Если это условие не будет выполняться, то две разные буквы могут отображаться (превращаться) в одну. Каждый код буквы открытого текста μ заменяется кодом буквы криптограммы по следующему правилу. Вначале вычисляется число α= a∙μ + b, a затем выполняется операция целочисленного деления числа αна число γ = 33, то есть α= β(mod (γ)). В качестве кода символа Шифрограммы используется остаток от целочисленного деления. Для определенности выберем такие числа: а = 5 и b =3. Фрагмент процедуры, иллюстрирующей порядок шифрования, приведен в таблице.
В ранее рассмотренных нами шифрах каждой букве открытого текста соответствовала одна определенная буква криптограммы. Подобные шифры называются шифрами одноалфавитной замены.
Длинные сообщения, полученные методом одноалфавитной замены (другое название - шифр простой однобуквенной замены), раскрываются с помощью таблиц относительных частот. Для этого подсчитывается частота появления каждого символа, делится на общее число символов в шифрограмме. Затем с помощью таблицы относительных частот определяется, какая была сделана замена при шифровании.
Повысить криптостойкость позволяют шифры многоалфавитной замены (или шифры многозначной замены). При этом каждому символу открытого алфавита ставят в соответствие не один, а несколько символов шифровки.
Ниже приведен фрагмент ключа многоалфавитной замены:
| А | Б | В | Г | Д | Е |
С помощью многоалфавитного шифра сообщение «ГДЕ АББА» можно зашифровать несколькими способами:
19-83-32-48-4-7-12,
10-99-15-12-4-14-12 и т. д.
Для каждой буквы исходного алфавита создается некоторое множество символов шифрограммы так, что множества каждой буквы не содержат одинаковых элементов. Многоалфавитные шифры изменяют картину статистических частот появления букв и этим затрудняют вскрытие шифра без знания ключа.
Рассмотрим еще один шифр многоалфавитной замены, который был описан в 1585 г. французским дипломатом Блезом де Виженером. Шифрование производится с помощью так называемой таблицы Виженера. Здесь, как и прежде, показана лишь часть таблицы для того, чтобы изложить лишь идею метода.
Каждая строка в этой таблице соответствует одному шифру простой замены (типа шифра Цезаря). При шифровании открытое сообщение записывают в строчку, а под ним помещают ключ. Если ключ оказывается короче сообщения, то ключ циклически повторяют. Шифровку получают, находя символ в матрице букв шифрограммы. Символ шифрограммы находится на пересечении столбца с буквой открытого текста и строки с соответствующей буквой ключа.
Предположим, что нужно зашифровать сообщение «ГДЕ АББА». В качестве ключа выберем слово «ДЕВА». В результате получим:
ЯЯГ АЭЬЮ.
Система Плейфейра создает многоалфавитные шифры. Рассмотрим основную идею этой системы.
Шифрование производится с помощью квадрата (или прямоугольника), в который занесены буквы соответствующего национального алфавита. Буквы записываются в квадрат или прямоугольник в произвольном порядке. Этот порядок записи букв и конфигурация таблицы являются секретным ключом. Для определенности возьмем прямоугольную таблицу размером 8x4, в качестве букв алфавита - кириллицу, а буквы расположим в алфавитном порядке. Так как число русских букв 33, а число клеток - 32, исключим из таблицы букву Ё.
Предположим, что требуется зашифровать слово КРИПТОГРАФИЯ. Рассмотрим правила шифрования.
1. Открытый текст делится на блоки по две буквы. Буквы в одном блоке не должны быть одинаковыми. Произведем разделение исходного слова на блоки по две буквы КР-ИП-ТО-ГР-АФ-ИЯ.
2. Если буквы шифруемого блока находятся в разных строках и столбцах, то в качестве заменяющих букв используются буквы, расположенные в углах прямоугольника, охватывающего буквы открытого текста. На пример, блок КР заменяется символами ИТ.
3. Если буквы открытого текста попадают в одну строку, то шифрограмма получается путем циклического сдвига вправо на одну клетку. Например, блок ИП будет преобразован в ЙИ. Еще один пример к этому правилу. Если, предположим, требуется преобразовать блок КН, то получится ЛО.
4. Если обе буквы открытого текста попадают в один столбец, то для шифрования осуществляют циклический сдвиг на одну клетку вниз.
Блок ЖЦ будет преобразован в символы ОЮ, а блок ТЪ в символы ЪВ.
В соответствии с описанными правилами слово КРИПТОГРАФИЯ будет преобразовано в криптограмму ИТЙИЦКАУДРПШ.
Заметим, что если блоки открытого текста состоят из одинаковых букв, то криптограмма тоже будет содержать одинаковые пары символов. По этой причине рассмотренный шифр относится к одноалфавитным. Однако модификация этого шифра превращает его в многоалфавитную систему. Для этого используется несколько таблиц Плейфейера и производится многократное шифрование.
Здесь уместно рассмотреть криптографическую систему Хилла, в которой шифрование осуществляется с использованием математических преобразований: вычислений с помощью приемов линейной алгебры.
Данный шифр для отдельно взятой буквы можно считать многоалфавитным. Однако пары букв шифруются везде одинаково. Поэтому в широком смысле понятия криптографическую систему Хилла следует отнести к одноалфавитным шифрам.
Первоначально открытый текст методом замены следует преобразовать в совокупность чисел. Предположим, что шифруется текст, написанный с использованием 26-ти латинских букв. Выберем следующий алгоритм замены букв на числа: латинские буквы А, В, С, D, ..., Z будем заменять соответственно числами 1, 2, 3, 4,..., 26. Другими словами: пронумеруем буквы в порядке их расположения в алфавите, и при замене будем использовать их порядковые номера. В данном случае выбран такой алгоритм замены, но понятно, что он может быть любым.
Предположим, что нужно зашифровать немецкое слово ZEIT. Заменим буквы в соответствии с их порядковыми номерами в алфавите четырьмя числами: 26 - 5 - 9 - 20.
Далее следует выбрать некоторое число d > 2. Это число показывает, порядок разбиения открытого текста на группы символов (определяет, сколько букв будет в каждой группе). С математической точки зрения число d показывает, сколько строк должно быть в векторах-столбцах. Примем d = 2. Это означает, что числа 26 - 5 - 9 - 20 нужно разбить на группы по два числа в каждой группе и записать их в виде векторов-столбцов:
Рассмотрим примеры шифрования сообщения методом перестановок.
Идея этого метода криптографии заключается в том, что запись открытого текста и последующее считывание шифровки производится по разным путям некоторой геометрической фигуры (например, квадрата).
Для пояснения идеи возьмем квадратную таблицу (матрицу) 8x8. Будем записывать текст последовательно по строкам сверху вниз, а считывать по столбцам последовательно слева направо.
Предположим, что требуется зашифровать сообщение:
НА ПЕРВОМ КУРСЕ ТЯЖЕЛО УЧИТЬСЯ ТОЛЬКО ПЕРВЫЕ ЧЕТЫРЕ ГОДА ДЕКАНАТ.
| н | А | _ | П | Е | Р | в | О |
| м | к | У | Р | С | Е | _ | |
| т | Я | ж | Е | Л | О | _ | У |
| ч | И | т | Ь | С | Я | _ | т |
| О | Л | ь | К | О | _ | П | Е |
| р | в | ы | Е | _ | Ч | Е | Т |
| ы | р | Е | _ | г | О | д | А |
| _ | д | Е | К | А | н | А | Т |
В таблице символом «_» обозначен пробел.
В результате преобразований получится шифровка
НМТЧОРЫ_А_ЯИЛВРД_КЖТЬЫЕЕПУЕЬКЕ_КЕРЛСО_ГАРСОЯ_ЧОНВЕ_
ПЕДАО_УТЕТАТ.
Как видно из примера, шифровка и открытый текст содержат одинаковые символы, но они располагаются на разных местах.
Ключом в данном случае является размер матрицы, порядок записи открытого текста и считывания шифрограммы. Естественно, что ключ может быть другим. Например, запись открытого текста по строкам может производиться в таком порядке: 48127653, а считывание криптограммы может происходить по столбцам в следующем порядке: 81357642.
Будем называть порядок записи в строки матрицы ключом записи, а порядок считывания шифрограммы по столбцам - ключом считывания.
Тогда правило дешифрирования криптограммы, полученной методом перестановок, можно записать так.
Чтобы дешифровать криптограмму, полученную с помощью матрицы п х п, нужно криптограмму разбить на группы символов по п символов в каждой группе. Крайнюю левую группу записать сверху вниз в столбец, номер которого совпадает с первой цифрой ключа считывания. Вторую группу символов записать в столбец, номер которого совпадает со второй цифрой ключа считывания и т.д. Открытый текст считывать из матрицы по строкам в соответствии с цифрами ключа записи.
Рассмотрим пример дешифрации криптограммы, полученной методом перестановок. Известно, что при шифровании использованы матрица 6x6, ключ записи 352146 и ключ считывания 425316. Текст шифрограммы таков:
ДКАГЧЬОВА_РУААКОЕБЗЕРЕ_ДСОХТЕСЕ_Т_ЛУ
Разобьем шифрограмму на группы по 6 символов:
ДКАГЧЬ ОВА_РУ ААКОЕБ ЗЕРЕ_Д СОХТЕС Е_Т_ЛУ
Затем первую группу символов запишем в столбец 4 матрицы 6x6, так как первая цифра ключа считывания - 4 (см. рисунок а). Вторую группу из 6 символов запишем в столбец 2 (см. рисунок б), третью группу символов - в столбец 5 (см. рисунок в), пропустив две фазы заполнения матрицы, изобразим полностью заполненную матрицу (см. рисунок г).
Считывание открытого текста в соответствии с ключом записи начинаем со строки 3, затем используем строку 5 и т.д. В результате дешифрования получаем открытый текст:
ХАРАКТЕР ЧЕЛОВЕКА СОЗДАЕТ ЕГО СУДЬБУ
Естественно, что описанная процедура дешифрования криптограммы производится компьютером автоматически с помощью заранее разработанных программ.
| Д | ||||||
| К | ||||||
| А | ||||||
| Г | ||||||
| ч | ||||||
| ь |
| О | д | |||||
| В | к | |||||
| А | А | |||||
| Г | ||||||
| Р | ч | |||||
| У | ь |
| О | Д | А | ||||
| В | К | А | ||||
| А | А | К | ||||
| Г | О | |||||
| Р | ч | Е | ||||
| У | ь | Б |
| С | О | д | А | Е | ||
| О | В | Е | к | А | ||
| X | А | Р | А | К | Т | |
| т | Е | Г | О | |||
| Е | Р | ч | Е | Л | ||
| С | У | д | ь | Б | У |
Для повышения криптостойкости методы замены и перестановки нередко используют в сочетании с аддитивным методом.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11
Работая и общаясь в интернете мы довольно часто сталкиваемся с повышенным интересом к нашим постам, сообщения, письмам. Конфиденциальная информация может весьма сильно повредить вам, если она попадет в не те руки. Посылая сообщения, вывешивая информацию в Facebook, Одноклассниках, Вконтакте или в своем блоге необходимо взвесить что стоит писать, а что нет. Иногда очень важно жестко ограничить доступ к пересылаемой или публикуемой информации — она должна быть прочитана лишь теми, кому предназначена.
В несанкционированном сборе и анализе данных замечены поисковые системы и некоторые из известных социальных сетей. Если у вас есть информация которую вы хотите максимально скрыть от любопытных глаз в интернете, социальных сетях, от близких или коллег, самое время воспользоваться сервисом Encipher.it. Благодаря использованию этого сайта, вы сможете , находясь в Интернете. Кстати, если вы хотите быть анонимным при использовании Facebook — вас можете заинтересовать .
Этот сервис очень прост в работе, однако качественно скрыть вашу сообщения, посты и другую информацию от посторонних глаз ему под силу. Encipher.it шифрует сообщение при помощи алгоритма AES, который был разработан заказу правительства США. Инструмент работает с самыми разными объемами и типами текстов, поэтому может применяться в самых разных ситуациях. Простота и легкость шифрования и дешифровки дают возможность использования Encipher.it даже тем, кто первый раз столкнулся с подобной необходимостью.
Результатом работы букмарклета будет информация которую смогут прочитать только тем кому она предназначена. Encipher.it зашифровывает любой текст введенный в текстовом окне таким образом, что на первый взгляд это беспорядочный набор букв, цифр и других символов. Установка и последующая работа с программой не представляют никакой сложности: для того что бы начать работу с этим инструментом необходимо зайти на сайт Encipher.it, скачать и установить букмарклет в свой браузер. После этого можно приступать к шифрованию сообщений. После того как отправляемый текст готов, нужно перед отправкой сообщения или письма нажать на значок букмарклета для запуска инструмента. На экране появится окно с просьбой ввести придуманный пароль-ключ («Enter encryption key»).
Пароль-ключ к зашифрованному сообщению вы сообщаете адресату отдельно, любым удобным для вас путем. Когда адресат получить письмо или сообщение, то для того что бы прочитать его, он так же должен будет нажать на значок Encipher.it и ввести в появившемся окне пароль-ключ. Приложение проанализирует весь текст и найдя зашифрованные строчки сразу же покажет их в расшифрованном виде. Получатель может не устанавливать букмарклет на свой компьютер, а воспользоваться для расшифровки фрагмента текста точно такой же формой на сайте Encipher.it. Открыв страницу сайта необходимо просто скопировать зашифрованные строчки в специальную форму (TRY IT)и ввести пароль-ключ.
Ключ может быть передан отдельным звонком, СМС-сообщением или любым другим способом, который удобен для отправителя и получателя.
Легкость использования букмарклета и хорошее качество шифровки делают этот инструмент хорошим подспорьем для сохранении конфиденциальности переписки и информации.
Видео.
Полезное видео, о том как можно зашифровать свою информацию.
Шифрование данных - непременный хакерский ритуал, в котором каждый применяет свой набор утилит. Если для десктопных ОС выбор предлагается большой, то в мобильных операционках пока доступны единичные приложения. Мы обратили внимание на новое творение разработчика SJ Software - PGPTools. Первая версия этой программы вышла в апреле. За полгода список поддерживаемых платформ существенно расширился. Теперь он включает Windows 10, Windows Phone, iOS (8.0 и выше), OS X (начиная с 10.9) и Android (4.0 и новее). Для тестирования была выбрана последняя версия PGPTools v.1.10 под ОС Android. Стоит программа почти восемьдесят рублей, так что мы скинулись всей редакцией и приступили к ее изучению.
WARNING
Вся информация получена в ходе собственных исследований и предоставлена исключительно в ознакомительных целях. Анализ содержит субъективную оценку и не претендует на полноценный аудит приложения.Встречают по интерфейсу
Еще до установки программы становится очевидно, что ее авторы придерживаются минималистических взглядов. В инсталляционном пакете PGPTools занимает полтора мегабайта, а после установки - всего пять с половиной. Радует и то, что список запрашиваемых разрешений состоит ровно из одного пункта - записи на карту памяти. Никакой отправки СМС, доступа в интернет и к личным сведениям ей не требуется.
Интерфейс утилиты тоже крайне прост и легок в освоении. С одной стороны, это позволяет быстро в ней разобраться, а с другой - вызывает легкую тоску по привычным менюшкам с длинными списками настроек. В текущей версии PGPTools можно только задать пароль и выбрать длину ключа. Зато программа позволяет создать несколько пар ключей и управлять ими из отдельной вкладки. Здесь можно выбрать текущий ключ и желаемые действия с ним. Поддерживается экспорт (через буфер обмена или функцию «передать»), а также возможен импорт ранее созданных PGP-ключей.
Использование PGPTools
Начинается работа в программе с простого шага - создания пары ключей. Для этого нужно ввести свое имя или никнейм, адрес электронной почты (он будет использоваться для отправки зашифрованных и/или подписанных писем) и пароль.
В схеме PGP все ключи генерируются парами, поскольку их математически связывает общая парольная фраза. Ее стоит сделать длинной и сложной, но без фанатизма - забытый пароль не восстановят. Ключи в парах генерируются разные по своей структуре - асимметричные. Публичный ключ назван так потому, что его можно свободно передавать кому угодно. Он служит для проверки подписи его владельца и обеспечивает возможность отправить ему зашифрованное сообщение. Расшифровать такое послание можно только парным ему секретным ключом. На то он и секретный, чтобы знал его лишь создатель этой пары ключей.
Упрощенно говоря, публичным ключом письмо шифруют перед отправкой, а секретным дешифруют после получения. Это как бы цифровая реализация замка с защелкой: захлопнуть дверь с ним может любой, а вот открыть - только владелец ключа. Мы сделали на пробу две пары ключей: минимально (1024 бита) и максимально (4096 бит) возможной длины.
INFO
По данным NIST, ключи PGP с длиной 1024 бита и менее считались ненадежными еще несколько лет назад. Тогда они вскрывались за приемлемое время на мощных серверах, а сегодня щелкаются как семечки в сетях распределенных вычислений. Помимо выбора длины ключа, уровень защиты определяется также сложностью парольной фразы и самим механизмом реализации PGP.Основная панель в PGPTools носит такое же название. Она переключается между двумя режимами: шифрованием и дешифрованием. Ее вид зависит от того, какой ключ был ранее выбран на панели key list - публичный или секретный.
Зашифровать любой текст с помощью PGPTools можно в пару кликов. Для этого достаточно вставить его в поле с подсказкой Enter source из любого источника и нажать кнопку Encrypt. Шифрование будет выполнено с использованием выбранного ранее публичного ключа.
Расшифровать его чуть сложнее. Нужно выбрать секретный ключ (парный использованному для шифрования публичному) и ввести пароль, заданный при их совместной генерации. Блок зашифрованного текста также вставляется в поле источника, а результат дешифровки отображается ниже после нажатия кнопки Decrypt.
Основное назначение PGPTools как программы с асимметричной схемой шифрования состоит в защите переписки (в частности, почты) с возможностью передать ключ собеседнику по ненадежному каналу. Если бы один и тот же ключ использовался для шифрования/дешифрования сообщений, то его перехват скомпрометировал бы всю переписку. Перехват открытых ключей практически бесполезен. Обменявшись ими, можно сразу начать обмен зашифрованными сообщениями. После создания их не открыть даже отправителю. Это может сделать только получатель - своим секретным ключом и после ввода парольной фразы.
Передавая зашифрованные письма, убедись, что блок шифротекста вставляется как есть - без разрывов и переносов. Иначе его нельзя будет дешифровать из-за появления искажений.
Пара (тысяч) слов об алгоритме
В классической реализации Циммермана схема PGP использует одну хеш-функцию и два криптографических алгоритма: один с симметричным и один с асимметричным ключом. Также в ней применяется сеансовый ключ, создаваемый при помощи генератора псевдослучайных чисел. Такой сложный процесс обеспечивает более надежную защиту данных, то есть математическую сложность восстановления секретного ключа из парного ему публичного.
Выбор алгоритмов сейчас доступен очень широкий. Именно он в большой степени влияет на качество конкретной реализации PGP. Обычно используют AES и RSA, а из хеш-функций выбирают ту, что, по современным представлениям, наименее подвержена коллизиям (RIPEMD-160, SHA-256). В PGPTools для шифрования данных используется алгоритм IDEA, для управления ключами и цифровой подписи - RSA. Хеширование происходит с помощью функции MD5.
Сам многостадийный процесс (де)шифрования данных у любой программы реализован в одном из наборов общедоступных криптографических библиотек. Все создаваемые PGPTools ключи содержат в названии версии BCPG, что косвенно указывает на использование Bouncy Castle OpenPGP API. При проверке этого предположения в файле com.safetyjabber.pgptools.apk было обнаружено прямое указание на библиотеки Bouncy Castle.
Они реализуют схему OpenPGP согласно RFC 4880, но имеют свои особенности. Одна из них состоит в том, что (в зависимости от выбранной версии) в них может не применяться подключ шифрования. Также в этих библиотеках замечены ограничения эффективной длины ключа. Это означает, что выше некоего предела (обычно 1024 бита) попытка создать ключ большей длины не будет иметь практического смысла. Алгоритм не сможет обеспечить высокое качество ключей, поскольку в парах появится слишком много совпадающих блоков.
Для проверки мы экспортировали публичный и секретный PGP-ключ каждой пары в текстовый файл и сравнили их. У пары ключей с длиной 1024 бита повторяющихся фрагментов нет, как и должно быть в качественной реализации.
С четырехкилобитными ключами ситуация выглядит иначе. Отличающихся фрагментов в паре слишком мало (они выделены красным), а совпадающих - чересчур много.
Строго говоря, отличий у них еще меньше, чем видно на скриншотах. Просто используемая программа сравнения не умеет игнорировать смещение блоков, а проверяет построчно. Первые тринадцать строк совпали почти полностью, да и концовка идентична процентов на семьдесят. Если ты сгенерировал пару ключей с большим числом совпадений, то просто удали ее и создай другую.
Утешительный вывод
Выявленные в ходе тестирования недостатки носят общий характер. Они типичны для многих программ, поскольку касаются кода не самого приложения, а используемых в нем популярных библиотек. Криптографическое сообщество рекомендует разработчикам избегать Bouncy Castle OpenPGP. Мы надеемся, что в следующих версиях авторы PGPTools возьмут за основу более продвинутые реализации.
В текущем виде программа уже способна обеспечить базовый уровень приватности и может быть рекомендована как утилита, добавляющая функционал PGP на мобильные устройства. Она поможет создать или прочесть зашифрованные тексты практически на любом современном смартфоне, а также скрыть тайную переписку от любопытных глаз. Любая защита может считаться стойкой ровно до тех пор, пока затраты на ее преодоление оказываются существенно выше, чем предполагаемая стоимость оберегаемых данных.
Спецпроект с компанией SJ