Почему?
😪Мы тщательно прорабатываем каждый фидбек и отвечаем по итогам анализа. Напишите, пожалуйста, как мы сможем улучшить эту статью.
Атака на шифр цезаря
Атака на шифрованный текст называется криптоанализом. Но стоит отметить, что этот шифр очень ненадёжен, то есть очень слабый и даже в 9 веке появились методы, которые позволяли спокойно его вскрывать. Таких методов очень много, но мы разберем самый простой.
Например, есть зашифрованное сообщение “АБЯТХФХЮЩХ ЮРДЗЮЯЪ ЫЯЮЕХБХЮЖЩЩ ШРЮПЬЯ ИХВГЮРФЖРГМ ФЮХЪ” и нам неизвестен ключ. Берем из этого текста любое слово, например – “ФЮХЪ”.
Мы знаем, что для русского языка количество возможных ключей – 32. Берем зашифрованное слово и пытаемся расшифровать его всеми 32 ключами, получаем 32 разных слова и ищем среди них осмысленное. В данном случае – это “ДНЕЙ” и ему соответствует ключ “28”.
Атака по маске
Одна из возможных атак на шифр простой замены является – атака по маске.
Имеем зашифрованное слово – “ВОНАРО”. Смотря на это слово, мы можем утверждать только одно – то, что оно состоит из 5 букв, но самое важное можем сказать, что оно состоит из: буква 1, буква 2, буква 3, буква 4, буква 5, буква 2. То есть не зная слова, можем сказать, что в этом слове 2 и 6 буква одинаковые, остальные 4 совершенно разные.
А теперь разберем как вскрывать зашифрованный текст. Например, имеем некий шифрованный текст и все буквы в нём переведем в числа по таблице 1 для того, когда будем дешифровывать текст, могли видеть буквы, которые уже дешифровали, то есть буквы исходного текста, потому что буквы на фоне чисел выделяются намного лучше, их видно намного легче, чем буквы на фоне букв.
После представления всех букв в виде чисел заканчивается криптография и начинается аналитика. Нашей основной задачей является сбор информации и любая информация будет полезна. С помощью аналитики дешифровываем текст (пример со словом “ВОНАРО”).
Атака частотным криптоанализом
Вторая из возможных атак на шифр простой замены, а также и на некоторые другие шифры – является частотным криптоанализом. Этот метод основывается на том, что некоторые буквы в произвольном тексте встречаются намного чаще, чем другие.
На рисунке 1 показана закономерность распределения букв в русском алфавите.
Например, рассмотрим самую распространённую букву – “О”, ей соответствует число 10.98. Это число показывает, что произвольный текст на 10.98% состоит из буквы “О”. То есть если мы возьмем любую букву в тексте, то с вероятностью 10.98% будет буква “О”.
Но так как мы дело имеем со статистикой все эти цифры будут отличаться от статистики, если брать определённый текст. При этом иногда погрешности этих цифр могут быть существенные и из-за этого принимаются неправильные решения, и это намного усложняет процесс дешифрования данным методом.
Но у метода частотного криптоанализа есть существенные минусы:
- Для того, чтобы можно было исключительно на нём и не используя ничего больше дешифровать текст, нужно чтобы этот текст был действительно большим (10000 символов, не меньше), что встречается очень редко.
- Даже если это условие будет соблюдаться, всё равно всё будет не так легко, как хотелось бы.
- Исходя из того, что как правильно приходится работать с небольшими кусками текста (1000 – 2000 символов или меньше) частотный анализ позволит дешифровать буквально 1-3 символа. Дальше придётся на логике, на дедукции или на других методах что-то сделать.
- Если нет специальных программ и придётся “от руки” вскрывать текст.
Исходя из всего вышеперечисленного, а в особенности 4 пункта лучше не использовать этот метод, потому что он очень трудоёмкий.
Чтобы попытаться дешифровать текст, для начала нужно сосчитать общее количество символов в нём. Затем рассчитать, используя значения из рисунка 1 примерное количество символов в тексте с определённой буквой и записываем все полученные значения в определённую таблицу.
После этого считаем реальное количество символов в зашифрованном тексте и заносим в другую таблицу, затем сортируем обе таблицы по убыванию количества символов и находим примерные соответствия. Путём подстановки определённых букв в зашифрованный текст (с помощью соответствий обеих таблиц), а также с помощью логики и дедукции начинаем его дешифрование.
Делаем вывод, что метод частотного криптоанализа в чистом виде не используют.
Виды алгоритмов
DES выдержал испытание временем и вошёл в основы криптографии. После четверти века исследований учёным удалось найти несколько спекулятивных атак, которые в конечном итоге не были столь эффективными, как метод полного перебора. Единственная реальная слабость DES-шифра — маленькая длина ключа в 56 бит.
Triple DES (3DES) — модификация DES, позволяющая увеличить длину ключа до 112 или 168 бит.
AES (Advanced Encryption Standard или Rijndael) поддерживает три длины ключа: 128, 192 и 256 бит. Использует 128-битный размер блоков. Считается стойким и используется по всему миру.
Так как DES был специально разработан для аппаратного обеспечения, то не было предусмотрено, чтобы он эффективно работал в ПО. NIST протестировал работу алгоритма AES в программной среде и разработал требования к хранению криптоматериала, чтобы гарантировать, что AES будет эффективно работать на C и Java, которые используются на рабочих станциях, а также в более ограниченных средах встроенных процессоров ARM и смарт-карт.
Архитектура AES основана на принципе, известном как замена и перестановка, и быстро работает как в программном, так и на аппаратном уровнях. В отличие от своего предшественника — DES, AES не использует сеть Фейстеля.
Длина ключа, используемого для шифрования AES, указывает на количество повторений раундов преобразования, которые преобразуют входной сигнал, называемый исходным текстом, а конечный вывод — шифротекстом. Число циклов повторения выглядит следующим образом:
- 10 циклов повторения для 128-битных ключей;
- 12 циклов повторения для 192-битных ключей;
- 14 циклов повторения для 256-битных ключей.
Каждый раунд состоит из нескольких этапов обработки. Набор обратных повторений применяется для преобразования шифротекста в исходный текст с использованием того же самого ключа 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:
Довольно именем известна я своим;Равно клянётся плут и непорочный им,Утехой в бедствиях всего бываю боле,Жизнь сладостней при мне и в самой лучшей доле.
Блаженству 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.
Как зашифровать имя
Бывает так, что хочется передать кому-то сообщение, но необходимо, чтобы кроме адресата никто не догадался о том, кто является автором письма. Или вы просто хотите скрыть от посторонних свою личность на форумах или в онлайн играх, но для узкого круга хотите быть открыты. Тогда вам необходимо научиться зашифровывать свое имя.
Инструкция
3
Используйте специальную систему символов, известную только вам и вашему адресату. Снова выпишите алфавит, только вместо цифр присвойте каждой букве определенный значок, будь то звезда, ель,
цветок
, футбольный мяч или что-то другое. Желательно, чтобы значок не давал никакого намека на букву, которую он шифрует. Таким образом, придется придумать различные 33 символа, с помощью которых вы сможете зашифровать свое имя.Также стоит позаботиться о том, чтобы такой же алфавит с расшифровкой был у вашего адресата. Кроме того, необходимо проследить, чтобы не произошла утечка информации, поскольку любой человек, получивший ваш алфавит с расшифровкой сможет с легкостью вычислить ваше имя.Такая схема шифровки будет полезна не только для того, чтобы засекретить свое имя, но и для того, чтобы просто передавать друг другу секретные сообщения. Однако для этих целей нужно периодически менять значки местами или вводить в оборот новые значки, чтобы потенциальный расшифровщик не сумел вычислить, какой знак обозначает какую букву, перечитав несколько ваших сообщений. Об изменении шифра ваш адресат должен быть осведомлен, дабы не вводить его в заблуждение.
Как наши предки скрывали послания от лишних глаз
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.
Квадрат виженера
Это усовершенствованный шифр Цезаря с разными значениями сдвига. Например, к первой букве сообщения применяется преобразование ROT5, ко второй — ROT16, etc.
Также у нас есть статья, из которой вы узнаете о самых популярных кодах и шифрах.
Квадрат полибия
Квадрат Полибия — шифр простой замены. В данном примере будет использоваться двумерная матрица 6х6, содержащая заглавные буквы алфавита и цифры от 0 до 9:
С матрицей 6х6 (36 буквенно-цифровых знаков) мы можем начать замену. Например, буква «А» имеет адрес 1х1 или x=1, y=1. Эту запись можно упростить до 11. Другой пример: адрес буквы «N» будет 2х3 или x=2, y=3 или 23.
- Сообщение: ENCRYPT ME 2 DAY
- Шифротекст: 51–23–31–63–15–43–24 13–51 55 41–11–15
Шифр может сделать достаточно длинным и сложным, используя прописные буквы и специальные символы. Также повторение символов и написание алфавита вразброс может дать непредсказуемый результат, устойчивый для метода полного перебора.
Квантовая криптография
Это уже не совсем основы криптографии, а более продвинутый уровень.
На приведённой диаграмме квантовое распределение ключей (протокол BB84), являющееся безопасным способом связи, который реализует криптографический протокол с участием компонентов квантовой механики. Он позволяет двум сторонам создавать общий закрытый ключ, известный только им.
Новое поколение криптографии будет основываться не на математике, а на физике. Учёные в области физики атомов и частиц уже вошли в мир основ криптографии и хотят использовать законы квантовой механики для отправки сообщений, которые невозможно взломать. Они основоположники новой науки — квантовой криптографии.
Адаптированный перевод «Understanding Cryptography From Math to Physics»
Варвара Николаева
Никто не смог. попробуйте вы
Зашифрованные публичные послания дразнят нас своей интригой. Некоторые из них до сих пор остаются неразгаданными. Вот они:
Манускрипт Войнича
Это 240-страничная книга, написанная на абсолютно неизвестном языке с цветными рисунками и странными диаграммами, изображениями невероятных событий и растений, которые не похожи ни на один известный вид.
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 2022 году было раскрыто, что символы 64-69 NYPVTT в четвёртой части означают слово БЕРЛИН.
Шифр Бэйла — это комплект из трёх шифровок, которые, предположительно, раскрывают местонахождение одного из величайших захороненных сокровищ в американской истории: многих тысяч фунтов золота, серебра и драгоценных камней.
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 2022 года.
Ответ:
1) Блюдечко
2) Слоненку все надоело
3) Хорошая погода
Полиморфизм
Основы шифрования и криптографии включают в себя полиморфизм. Это более продвинутая практика в криптографии и часто используется в техниках компьютерного шифрования. Такая техника, которая самостоятельно модифицирует криптоалгоритм после каждого выполнения, и на каждой итерации получаются разные результаты. Если понадобится зашифровать одну и ту же информацию два раза, то алгоритм выдаст разные шифротексты.
Популярные шифры
Чтобы понять основы шифрования, необходимо обратиться к популярным примерам.
Распространённые алгоритмы
Сегодня шифры используют алгоритмы либо с секретным, либо с публичным ключом. В шифрах с закрытым ключом используется единственный ключ, которым обмениваются стороны. Такой ключ или шифр также называют симметричным.
В 1949 году Клод Шеннон из Bell Laboratories опубликовал фундаментальную теорию, положившую начало симметричному шифрованию, а десятилетия эволюции принесли примеры высокого качества. Однако только в 1975 году мощный алгоритм с закрытым ключом DES стал доступен для общего пользования.
Шифрование с помощью открытого ключа или асимметричное шифрование также возникло в середине 1970-х. Асимметричные шифры используют пару ключей — открытый, им делятся с другими людьми, и соответствующий ему закрытый, пользователь должен хранить его в секрете от других.
Стойкость шифровального алгоритма зависит от трёх важных факторов:
- Инфраструктура — если криптография встроена в ПО, то самым слабым звеном будет среда выполнения этого ПО.
- Длина ключа — практичный шифр должен использовать такую длину ключа, при которой полный перебор будет нецелесообразным.
- Качество алгоритма — ошибки шифрования могут ускорить процесс взлома для злоумышленников.
Шифр атбаша
Самый-самый простой шифр. Его суть – переворот алфавита с ног на голову.
Например, есть у нас алфавит, который полностью соответствует обычной латинице.
Для реализации шифра Атбаша просто инвертируем его. «А» станет «Z», «B» превратится в «Y» и наоборот. На выходе получим такую картину:
И теперь пишем нужное сообшение на исходном алфавите и алфавите шифра
Исходное сообщение: I love habr Зашифрованное: r olev szyi
Шифр вернама (xor-шифр)
Простейший шифр на основе бинарной логики, который обладает абсолютной криптографической стойкостью. Без знания ключа, расшифровать его невозможно (доказано Клодом Шенноном).
Исходный алфавит — все та же латиница.
Сообщение разбиваем на отдельные символы и каждый символ представляем в бинарном виде. Классики криптографии предлагают пятизначный код бодо для каждой буквы. Мы же попробуем изменить этот шифр для кодирования в 8 бит/символ на примере ASCII-таблицы. Каждую букву представим в виде бинарного кода.
Теперь вспомним курс электроники и элемент «Исключающее ИЛИ», также известный как XOR.
XOR принимает сигналы (0 или 1 каждый), проводит над ними логическую операцию и выдает один сигнал, исходя из входных значений.
Если все сигналы равны между собой (0-0 или 1-1 или 0-0-0 и т.д.), то на выходе получаем 0. Если сигналы не равны (0-1 или 1-0 или 1-0-0 и т.д.), то на выходе получаем 1.
Теперь для шифровки сообщения, введем сам текст для шифровки и ключ такой же длины. Переведем каждую букву в ее бинарный код и выполним формулу сообщение XOR ключ
сообщение: LONDON ключ: SYSTEM
Переведем их в бинарный код и выполним XOR:
В данном конкретном примере на месте результирующих символов мы увидим только пустое место, ведь все символы попали в первые 32 служебных символа. Однако, если перевести полученный результат в числа, то получим следующую картину:
С виду — совершенно несвязный набор чисел, но мы-то знаем.
Шифр кодового слова
Принцип шифрования примерно такой же, как у шифра цезаря. Только в этом случае мы сдвигаем алфавит не на определенное число позиций, а на кодовое слово.
Например, возьмем для разнообразия, кириллический алфавит.
Придумаем кодовое слово. Например, «Лукоморье». Выдернем из него все повторяющиеся символы. На выходе получаем слово «Лукомрье».
Теперь вписываем данное слово в начале алфавита, а остальные символы оставляем без изменений.
И теперь запишем любое сообщение и зашифруем его.
Получим в итоге следующий нечитаемый бред:
Шифр плейфера
Классический шифр Плейфера предполагает в основе матрицу 5х5, заполненную символами латинского алфавита (i и j пишутся в одну клетку), кодовое слово и дальнейшую манипуляцию над ними.
Пусть кодовое слово у нас будет «HELLO».
Сначала поступаем как с предыдущим шифром, т.е. уберем повторы и запишем слово в начале алфавита.
Теперь возьмем любое сообщение. Например, «I LOVE HABR AND GITHUB».
Разобьем его на биграммы, т.е. на пары символов, не учитывая пробелы.
Если бы сообщение было из нечетного количества символов, или в биграмме были бы два одинаковых символа (LL, например), то на место недостающего или повторившегося символа ставится символ X.
Шифрование выполняется по нескольким несложным правилам:
1) Если символы биграммы находятся в матрице на одной строке — смещаем их вправо на одну позицию. Если символ был крайним в ряду — он становится первым.
Например, EH становится LE.
2) Если символы биграммы находятся в одном столбце, то они смещаются на одну позицию вниз. Если символ находился в самом низу столбца, то он принимает значение самого верхнего.
Например, если бы у нас была биграмма LX, то она стала бы DL.
3) Если символы не находятся ни на одной строке, ни на одном столбце, то строим прямоугольник, где наши символы — края диагонали. И меняем углы местами.
Например, биграмма RA.
По этим правилам, шифруем все сообщение.
Если убрать пробелы, то получим следующее зашифрованное сообщение:
Поздравляю. После прочтения этой статьи вы хотя бы примерно понимаете, что такое шифрование и знаете как использовать некоторые примитивные шифры и можете приступать к изучению несколько более сложных образцов шифров, о которых мы поговорим позднее.
Шифр простой замены
Термины:
Шифр и Криптосистема, это одно и то же, это сам алгоритм, который указывает на то в каком количестве и какие буквы будут представляться, куда они будут представляться, насколько они будут сдвигаться и т.д.
Криптоаналитик – это атакующий, то есть человек, который пытается вскрыть зашифрованное послание, ему не предназначенное.
Атака, взлом, вскрытие – сам процесс расшифрования криптоаналитиком зашифрованного сообщения.
Дешифрование – этот термин, использующийся на постсоветском пространстве в качестве взлома. На западе это означает обычную законную расшифровку.
Шифр простой замены или моноалфавитный шифр – это криптосистема, в которой каждая буква исходного текста при шифровании будет заменяться на одну, строго определённую букву. Это значит то, что мы имеем две таблицы. Первая – это таблица 1, в которой пронумерованы все буквы русского алфавита, а во вторую таблицу заносим те буквы, только переставленные в другом порядке, при чём порядок может быть каким угодно, например, как в таблице 2.
| 1. О | 2. Н | 3. М | 4. Ё | 5. Ы | 6. З | 7. Щ | 8. Ц | 9. Е | 10. Ь | 11. Т |
| 12. Я | 13. Ч | 14. Й | 15. Б | 16. А | 17. Ф | 18. В | 19. Ю | 20. Р | 21. К | 22. П |
| 23. Ъ | 24. Ж | 25. Л | 26. Э | 27. Г | 28. Х | 29. Д | 30. И | 31. Ш | 32. С | 33. У |
То есть данное шифрование сводится к элементарной замене букв согласно таблицам 1 и 2. Попробуем зашифровать имя и фамилию моего соавтора “ВСЕВОЛОД СНАСТИН”. Буква “В” находится на позиции “3” в первой таблице, а во второй таблице на позиции “3” находится буква “М”, значит первая буква нашего закрытого текста будет буква “М”.
Расшифровка происходит по такому же принципу, берем букву “М” и смотрим на какой позиции в таблице 2 она находится – “3”. Число “3” в таблице 1 соответствует букве “В”, с остальными буква делаем то же самое и получаем исходное сообщение “ВСЕВОЛОД СНАСТИН”.
