Шифрованный мир: азы криптографии. Просто, понятно и увлекательно

Артём Музагафаров

В этой книге я попытался простым языком увлекательно рассказать о наиболее популярных, интересных и понятных шифрах. Мы разберём девять занимательных шифров, поговорим и о стеганографии, квантовом шифровании и о многом другом. Также бонусом в книге рассказано о моём приложении для шифрования и дешифрования, а также дана ссылка на него.

Виды шифров

Разумеется за четыре тысячи лет криптография повидала не один шифр, так давайте попробуем разобраться во всем многообразии видов шифра

Популярные виды шифров

Популярными видами шифрования для изучения азов криптографии являются, по нашему мнению, Шифр простой замены, Шифр Виженера, Шифр Вернама. Работа с этими видами шифров, как в учебных целях, так и в практических, возможна в приложении Вконтакте CryptoApp, но о нём попозже поподробнее.

Симметричный и ассиметричный виды шифров

Самые первые (читай древние) виды шифров являлись симметричными шифрами. Отличительная черта симметричных шифров — это то, что ключ расшифрования и ключ зашифрования одинаковы. Функция у таких видов шифрования лишь одна — обеспечение конфиденциальности информации от несанкционированных лиц. И только недавно, в конце 20 века, были изобретен ассиметричный вид шифров. При этом один из ключей может быть разглашен и не сохраняться в тайне, в таком случае шифрование в некотором смысле получается односторонним — кто угодно может зашифровать информацию (к примеру текст), но расшифровать могут только узкий круг лиц, или наоборот расшифровать кто угодно, но зашифровать только одно лицо (используется для создания электронной подписи). Функциональность данного вида шифров чрезвычайно широка от конфиденциальности до цифровой подписи и подтверждения аутентичности информации (свойство, гарантирующее, что субъект или ресурс идентичны заявленным). Примерами ассиметричного шифрования могут служить такие шифры, сертификаты и протоколы, как RSA, SSL, HTTPS и SSH

Блочный и потоковый виды шифров

Симметричный вид шифров подразделяется на блочный и потоковый виды шифров. Отличительная особенность блочного вида шифров состоит в том, что они обрабатывают за одну итерацию сразу несколько байт (обычно по 8 или 16) открытой информации в отличие от потокового вида шифров, который обрабатывает по 1 байту (символу).

Шифры простой замены

Шифры замены меняют (что и является причиной их названия) части открытого текста на нечто другое. Шифр простой замены производят посимвольную замену, то есть однозначно заменяют каждый символ открытого текста на нечто своё, причем это нечто свое в процессе расшифрования однозначно заменяется на исходный символ. Примерами шифров простой замены могут служить такие шифры как Шифр Цезаря, Аффинный шифр, Шифр Атбаш, Шифр пляшущие человечки. Чтобы разобраться в виде шифров простой замены лучше, прочитайте соответствующую главу.

Однозвучные шифры подстановки

Однозвучные шифры подстановки полностью схожи с шифрами простой замены, за исключением того факта, что в процессе зашифрования символ открытого текста может быть заменен одним из нескольких вариантов, каждый из которых однозначно соответствует исходному. Однозвучный вид шифров подстановки, в отличие от вида шифров замены, не могут быть взломаны с помощью частотного криптоанализа, так как они маскируют частотную характеристику текста, хотя и не скрывают всех статистических свойств. Таким шифром, например, шифровал свои послания серийный убийца Зодиак, действовавший в Северной Калифорнии и Сан-Франциско (США) в конце 1960-х. Причём большинство его посланий так и остались нерасшифрованными.

Статья в американской газете с иллюстрацией шифровки Зодиака

Полиграммный шифр подстановки

Полиграммные вид шифров подстановки заменяют не по одному символу, а сразу по несколько. Так например, шифр Плейфера заменяет биграммы (две подряд идущих буквы), а Шифр Хилла по квадратному корню символов из длины ключа.

Многоалфавитный шифр подстановки

Многоалфавитный вид шифров подстановки заменяют одни и те же символы открытого текста каждый раз по разному, так как для каждой позиции открытого текста имеется ключ, определяющий на какой символ будет заменен тот или иной. Примерами многоалфавитного вида шифров могут служить такие шифры, как Шифр Виженера и Шифр Вернама.

Хорошо, понятно, так как же разгадать тот или иной шифр?