Какво е криптография? Основни понятия

Човекът е социално същество. Бидейки в обществото, той чувства нуждата да общува със собствения си вид. Получената информация му помага да управлява света и да оцелява. Оказва се обаче, че човек не може да каже една и съща информация на различни хора. Например, можете да кажете на приятелите си за нещо, но е по-добре да го скриете от родителите си. Този проблем засяга не само съвременните тийнейджъри. През цялата си история човечеството е създало различни начини за криптиране на данни. Криптографията е една от тях. Този метод е на възраст над 4 хиляди години. Какво е криптография и какви са нейните характеристики? Днес ще разгледаме точно този въпрос.

Страници за история

„Тайно писане” е това, което криптографията е. Може би това име е измислено от древните гърци, тъй като този термин се състои от две гръцки думи - „крипта“ и „графо“, т.е. Това е наука, специализирана в тайните съобщения. Първата научна работа по криптографията принадлежи на тактиката на Aeneas. Дори и първите древни цивилизации се опитват да разработят надеждни системи за защита на тайните послания. Първите такива системи са създадени в Китай, но данните вече са криптирани в древен Египет и Месопотамия.

Криптографията е особено активна през Средновековието. Тогава търговци и дипломати използваха криптиране. Златният век на криптографията е Ренесансът, а Франсис Бейкън научава какво е криптографията и какво е нейното практическо приложение. Той е описал 7-те техники на скрития текст и е предложил двоичен метод за криптиране. Колегата му се използва в съвременното програмиране.

Появата на телеграфа силно повлия на развитието на криптографията. След това предадената информация вече не е тайна, а подателите се фокусират върху шифроването на съобщения.

Война и следвоенно време

По време на Първата световна война криптографията е призната за истински бойни инструменти. Военните прихванаха криптираните съобщения на противника, дешифрираха ги и придобиха значително предимство. Втората световна война служи за развитието на компютърните системи чрез криптография. Именно по време на използването на машини за криптиране обществеността осъзна важността на информационния контрол.

След прекратяването на военните действия в много страни беше наложен мораториум върху криптографията. Профилната литература е отпечатана нелегално или под формата на строго секретни доклади. Едва през 1967 г. държавният монопол се срина. След това излезе книгата на Дейвид Кан, Крейсинг кодове. Тя разгледа подробно историята на криптографията и криптирането. След откритото публикуване на тази книга започнаха да се появяват и други творби, които формираха напълно нов подход към тази наука.

Историческо криптиране

По време на съществуването на тайно писане човечеството е измислило много начини за тайно писане. Някои от тези методи са използвани в древни времена. Например, симпатично мастило. Те са склонни да изчезват след писането, а някои са невидими от самото начало. Получателят, получил писмо с такова мастило, може да ги направи видими, като обработи документа с химически реагенти или чрез осветяване с ултравиолетови лъчи.

Друг вид криптиране се нарича стеганография. Тя се основава на факта, че съобщението се разтваря в голям текст, който не съответства на общия смисъл на документа. Необходимо е само да се извличат символи от този текст, според определен принцип (например вторият символ на всяко изречение или третата буква на всяка дума), след което можете да прочетете тайното съобщение.

Криптографията е процес на трансформиране на съобщения според определени правила, които правят текста безсмислен набор от символи за неподготвен човек. Това е практическа дисциплина, която изучава и разработва методи за криптиране. Това е криптографията.

знание

Криптирането е невъзможно без добри познания в други науки. И така, криптографията и математиката са неразделни помежду си. По-специално, трябва да знаете теорията на числата, теорията на алгоритмите, да разберете абстрактната алгебра. Също така, не забравяйте, че криптографските методи са предназначени за директна практическа употреба. Теоретичните алгоритми могат да бъдат обект на атаки, които не са предвидени от конкретен математически модел. Затова първо трябва да анализирате абстрактния математически модел и след това да характеризирате ефекта на получения алгоритъм на практика. В допълнение към математиката в криптографията и криптирането, е важно да има представа за тази предметна област, а това е не само познаване на шифри, но и познания за съответните области на тази дисциплина.

Шифроване и декриптиране

Както вече споменахме, криптографията е наука за това как информацията се трансформира в шифър. Но има и друга страна на процеса - превръщането на шифъра в информационно съобщение. Това е криптоанализ. Проучването е изключително интересно.

Криптографията и криптоанализата могат да се разглеждат като две части на една и съща наука - криптология. Тези дисциплини се учат да криптират, но от различни ъгли. Невъзможно е да се изучава едно без другото. Наистина е смешно да знаете как да проектирате шифър, но не разбирате какво е криптирано в други съобщения. Така се появяват нови концепции:

Криптирането е процес на прилагане на шифър към информация, която трябва да бъде тайна.

Дешифрирането е обратният процес на криптиране, т.е. превода на тайно съобщение в оригиналния текст.

Тези алгоритми, макар и различни един от друг, но в някои моменти могат да съвпадат. При комбинираните блокови шифри, като ГОСТ 28147-89 или DES, алгоритмите са почти идентични. Те се различават единствено по реда на използване на ключови елементи (ключове). Като пример е възможно да се цитира работата с шифъра на Хил, където буквите се променят на числа, което е ключът. Това означава, че процесът на криптиране ще се състои в подмяната на букви с цифри, а декриптирането ще замени числата с букви.

Клавишите обикновено се разбират като постоянни параметри на шифри, които гарантират избора на един трансформиращ вариант от множеството на всички възможни. Използването на концепциите за ключ, процесите на криптиране и декриптиране обикновено се описват като съотношения:

1. f (P, k ₁ ) = С
2. g (C, k2) = Р

Тук символът Р означава оригиналното (отворено) съобщение. C е криптирано съобщение. F - алгоритъм за криптиране, g - алгоритъм за декриптиране. k ₁ , k ₂ са ключовете за криптиране и декриптиране, които са известни на подателя и на получателя. По същество основите на криптографията се основават на тези формули.

Какви са шифрите

Що се отнася до шифрите, те имат няколко варианта на класификации:

• Обхват на приложение. Има шифри с ограничена и обща употреба. Вторият е по-устойчив поради наличието на тайния ключ. Силата на ограничен шифър се основава на тайната на алгоритъма на криптографската трансформация.
• Алгоритми за криптиране. Има шифри с един ключ, където един и същ ключ се използва за криптиране и декриптиране. Те включват следните шифри:
• Пермутации - буквите на видимия текст променят позициите си, но остават в шифъра.
• Заместванията - символите на открития текст се заменят с други, а тайното послание остава видимо (доста рискован ход, който многократно бърка врага).
• Адитивни шифри - буквите се променят в цифри, а след това към тях се добавят номера на последователност от случайни числа.
• Квантовата криптография е процес на предаване на съобщения от обекти на квантовата механика, като електрони или фотони. Съществуват също така системи с два ключа за криптиране, където се използват два ключа едновременно и комбинирани методи за криптиране.
• Броят на знаците. Отделни поток шифри (конвертиране на отделни символи) и блокови шифри (процедурата се прилага за набор от букви).
• Resistance. Според този параметър шифрите могат да се разделят на три групи: перфектни (не могат да бъдат отворени), практически устойчиви (невъзможно е да се разсекрети информацията за определеното време) и нестабилни.

Атака и изисквания

Днес не е възможно да се даде изчерпателна оценка на силата на всеки отделен шифър, но надеждността им се проверява чрез експериментални методи. Не трябва да забравяме, че качеството на защитата на данните до голяма степен зависи от човешкия фактор, т.е. от квалификацията на криптоаналитиците. Шифърът на източника е подложен на различни атаки преди употреба. Това се нарича тест за издръжливост. Той се изпълнява при предположението, че нападателят познава алгоритъма за преобразуване, но не знае ключа.

Никой няма да отрече, че част от предадената информация може да бъде заплаха за обществеността, ако бъде оповестена публично. Затова ще изисква висока степен на секретност. Сега, когато компютърните технологии вече са твърдо установени в ежедневието на всеки трети гражданин, информационната сигурност стана по-уязвима. Ето защо всяка година изискванията за криптографски системи се затягат:

• Сложността на криптирането трябва да зависи пряко от важността на предаваната информация.
• Времето и финансирането на разходите трябва да бъдат приемливи за определено ниво на секретност.
• Процедурите за криптиране и декриптиране не трябва да зависят от дължината на текста.
• Броят на възможните ключове трябва да бъде такъв, че пълният им анализ да е невъзможен за разумен период от време за атакуващия, дори ако той използва съвременна информационна технология и разпределителни изчисления.
• Всеки ключ трябва да гарантира защита на данните.
• Малка промяна в ключа трябва да доведе до пълна или значителна промяна в съобщението.
• Дължината на шифъра не трябва да надвишава дължината на изходния текст.
• Само при използване на ключ трябва да се чете секретно съобщение.

Съвременни методи за класифициране на информацията

В тази дисциплина има два основни метода за скриване на оригиналното съобщение.

Криптирането е частен метод за класифициране на информация, която използва ключ. Кодиране - представлява информация в алтернативна форма, например под формата на цифри или символи. Това е един вид криптиране, където няма ключове. Тя е изградена на базата на кодиращи алгоритми или кодова таблица.

Обичайно е да се прави разлика между публични и тайни кодови системи. Обществените системи са предназначени за удобен трансфер, съхранение и използване на информация. Например, баркодове или Морзов код. Тайните се използват, за да се осигури пълна конфиденциалност на информацията от държавни и военни институции. Днес някои фирми, които предпочитат да скрият информация за своите дейности, трябва да получат лиценз на FSB за криптиране и криптиране.

Право на тайна

Нека изясним какви документи трябва да позволяват на отделни лица или организации да класифицират информацията за своите дейности. Лицензът на FSB за криптография е одобрен от държавата документ, който позволява на юридическото лице да разработва и разпространява криптографски инструменти. Основният документ, който наблюдава този процес, е Указът на правителството на Руската федерация от 16 април 2012 г., № 313. Тя се нарича „За одобряване на Наредбата за лицензиране на дейности за разработване на криптографски инструменти”.

Както виждате, това не е толкова просто нещо - да скриете някаква информация. Всичко трябва да е законно. Лицензът за криптография и криптиране се издава от заявителя, който има средства за криптографска защита на информацията. По принцип такива обекти се считат за:

• Устройства, които възпроизвеждат алгоритми за криптиране.
• Програми за сигурност, които могат да съхраняват информация от неправилни данни.
• Електронни подписи.
• Кодиращи устройства, при които част от операциите се извършват ръчно.
• Устройства, които създават ключови документи.
• Електронни документи (копия на хартиени носители).
• Средства за криптиране и обработка на данни.
• Оборудване за криптиране с подходяща конфигурация.

Заслужава да се отбележи, че наскоро е поискан лиценз за криптография от майстори, които инсталират тахографи и трансферни карти. Разрешение за използване на криптиране е необходимо в случаите, когато едно дружество или физическо лице се занимава с трансфер на криптографски средства или прехвърляне на сигурни средства за информационни и телекомуникационни системи, както и при прехвърляне на средства за производство на ключове. В такива случаи трябва да имате разрешение от ФСБ. Криптографията има средствата за класифициране на информацията за целите на държавната сигурност. Всяко юридическо или юридическо лице, което се занимава с криптиране на данни, трябва да получи разрешение за това.

олимпиада

За мнозина може да изглежда, че криптографията е доста сложна дисциплина, която само избраните могат да разберат. Всяка година обаче, с подкрепата на Академията на ФСБ на Русия, се провежда Междурегионална олимпиада по математика и криптография. Участват ученици от 9-11 (8-11) класове.

Олимпиадата по криптография се провежда с цел идентифициране на способностите и интереса на учениците към научната дейност. Също така помага за създаването на благоприятни условия за интелектуалното развитие на учениците. Тъй като висшите учебни заведения често участват в провеждането на криптографско състезание, възможно е предварително да се реши къде да се отиде за по-нататъшно образование след дипломирането.

Има известна фраза: "Кой притежава информацията, той притежава света." В днешния свят на бурни информационни потоци е трудно да се намерят необходимите данни, но е още по-трудно да се скрият. Затова днес криптографията е изключително търсена и популярна.