Колесо для шифрования английский: 10 популярных кодов и шифров

Содержание

Элементарные шифры на понятном языке / Хабр

Привет, Хабр!

Все мы довольно часто слышим такие слова и словосочетания, как «шифрование данных», «секретные шифры», «криптозащита», «шифрование», но далеко не все понимают, о чем конкретно идет речь. В этом посте разберемся, что из себя представляет шифрование и рассмотрим элементарные шифры с тем расчетом, чтобы даже далекие от IT люди поняли суть этого явления.

Прежде всего, разберемся в терминологии.

Шифрование – это такое преобразование исходного сообщения, которое не позволит всяким нехорошим людям прочитать данные, если они это сообщение перехватят. Делается это преобразование по специальным математическим и логическим алгоритмам, некоторые из которых мы рассмотрим ниже.

Исходное сообщение – это, собственно, то, что мы хотим зашифровать. Классический пример — текст.

Шифрованное сообщение – это сообщение, прошедшее процесс шифрования.

Шифр — это сам алгоритм, по которому мы преобразовываем сообщение.

Ключ — это компонент, на основе которого можно произвести шифрование или дешифрование.

Алфавит – это перечень всех возможных символов в исходном и зашифрованном сообщении. Включая цифры, знаки препинания, пробелы, отдельно строчные и заглавные буквы и т.д.

Теперь, когда мы говорим на более-менее одном языке, разберем простые шифры.


Самый-самый простой шифр. Его суть – переворот алфавита с ног на голову.

Например, есть у нас алфавит, который полностью соответствует обычной латинице.

a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z

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


Тут добавляется еще один параметр — примитивный ключ в виде числа от 1 до 25 (для латиницы). На практике, ключ будет от 4 до 10.

Опять же, для наглядности, возьмем латиницу

a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z

И теперь сместим вправо или влево каждую букву на ключевое число значений.

Например, ключ у нас будет 4 и смещение вправо.

Исходный алфавит: a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
Зашифрованный: w x y z a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v

Пробуем написать сообщение:

hello world

Шифруем его и получаем следующий несвязный текст:
dahhk sknhz

  • 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

Например:

сообщение: LONDON
ключ: SYSTEM

Переведем их в бинарный код и выполним XOR:

01001100 01001111 01001110 01000100 01001111 01001110
01010011 01011001 01010011 01010100 01000101 01001101
_______________________________________________________
00011111 00010110 00011101 00010000 00001010 00000011

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:
31 22 29 16 10 3. 

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.

абвгдеёжзийклмнопрстуфхцчшщъыьэюя

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.

абвгдеёжзийклмнопрстуфхцчшщъыьэюя
лукомрьеабвгдёжзийнпстфхцчшщъыэюя

И теперь запишем любое сообщение и зашифруем его.
"Златая цепь на дубе том"

Получим в итоге следующий нечитаемый бред:
"Адлпля хриы жл мсур пиё"

  • 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.

IL OV EH AB RA ND GI TH UB.

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.

IL OV EH AB RA ND GI TH UB.
KO HY LE HG EU MF BP QO QG

Если убрать пробелы, то получим следующее зашифрованное сообщение:
KOHYLEHGEUMFBPQOQG

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.

Спасибо за внимание.

Шифр Бэкона — Онлайн калькуляторы

Шифр Бэкона (или двухлитерный шифр) — метод сокрытия секретного сообщения, придуманный Фрэнсисом Бэконом в начале XVII века.

Он разрабатывал шифры, которые бы позволяли передавать секретные сообщения в обычных текстах так, чтобы никто не знал об этих сообщениях. Шифр базируется на двоичном кодировании алфавита символами «A» и «B», которым можно сопоставить «0» и «1». Затем секретное послание «прячется» в открытом тексте, с помощью одного из способов сокрытия сообщений.

Для кодирования сообщений Фрэнсис Бэкон предложил каждую букву текста заменять на группу из пяти символов «A» или «B» (так как последовательностью из пяти двоичных символов можно закодировать 2

5 = 32 символа, что достаточно для шифрования 26 букв английского алфавита.

Bариант шифра Бэкона, использующий современный английский алфавит:

a AAAAA g AABBA m ABBAA s BAABA y BBAAA
b AAAAB h AABBB n ABBAB t BAABB z BBAAB
c AAABA i ABAAA o ABBBA u BABAA
d AAABB j ABAAB p ABBBB v BABAB
e AABAA k ABABA q BAAAA w BABBA
f AABAB l ABABB r BAAAB x BABBB
Инструмент предназначен для шифрования и дешифрования текста, используя шифр Бэкона. Поддерживаются современный английский и русский алфавиты.
ABBABAABABBAAABABABAABBBAABABBBBBAAABABAABBBA BAAABABABBABBBAAAABA AABAAABABBBBBBB ABBBBBAAAAABAAAABBAAAABABBAAAAAAAAA Алфавит Русский Английский Операция Расшифровать Зашифровать Расшифровать

история шифровального дела — Рамблер/новости

Коммутационная панель передней части шифровальной машины «Энигма». Фото: wikimedia.org Концерн «Автоматика» Госкорпорации Ростех принимает участие в создании первого в России Музея криптографии, который откроет свои двери для посетителей уже в следующем году.

Как отмечают создатели, основная задача музея — пробудить интерес посетителей к науке и современным технологиям, рассказывая о криптографии и смежных научно-технических областях. Для этого «Автоматика» обладает всеми данными. Концерн специализируется на вопросах криптографии с 1940-х годов. Все это время здесь трудились лучшие криптографы и шифровальщики страны.

Но криптография насчитывает не одно тысячелетие и нашла свое уверенное место в современных реалиях — сегодня без шифрования невозможно представить банковские операции, мессенджеры и приложения, мобильную связь. О прошлом и будущем шифровального дела — в нашем материале.

Тайнопись древних цивилизаций

За наукообразным словом «криптография» (с древнегреческого, буквально − «тайнопись») скрывается древнее желание человека спрятать важную информацию от посторонних глаз. Можно сказать, что сама письменность в самом начале уже была криптографической системой, так как принадлежала узкому кругу людей, и с помощью нее они могли обмениваться знаниями, не доступными неграмотным. С распространением письма возникла потребность в более сложных системах шифрования. Со времен древних цивилизаций криптография верно служила военным, чиновникам, купцам и хранителями религиозных знаний.

Самым древним свидетельством применения шифра (около 4000 до н.э.) ученые считают древнеегипетский папирус с перечислением монументов времен фараона Аменемхета II. Безымянный автор видоизменил известные иероглифы, но, скорее всего, не для сокрытия информации, а для более сильного воздействия на читателя.

Фрагмент хирургического папируса, одного из наиболее важных медицинских текстов Древнего Египта

Еще один известный шифр — древнесемитский атбаш, приблизительно 600 г. до н.э. Здесь информацию запутывали самым простым способом − с помощью подмены букв алфавита. Криптограммы на атбаше встречаются в Библии.

А в Древней Спарте пользовались скиталой — шифром из цилиндра и обвивающей его полоски пергамента. Текст писали в строку на пергаменте. После разматывания ленты текст превращался в шифр, прочитать который было возможно, только имея цилиндр такого же диаметра. Можно сказать, что спартанская скитала стала одним из первых криптографических устройств.

В IV столетии до н.э. автор военных трактатов Эней Тактик придумал шифровальный диск, названный впоследствии его именем. Для записи сообщения в отверстия диска с подписанными рядом с ними буквами последовательно продевалась нить. Чтобы прочитать текст, нужно было всего лишь вытягивать нить в обратной последовательности. Это и составляло основной минус устройства — при наличии времени шифр мог быть разгадан любым грамотным человеком. Зато чтобы быстро «стереть» информацию с диска Энея, нужно было всего лишь вытянуть нить или разбить устройство.

Шифр Цезаря со сдвигом на 3: A заменяется на D, B заменяется на E и так далее. Z заменяется на C Одним из первых документально зафиксированных шифров является шифр Цезаря (около 100 г. до н.э.). Его принцип был очень прост: каждая буква исходного текста заменялась на другую, отстоящую от нее по алфавиту на определенное число позиций. Зная это число, можно был разгадать шифр и узнать, какие тайны Цезарь передавал своим генералам.

Шифрованием пользовались многие древние народы, но особенного успеха в криптографии уже в нашу эру достигли арабские ученые. Высокий уровень развития математики и лингвистики позволил арабам не только создавать свои шифры, но и заниматься расшифровкой чужих. Это привело к появлению первых научных работ по криптоанализу — дешифровке сообщений без знания ключа. Эпоха так называемой наивной криптографии, когда шифры были больше похожи на загадки, подошла к концу.

Тарабарщина, цифирь и другие шифры

Работы арабских ученых способствовали появлению полиалфавитных шифров, более стойких к расшифровке, в которых использовались сразу несколько алфавитов. Однако люди Средневековья продолжали пользоваться простыми шифрами, основанными на замене букв другими буквами или цифрами, неправильном написании букв и т.д. В Средние века в Европе считалось, что криптография была тесно связана с магией и каббалой.

Интересно, что в Древней Руси тоже были свои способы тайнописи, например, литорея, которая делилась на простую и мудрую. В мудрой версии шифра некоторые буквы заменялись точками, палками или кругами. В простой литорее, которая еще называлась тарабарской грамотой, все согласные буквы кириллицы располагались в два ряда. Зашифровывали письмо, заменяя буквы одного ряда буквами другого.

Еще одним известным шифром Древней Руси была цифирь, когда буквы, слоги и слова заменялись цифрами. Иногда для усложнения в шифр добавлялись математические действия, и было не просто разгадать подобную загадку: «Десятерица сугубая и пятерица четверицею, единица четверицею сугубо и десятерица дващи».

Тайнопись XVI века, в основе которой числовые значения церковнославянских букв

В эпоху Возрождения криптография переживает подъем. Начинается период формальной криптографии, связанный с появлением формализованных, более надежных шифров. Над некоторыми загадками ученых Ренессанса криптографы последующих лет бились столетиями.

Около 1466 года итальянский ученый Леон Альберти изобретает шифровальный диск, состоящий из двух частей: внешней и внутренней. На неподвижном внешнем диске был написан алфавит и цифры. Внутренний подвижный диск также содержал буквы и цифры в другом порядке и являлся ключом к шифру. Для шифрования нужно было найти нужную букву текста на внешнем диске и заменить ее на букву на внутреннем, стоящую под ней. После этого внутренний диск сдвигался, и новая буква зашифровывалась уже с новой позиции. Таким образом, шифр Альберти стал одним из первых шифров многоалфавитной замены, основанных на принципе комбинаторики. Кроме того, Леона Альберти написал одну из первых научных работ по криптографии − «Трактат о шифрах».

Шифровальный диск Леона Альберти

Здесь стоит упомянуть такое явление, как стеганография, которому в работе Альберти также было уделено внимание. Если с помощью шифра пытаются утаить смысл информации, то стеганография позволяет скрыть сам факт передачи или хранения данных. То есть текст, спрятанный с помощью этого метода, вы примите за картинку, кулинарный рецепт, список покупок или, например, кроссворд. Или вообще не увидите его, если он будет написан молоком, лимонным соком или с помощью особых чернил. Часто методы стеганографии и криптографии объединялись в одном послании.

Прорывом в криптографии стала книга «Полиграфия» аббата Иоганеса Тритемия 1518 года, рассказывающая в том числе о шифрах с полиалфавитной заменой. Самым известным шифровальщиком XVI века считается дипломат и алхимик из Франции Блез де Виженер, придумавший абсолютно стойкий шифр, в котором использовалось 26 алфавитов, а порядок использования шифра определялся знанием пароля. Можно сказать, что шифр Виженера представлял собой комбинацию нескольких уже упоминавшихся шифров Цезаря.

Эпоха шифровальных машин

Промышленная революция не обошла вниманием и криптографию. Около 1790 года один из отцов-основателей США Томас Джефферсон создал дисковый шифр, прозванный позже цилиндром Джефферсона. Этот прибор, основанный на роторной системе, позволил автоматизировать процесс шифрования и стал первым криптоустройством нового времени.

Шифровальный цилиндр Томаса Джефферсона

Большое влияние на шифровальное дело оказало изобретение телеграфа. Прежние шифры вмиг перестали работать, при этом потребность в качественном шифровании только возрастала в связи с чередой крупных военных конфликтов. В XIX-XX веках основные импульсы для развития криптографии давала именно военная сфера. С 1854 года британские военные применяют шифр Плейфера, в основе которого — шифрование биграмм или пар символов. Этот шифр использовался до начала Второй мировой войны.

Во Второй мировой войне противники уже использовали мобильные электромеханические шифраторы, шифры которых считались нераскрываемыми. Устройства были роторными или на цевочных дисках. К первым относилась знаменитая машина «Энигма», которой пользовались нацисты, ко вторым — американская машина M-209.

Принцип работы «Энигмы» заключался в следующем: при каждом нажатии на клавишу с буквой алфавита в движение приходили один или несколько роторов. Буква изменялась несколько раз по принципу шифра Цезаря, и в окошке выдавался результат. Шифры «Энигмы» считались самыми стойкими для взлома, так как количество ее комбинаций достигало 15 квадриллионов. Однако код «Энигмы» все же был расшифрован, сперва польскими криптографами в 1932 году, а затем английским ученым Аланом Тьюрингом, создавшим машину для расшифровки сообщений «Энигмы» под названием «Бомба». Комплекс из 210 таких машин позволял англичанам расшифровывать до 3 тыс. военных сообщений нацистов в сутки и внес большой вклад в победу союзников.

Роторы «Энигмы» в собранном состоянии. Фото: wikimedia.org О советских шифровальных машинах известно мало, так как до последнего времени информация о них была засекречена. Например, до 1990-х годов в СССР и союзных странах использовалась роторная шифровальная машина «Фиалка». В отличие от «Энигмы» и других устройств, в ней использовались 10 роторов, а информация выводилась на бумажную ленту.

Криптография для всех

В 1949 году Клод Шеннон пишет работу «Теория связи в секретных системах», и криптография окончательно переходит в сферу математики. К концу 1960-х роторные шифровальные системы заменяются более совершенными блочными, которые предполагали обязательное применение цифровых электронных устройств. В 1967 году ученый Дэвид Кан издал популярную книгу «Взломщики кодов», которая вызывала большой интерес к криптографии.

С распространением компьютеров криптография выходит на новый уровень. Мощности новых устройств позволяют создавать на порядки более сложные шифры. Шифр или код становится языком общения между компьютерами, а криптография становится полноценной гражданской отраслью. В 1978 г. разрабатывается стандарт шифрования DES, который стал основной для многих современных криптографических алгоритмов.

Сфера использования криптографии расширяется, при этом власти различных стран пытаются удержать контроль над использованием шифров. Разработки криптографов засекречиваются, производителей шифровальных машин требуют оставлять в продуктах «черные ходы» для доступа спецслужб.

Параллельно независимые криптоаналитики разрабатывают способы шифрования, которыми могли бы пользоваться все желающие — так называемую открытую криптографию. Особенно актуально это стало с развитием сети интернет, где вопрос конфиденциальности информации стал очень остро. Первой криптосистемой с открытым ключом считается созданный в 1977 году алгоритм RSA, название которого является акронимом имен создателей — Риверста, Шамира и Адельмана. А в 1991 году американский программист Филипп Циммерман разрабатывает популярнейший пакет PGP с открытым исходным кодом для шифрования электронной почты.

Распространение доступного интернета по всему миру невозможно представить без криптографии. С появлением мессенджеров, социальных сетей, онлайн-магазинов и сайтов государственных услуг передача персональной информации в сети происходит без остановки и в огромных количествах. Сегодня мы сталкиваемся с криптографией ежедневно, когда вводим пароль от почтового сервиса, узнаем статус покупки онлайн или делаем денежный перевод через приложение банка. Криптография прошла гигантский путь от простых шифров древности к сложнейшим криптосистемам. Будущее этой науки творится на наших глазах — очередная революция в шифровании произойдет с появлением квантовых суперкомпьютеров, разработка которых уже ведется.

Стойкие шифры

Сергей Дориченко
«Квантик» №11, 2013

Шифры замены
Сергей Дориченко «Стойкие шифры» («Квантик» №11, 2013). Художник Виктор Пяткин

Обычные шифры из детективных романов часто устроены так: каждая буква сообщения заменяется каким-нибудь определённым значком или другой буквой. Подобные шифры очень ненадёжны, и вот почему. Буквы в текстах на русском языке (да и на любом языке вообще) встречаются неравномерно. Например, буква «О» в русских текстах встречается чаще всех других букв, а буква «Ъ» — реже всего. У каждой буквы есть своя примерная частота появления в тексте (смотри таблицу на поле справа).

Сочетания букв тоже встречаются неравномерно (например, «ьь» вообще не встречается). Конечно, все эти частоты зависят от конкретного текста — скажем, в биологической статье о жужелицах буква «ж» явно будет встречаться чаще, чем обычно. Но приведённая таблица вполне годится как ориентир.

Так вот, описанный способ шифровки не изменяет частот — просто теперь с аналогичной частотой будет появляться не сама буква, а заменяющий её значок. Высчитав частоту появления каждого значка в шифровке и сравнив полученные данные с таблицей частот, мы можем сделать предположения, какой букве какой значок соответствует. Далее пробуем заменять значки один за одним на буквы, проверяя свои догадки, корректируя их и делая новые, и постепенно расшифровываем текст. Если он не слишком короткий, мы с большой вероятностью его полностью расшифруем (хотя это может оказаться не совсем простым делом). Кстати, намного чаще любой буквы встречается пробел, разделяющий слова. Поэтому если пробел используется в шифровке и тоже заменён на какой-то значок, мы разгадаем его в первую очередь.

Совершенный шифр

Опишем теперь шифр, который принципиально не поддается расшифровке без знания ключа. Сопоставим каждой букве русского алфавита свою последовательность из 0 и 1 длины 5 (пятизначный двоичный код), например: А — 00000, Б — 00001, В — 00010 и так далее (или в каком-то другом порядке). Если буквы Е и Ё кодировать одинаково, то последовательностей как раз хватит (их 32, а в алфавите 33 буквы).

Заменим в тексте каждую букву на её двоичный код, получим последовательность из 0 и 1 (двоичный текст). Это пока ещё не шифровка — мы бы легко разгадали, какая буква на какую последовательность заменена (тем же методом, что и в случае замены букв на значки).

Чтобы зашифровать полученный двоичный текст, нам потребуется ещё ключ — случайная последовательность из 0 и 1 такой же длины. Этот ключ должен быть и у отправителя шифрованного сообщения, и у адресата.

Для зашифровки просто складываем две последовательности нулей и единиц — двоичный текст сообщения и ключ: первую цифру с первой, вторую со второй, и так далее. Но складываем по особым правилам:

    0 + 0 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 1 = 1, 1 + 1 = 0

(в математике это называется сложением по модулю 2).

Сергей Дориченко «Стойкие шифры» («Квантик» №11, 2013). Художник Виктор Пяткин

Полученная последовательность и будет зашифрованным сообщением. Чтобы расшифровать её, надо просто… снова прибавить к ней ключ! Тогда мы как бы прибавим к исходной последовательности ключ два раза. А по нашим правилам, прибавляя две одинаковые цифры мы ничего не меняем, то есть мы вернёмся к исходному двоичному тексту. Схематически процесс шифрования и дешифрования можно описать так:

    текст + ключ = шифровка;

    шифровка + ключ = текст + ключ + ключ = текст.

Ясно, что расшифровать сообщение, не зная ключа, невозможно. Нам как бы дана сумма двух чисел, и нельзя восстановить одно из слагаемых, ничего не зная про другое. Имея на руках лишь шифровку, мы знаем только, что исходный текст может быть абсолютно любым текстом соответствующей длины. Ведь по любому такому тексту можно изготовить ключ, который приведёт ровно к той же самой шифровке!

Недостаток описанного способа в том, что каждый текст требует нового ключа такой же длины — если повторять ключи, появляется возможность расшифровки. Например, мы могли бы попробовать вместо длинного ключа использовать ключ всего из пяти символов, скажем 11010. Разбиваем двоичный текст на пятёрки цифр и прибавляем к каждой пятёрке 11010. Фактически, мы просто заменяем каждую пятёрку цифр на какую-то другую фиксированную пятёрку. В этом случае расшифровать исходный текст так же легко, как если бы мы просто заменили его двоичным кодом, не прибавляя никакого ключа. Использовать длинные ключи, но всё же существенно более короткие, чем текст, тоже опасно — есть метод определения длины ключа, а после того как длина ключа установлена, можно применить частотный анализ.

Поэтому надо заготовить ключ огромной длины заранее и лишь указывать, например, в начале шифровки, какое место ключа используется. При этом очень важно, чтобы ключ был случайной последовательностью из 0 и 1. Например, последовательности 11111111111111111 и 010101010101010 не случайные. Кстати, придумать случайную последовательность не так-то просто. Трудно даже (но возможно) дать чёткое определение, какие последовательности могут считаться случайными.

Немного истории и литературы

Подобный шифр использовал Макс Кристиансен-Клаузен, шифровальщик выдающегося советского разведчика Рихарда Зорге. Наиболее часто употребляемые буквы английского алфавита s, i, o, e, r, a, t, n заменялись цифрами от 0 до 7, а остальные буквы — числами от 80 до 99 (чтобы не возникало путаницы, когда числа записывались подряд). Ключом служили старые выпуски «Статистического ежегодника Германского рейха» с множеством числовых данных. Ключ записывали под текстом и прибавляли, причём если сумма двух цифр превышала 10, то записывалась только её последняя цифра. Например, вместо 7 + 5 писали 2, отбрасывая десяток (в математике это называется сложением по модулю 10). Восстанавливали исходное сообщение, «вычитая» ключ из шифровки. Когда выходило отрицательное число, как, скажем, при вычитании 5 из 2, было ясно, что надо вычитать из числа на 10 больше, то есть из 12 — вот и получали 7.

Сергей Дориченко «Стойкие шифры» («Квантик» №11, 2013). Художник Виктор Пяткин

Японские тайные службы перехватили много радиограмм Зорге, но ни одной не сумели расшифровать. Более полный рассказ об этом читайте в замечательной книге Юлиуса Мадера «Репортаж о докторе Зорге».

А герой приключенческих романов Юлиана Семёнова «Семнадцать мгновений весны» и «Приказано выжить» разведчик Штирлиц, больше известный нам по знамениту кинофильму, использовал в качестве ключа художественную книгу Монтеня. При этом осмысленный текст сообщения«складывался» с осмысленным же (и значит, не случайным!) текстом ключа. Когда германским контрразведчикам стало известно предполагаемое содержание одной из шифровок, в частности — некоторые слова, которые там могли встречаться, — они попробовали их подставить в разные места шифровки и посмотреть, какой получается ключ. Попав в нужное место, они открывали кусочек ключа, в котором угадывались части осмысленных слов. Восстанавливая эти слова, они раскрывали и новый кусочек шифровки, и так постепенно расшифровали её.

Шифры с открытым ключом

Начиная с 1977 года, стали появляться новые шифры, основанные на глубоких математических идеях, высказанных американскими математиками Диффи и Хеллманом за два года до этого. Представьте себе, что два бизнесмена хотят переписываться друг с другом, надёжно шифруя сообщения, но забыли договориться о ключе. Они находятся в разных странах, всё их общение может прослушиваться конкурентами. Как тут быть? Оказывается, выходы есть. Опишем один из них, но без подробностей, только сам принцип.

Придуман способ шифровки, для которого надо знать лишь произведение pq двух каких-то простых чисел p и q, а сами числа p и q знать не нужно. А вот для расшифровки сообщения обязательно иметь в распоряжении и число p, и число q. «Ну и что тут такого?», — спросите вы. А вот что. Дело в том, что эти простые числа можно взять очень большими. И тут мы сталкиваемся с таким явлением: современные компьютерные мощности огромны, но всё же ограничены. Скажем, компьютер может за разумное время разложить на простые множители 200-значное число, но раскладывание 300-значных чисел ему уже не под силу (любому из известных алгоритмов потребуются многие годы). Всегда есть какая-то подобная граница. А выяснить про число, простое оно или нет, компьютеры могут очень быстро для гораздо более длинных чисел. Так вот, первый из компаньонов может с помощью компьютера найти какие-нибудь два, скажем, 400-значных простых числа p и q, перемножить их и открыто переслать результат второму (а сами числа p и q хранить в тайне). Получив произведение pq, тот зашифрует своё сообщение и отправит обратно первому. И первый его легко расшифрует — он-то знает оба числа p и q. А вот всяким там подслушивателям для расшифровки придётся сначала разложить на множители произведение pq, в котором 800 знаков — а с этим не справится ни один современный компьютер! Этот метод шифровки называется RSA, по первым буквам фамилий его создателей — Ривеста, Шамира и Адлемана.

Конечно, с развитием компьютерных технологий появляется возможность расшифровывать старые сообщения. Первая шифровка авторов RSA, опубликованная ими в 1977 году как вызов всем дешифровальщикам мира, продержалась 17 лет. Также есть опасность, что будет найден новый, быстрый алгоритм разложения чисел на простые множители. Но есть математическая гипотеза, что все такие алгоритмы работают принципиально не быстрее, чем уже известные.

А у вас получится?

Перед вами текст, который получен из хорошо известного заменой каждой буквы на какую-то другую. Расшифруйте его.

Атокг ацынг цлекытуы цлауенг ьи Чолсв, и уими Чолси уманлоти ки эекпв нипеме вматыфюеме, цаткзме утоь чтиьиме, жна ни ацынг ьималчити, андоти атокы д уналакв е, мокыы омв ки чатадо тхс, боцквти:

– Пиё д уимам сото в Укоркаё палатодз, ка ак дцатко садаток е свмион, жна твжбо омв кечсо е щзнг ко марон. Цлежекаё ро дуомв аупатпе ьолпити, жна уесын в коча д уолсйо е д чтиьв. Еш киса вситенг, екижо ак кепачси ко щвсон жотадопам, е Укоркиы палатоди уашликен кис кем удаф дтиунг.

– Ка ко цамаробг те нз Чолсо пип-кещвсг вкежнаренг янв дтиунг?

– Уетгкоо, жом аки оунг, ы ко мачв ох усотинг. Ко десебг лиьдо, пип дотепи ох уети? Ко десебг, жна оё утврин е тфсе е реданкзо? Досг аки щауиы ащабти цатудони! Ко в киу ьикеминг оё уетв! Уети — д ох метам, кодеккам сонупам уолсожпо. Оуте аки уими ко умарон цлакепквнг д жолначе Укоркаё палатодз е еьдтожг еь уолсйи Пиы аупатпе, на мз е цасидка оё ко цамаром! Д сдвш метыш ануфси кижекионуы уис Укоркаё палатодз. Анкоуе нвси содажпв, уцвуне в щатгбача пвуни, цаплзнача плиукзме ычасиме, е, ко мобпиы, даьдлиюиёуы ащлинка!

У янеме утадиме эекпи цасуисети Чолсв ки уцекв атокы, е нан щлауетуы щоринг уа дуош кач.

Английское колесо — Законченные проекты

День добрый!..

 

Где-то, с год назад попросили меня переварить старый бак от мотоцикла, удалить бардачек и вереварить тунель.

Для изготовления латок был сделан сий первый вариант из поднипников

 

Как говорится апетип приходит во время еды, посему было решено сделать полноценный вариант.

По размерам отталкивался от того что планировал первоначально работать с баками и крыльями для мото.

Конструктивно винт подачи сверху и сама рама сборная на болтах. Боковины 8мм, с торцов полоса 4мм. Крепление верхнего колеса имеет эсцентрик для оперативного подъема и замены нижнего. Жесткость рамы конечно получается поменьше нежели у сварной, но в силу того что опыта со сваркой у меня маловато, да и варить моим сварочником такие толщины по времени очень долго…

Найдя вариант колеса с устваивавшей меня конструкцией, импортировал в автокад фото и сделал выкройки боковых панелей. И затем уже все узлы по отдельности и в итоге сборочный для выявления недочетов и ощибок.

 

После проведенных изысканей по поводу изготовления деталей поблизости, был изадачет ценой вопроса и тем что в одном месте сие не сделают, следовательно придется побегать по разным концам города. В итоге детали точили/фрезеровали в Ижевске, и резали плазмой в Перми.

Изменено пользователем murzul

типы шрифтов и их особенности

Криптология – наука, изучающая системы шифрования. С их помощью пользователи могут засекретить сообщения, используя одну из сотен известных миру комбинаций. Это необходимо для того, чтобы скрыть данные от публичного просмотра.

Впервые технологию стали применять ещё в древнем Риме. С развитием письменности и математических наук начали использоваться алгоритмы, поспособствовавшие появлению новых видов зашифровок. Используется система защиты информации в следующих целях:

  • создание головоломок;
  • засекречивание документов и переговоров;
  • противодействие похищению данных при переписке.

Широко системы криптографии применяются специальными и разведывательными службами стран. Они при помощи собственных алгоритмов передают стратегически важную информацию.

Вторые, для кого востребовано шифрование текста — это коммерческие структуры. Ведение переговоров и разработки проектов часто на начальных стадиях скрываются при помощи шифраторов от конкурентов.

Последняя группа пользователей — это обычные граждане. Не запрещается на законодательном уровне проводить зашифровку собственных писем при помощи доступных кодировок. Мессенджеры используют алгоритмы с созданными ключами для защиты передачи информации между пользователями.

Типы шифров

Основной принцип действия любого типа кодировки заключается в шифраторе и дешифраторе. С одного устройства информация в конвертированном виде отправляется, на другое она поступает и преобразуется в нужный текст. Для кодирования и раскодирования информации потребуется обменяться ключом. Он помогает провести раскодировку письма.

По типам информации все доступные способы шифрования разделяются на:

  • симметричные;
  • ассиметричные.

В зависимости от выбранного способа используется свой порядок разработки кода и его конвертации по выбранной системе сокрытия данных.

Симметричные

К симметричным методам шифрования текста относятся системы шифрования с применением заранее разработанного ключа. Его должны знать только лица, ведущие между собой закрытую переписку.  Для оперативного преобразования полученной информации ключ должен быть уже на руках или указан в самом сообщении.

В результате пользователям сначала требуется получить сам исходный код ключа, а после приступить с его помощью к расшифровке полученного сообщения. Действие по созданию кодированного сообщения для отправителя производятся в обратном порядке. Сначала формируется по алгоритму ключ. Далее оформляется письмо по выбранному способу шифровки.

Ассиметричные

Различие с симметричным методом шифрования заключается в ключах. Метод кодирования производится при помощи открытого кода. Он предоставляется в свободном доступе.

Для раскодирования сообщения потребуется второй ключ. Он закрытый и знают его только участники переписки. Метод часто применяется в мессенджерах и почтовых службах. Раскодировать информацию без закрытого кода не выйдет. Его формируют переговорщики.

Группы шифрования

Типы кодирования информации разделяются на алгоритмы и способы. Все они состоят из трех больших групп:

  • замена;
  • перестановка;
  • комбинирование.

В эти группы входят более мелкие подвиды. Всего известно более двадцати разновидностей кодирования данных. Применяется каждое направление для развлечения или защиты сообщений. На основании представленных способов применяя уже разработанный алгоритм, есть возможность создать собственный тип шифрования.

Шифры замены

Метод кодирования не изменяет написанный текст по последовательности. При использовании ключа меняются полностью буквенные и числовые значения.

В эту группу шифрования входят три типа кодирования:

  • моноалфавитный;
  • биграммный;
  • полиалфавитный.

Замены происходят по заранее установленным согласно алгоритму и методу правилам. Кодироваться может как цифровая, так и буквенная информация.

Моноалфавитные шифры

В этом методе кодирования символ меняется на другой. Дополнительно могут изменяться группы на равное количество букв или цифр. Способ легко читаем даже без наличия сформированного ключа. Для раскодировки потребуется провести частотный анализ.

Для этого считается количество символов в зашифрованном тексте. Далее эти числа делятся на количество букв в алфавите, используемом при кодировании. В конце полученная частотность каждой буквы сравнивается с эталонной.

На основе представленного метода используются девять распространённых методов шифрования букв, о которых речь пойдёт дальше. Для раскодировки без ключа, составляется таблица по частотности ключей.

Случайный код

Комбинация, используемая в методе случайных перетасовок, позволяет составить таблицу для замены каждого символа в хаотичном порядке. Удобным способ будет для кодирования коротких сообщений.

При помощи составленной таблицы зашифровать 33 буквы русского алфавита можно 8.683317618811886*10 в 36 степени количеством вариантов. Для кодирования большого текстового файла потребуется много времени.

Ключевое слово

Позволяет закодировать в таблице слова, написанные в начале строки.

Важно! При выборе слова необходимо чтобы все буквы в нём не повторялись.

Прописанное ключевое слово будет выделяться в таблице. Его при необходимости можно зашифровать математическим методом. Способ часто встречается в ребусах и загадках. Для расшифровки потребуется в таблице соединить частотные буквы и числа в кодовом слове и писать их по порядку. На всю таблицу в зависимости от плотности и частотности букв может быть несколько слов.

Атбаш

Изначально использовался метод иудеями для шифровки еврейского алфавита. Дословно название происходит от четырех букв:

  • Алеф;
  • Тав;
  • Бет;
  • Шин.

В названии кроется и способ кодировки. По порядку указанные символы строятся в следующем порядке – первая, последняя, вторая, предпоследняя. Используемое слово или фраза для кодирования замещается по указанному расположению каждого символа.

ROT1

Обозначение переводится с английской аббревиатуры как «передвинуть алфавит на одну букву вперёд». Способ встречается в детских ребусах. Кодировка распространяется только на слова и фразы. Для получения ответа достаточно в закодированном сообщении передвинуть каждую букву вперёд.

Шифр Цезаря

Шифр был назван в честь римского императора. Он изобрёл его для ведения тайной переписки со своими полководцами. Используется для скрытия сообщения описанный выше метод смещения. Отличие заключается в числе ходов. Кодируемая буква должна быть заменена на стоящую перед ней.

Обратите внимание! Сдвигать позицию буквы можно по собственному усмотрению. Если используется русский алфавит, то количество смещений может быть до тридцати трех.

ROT5

Используется принцип замещения. Особенность метода заключается в кодировке только цифр. Для смены используется порядок замещения на пять позиций вперёд или назад. Метод может применяться в совмещении с другими способами, где используется конвертация букв в цифры.

ROT13

Применяется для шифрования букв латинского алфавита. Метод распространён в англоязычном сегменте интернета для скрытия информации, публикуемой на тематических порталах.

Для кодирования алфавит делят на две группы по тринадцать символов, записывая их друг под другом. Замещение каждой буквы производится на тринадцать шагов вперёд либо назад.

ROT18

Метод комбинированный. Правила шифрования используют в себе техники описанных выше способов ROT 5 и ROT 13. При кодировании берутся как вертикальные, так и горизонтальные методы замещения всех букв. Распространяется только на латиницу.

ROT47

Для кодирования информации потребуется 47 первых символов из ASCII-таблицы. В ней представлены не только буквы и числа. В состав входят символы и знаки препинания. Комбинация используется для кодирования сообщений и адресов на интернет ресурсы. Перемещение производится со смещением на выбранное количество позиций по таблице от 1 до 47 знаков.

Квадрат Полибия

Разработчик метода кодирования Полибий, в честь которого был назван метод. Он жил в III веке до нашей эры и был греческим историком и полководцем. Шифр осуществляется по принципу шахматной доски.

Для зашифровки вписываем все буквы алфавита в квадрат, поделённый на клеточки или прямоугольник. Если букв больше чем ячеек, допускается внесение двух символов в одну клетку. Для кодирования берётся нужная буква и переносится на указанное число позиций в этой строке вниз или верх.

Каждое направление можно разделить на количество символов по координатам. При этом достаточно писать верхнюю и нижнюю. Для кодирования записывается пара чисел, означающая адресацию буквы в таблице.

Стихотворный шифр

Кодирование происходит по аналогичному принципу. Составляется квадрат, разделённый шагом на ячейки. В них вписываются строки стихотворения с переносом и отступом на каждую строку.

В случае если окончание строчки стиха не входит в квадрат, он убирается. Если место осталось, вносится следующая строка. Буквы Ё, Й, Х, Ш, Щ, Ъ, Э не участвуют в кодировании. Следует это учитывать при составлении сообщения в рифму. Количество строк по вертикали и по горизонтали в квадрате составляет 10Х10.

Рус Lat

Простой и быстрый способ кодирования информации при помощи клавиатуры. Её полотно будет считаться одновременно шифратором и дешифратором.

Для замены символа потребуется сменить раскладку и написать слово на другом языке. Далее, отмечая расположение каждой из букв, проводится обратная замена.

Литорея

Применялась в древнерусском письме. Делится на два типа:

  • простая;
  • мудрая.

В первом методе буквы Е и Ё объединяются. Оставшиеся 32 символа разделяют на 2 группы по 16 штук. В них проводится замещение верхней буквы на нижнюю и наоборот.

Второй способ включает себя арифметическое действие. Шифруются только гласные либо согласные буквы. Они имеют свой номер. Получить таблицу шифрования координат возможно разгадав арифметический пример.

Шифрование биграммами

Алгоритм использует метод шифрования по принципу двойного квадрата. Для этого применяются по две пары букв. Согласно системе координат рассчитываются значения каждого кодируемого слога.

В зависимости от метода устанавливаются правила кодирования. При использовании группы букв определяется их положение и варианты смещения равные количеству ячеек в каждом квадрате.

Шифр Плейфера

Для использования потребуется составить таблицу 5Х5 ячеек для латинского алфавита либо 6Х6 для русского. Заполняется и кодируется информация при помощи ручного, симметричного ввода каждой пары буквы по свободным квадратам в таблице.

Далее ячейки заполняются буквами от ключевого слова. В оставшемся свободном месте прописываются буквы, не встречающиеся в ключевом слове по порядку. Направление фразы либо слова может быть любым при записи. Для раскодирования используется обратный порядок. Находится ключевое слово, и от него происходит инверсия по направлению к каждой паре букв.

Двойной квадрат Уитстона

Применяются сразу две таблицы. Направление текста используется по первой горизонтали группами букв. Далее сообщение разбивается по одной букве на блоки. В первом блоке находится первая буква из группы, во втором — вторая.

Буквы, находящиеся в одной строке при перестановке остаются в том же месте. Взломать либо раскодировать шифр можно только при наличии компьютера. Вручную способ не поддаётся переводу.

Полиалфавитные шифры

Эта группа включает в себя несколько шифров, применяющих метод простой замены. Используется цикличный способ шифрования информации по разным группам символов.

При этом способе к каждой конкретной букве закодированной фразы может применяться собственный алгоритм шифрования.

Шифр Виженера

Включает в себя последовательность, состоящую из нескольких шифров Цезаря. По каждому из них указывается собственное значение смещения символа.

При кодировании используется таблица квадратов. В неё вносятся буквы согласно указанным символам алфавита в зашифрованном сообщении. Чем больше таблица, тем проще определить количество повторяемых сдвигов фразы и их направления.

Шифр Гронсвельда

Вторая из вариаций кодирования по системе Виженера. Отличие состоит в использовании вместо ключевого слова числа из нескольких символов.

Выбранное число указывает число сдвигов совершаемых при шифровании сообщения по таблице и их порядок написания по ячейкам.

Книжный шифр

Применяется для кодирования большого текста. В качестве ключа выступает книга. Номер слова на выбранной странице будет соответствовать расположению буквы в таблице.

Часто при использовании метода применяется словарь. С помощью расположения буквы устанавливается система координат. В соответствии с номером страницы и номером слова.

Перестановочные шифры

Вторая группа кодирования информации использует переустановку не символов, а фраз. При этом могут применяться разные алгоритмы и правила в зависимости от алфавита и объёма сообщения.

Более специфические системы кодирования используют подмену отдельных символов в предложении. При работе с кодировкой пользователь сразу может определить количество предложений и прописанных букв в нём.

Простая перестановка

При кодировании человек самостоятельно выбирает принцип перестановки букв или фраз. Это может быть число или направление письма. Для расшифровки потребуется узнать ключ и правило, по которому производилась замена символов в предложении или тексте.

Здесь же может применяться метод транспозиции. Каждое отдельно предложение можно записать зеркально – задом наперёд. В тексте может шифроваться по такому принципу и каждое отдельное слово или комбинироваться метод с простой простановкой фраз либо слов.

Транспонирование используется для табличного кодирования. Исходный текст записывается по вертикали. Для шифровки его оформляют по горизонтали или наоборот. Метод штакетника это упрощённый вариант транспонирования. В две строки записывается предложение. В первой строчке чётные буквы, во второй нечётные.

Одиночная перестановка по ключу

Для кодирования текст вносится в таблицу размером 9Х9. Рядом оформляется идентичная. В первой части вписывается кодовая фраза либо предложение.

Во второй каждая буква переводится в число. Кодирование производится по смещению либо заменой. Для этого применяется ключ. В результате полученный зашифрованный вид фразы выписывается построчно.

Двойная перестановка

Накладывается на одиночную. Уже закодированное сообщение шифруется ещё раз. Могут проставляться как столбцы, так и строки. Во втором случае размер таблицы намеренно подбирается больше чем при первом случае шифрования.

Маршрутная перестановка

Это усложнённый тип транспонированной таблицы. Различие заключается в направлении чтения информации в таблице.

Для раскодирования сообщения потребуется знать направление, при котором кодовое слово было скрыто. Часто применяется шахматная доска. Вместо указания направления отмечается фигура с правилом движения по полю.

Перестановка «Волшебный квадрат»

Состоит из квадрата, в клетках которого указаны последовательно натуральные числа. Метод был изобретён в Китае. Важно чтобы разрядность в натуральных числах в итоге соответствовала последовательности написания и расположению в таблице.

Внимание! Раскодирование используется по направлению исходя из кодируемого слова и ключа. Чем больше квадрат, тем больше будет записанное в нём число.

Вращающаяся решётка

Решётка состоит из нескольких квадратов. В них заполнены цифры и есть пробелы. Метод шифрования по направлению считается перестановочным.

Расположение пустых клеток должно быть таким, что при передвижении квадратов на их месте не оставалось пробелов. Для кодирования под решётку с составленными числами подкладывается квадрат с буквами.

При перекладывании верхнего слоя и поворачивании его, в пустых клетках будет отображаться конкретная буква. Необходимо направить решётку так, чтобы в пустое окошко попала именно подходящая буква для шифруемого слова.

Комбинированные шифры

Последний метод кодирования сообщений использует разные варианты скрытия информации. Это может быть смещение по таблице и азбука Морзе. Кодируемая информация преобразуется в числовое значение и предаётся по зашифрованному сигналу через радиоаппаратуру.

Комбинирование методов шифрования создаёт устойчивое к взлому сообщение. Стоит учитывать, что дешифратор должен заранее знать способ кодирования информации и её передачи. Обычно в таких методах передача ключевого значения или подсказки для дешифратора не осуществляется.

Введение в криптографию и шифрование, часть первая. Лекция в Яндексе

Чтобы сходу понимать материалы об инфраструктуре открытых ключей, сетевой безопасности и HTTPS, нужно знать основы криптографической теории. Один из самых быстрых способов изучить их — посмотреть или прочитать лекцию Владимира ivlad Иванова. Владимир — известный специалист по сетям и системам их защиты. Он долгое время работал в Яндексе, был одним из руководителей нашего департамента эксплуатации.


Мы впервые публикуем эту лекцию вместе с расшифровкой. Начнём с первой части. Под катом вы найдёте текст и часть слайдов.

Я когда-то читал в МГУ лекции по крипте, и они занимали у меня по полгода. Я попытаюсь вам всё рассказать за два с половиной часа. Никогда этого не делал. Вот и попробуем.

Кто понимает, что такое DES? AES? TLS? Биноминальное отображение?

Говорить постараемся в общих терминах, потому что сложно и глубоко разбирать не получится: мало времени и базовая подготовка должна быть довольно большой. Будем оперировать общими концепциями, довольно поверхностно.

Мы поговорим о том, что такое криптографические примитивы, простые штучки, из которых впоследствии можно строить более сложные вещи, протоколы.

Мы будем говорить о трех примитивах: симметричном шифровании, аутентификации сообщений и асимметричном шифровании. Из них вырастает очень много протоколов.

Сегодня мы попробуем чуть-чуть поговорить про то, как вырабатываются ключи. В общем виде поговорим о том, как отправить защищенное сообщение, используя криптопримитивы, которые у нас есть, от одного пользователя другому.

Когда люди говорят про крипту вообще, есть несколько фундаментальных принципов. Один из них — принцип Керкгоффса, который говорит, что open source в криптографии очень важен. Если точнее, он дает общее знание об устройстве протоколов. Смысл очень простой: криптографические алгоритмы, которые используются в той или иной системе, не должны быть секретом, обеспечивающим ее устойчивость. В идеале необходимо строить системы так, чтобы их криптографическая сторона была полностью известна атакующему и единственным секретом являлся криптографический ключ, который в данной системе используется.

Современные и коммерчески доступные системы шифрования — все или почти все или лучшие из них — построены из компонент, устройство и принцип работы которых хорошо известны. Единственная секретная вещь в них — ключ шифрования. Есть только одно известное мне значимое исключение — набор секретных криптографических протоколов для всевозможных государственных организаций. В США это называется NSA suite B, а в России это всякие странные секретные алгоритмы шифрования, которые до определенной степени используются военными и государственными органами.

Не сказал бы, что такие алгоритмы приносят им большую пользу, за исключением того, что это примерно как атомная физика. Можно попытаться по пониманию дизайна протокола понять направление мысли людей, которые его разработали, и неким образом обогнать другую сторону. Не знаю, насколько такой принцип актуален по нынешним меркам, но люди, знающие про это больше меня, поступают именно так.

В каждом коммерческом протоколе, с которым вы столкнетесь, ситуация обстоит иначе. Там везде используется открытая система, все придерживаются этого принципа.

Первый криптографический примитив — симметричные шифры.

Они очень простые. У нас есть какой-то алгоритм, на вход которого поступает открытый текст и нечто, называемое ключом, какое-то значение. На выходе получается зашифрованное сообщение. Когда мы хотим его дешифровать, важно, чтобы мы брали тот же самый ключ шифрования. И, применяя его к другому алгоритму, алгоритму расшифровки, мы из шифротекста получаем наш открытый текст назад.

Какие здесь важные нюансы? В большинстве распространенных алгоритмов симметричного шифрования, с которыми можно столкнуться, размер шифротекста всегда равен размеру открытого текста. Современные алгоритмы шифрования оперируют размерами ключей. Размер ключей измеряется в битах. Современный размер — от 128 до 256 бит для алгоритмов симметричного шифрования. Об остальном, в том числе о размере блока, мы поговорим позже.

Исторически, в условном IV веке до нашей эры, существовало два метода дизайна шифров: шифры подстановки и перестановки. Шифры подстановки — алгоритм, где в те времена заменяли одну букву сообщения на другую по какому-то принципу. Простой шифр подстановки — по таблице: берем таблицу, где написано, что А меняем на Я, Б на Ю и т. д. Дальше по этой таблице шифруем, по ней же дешифруем.

Как вы считаете, с точки зрения размера ключа насколько это сложный алгоритм? Сколько вариантов ключей существует? Порядок факториала длины алфавита. Мы берем таблицу. Как мы ее строим? Допустим, есть таблица на 26 символов. Букву А можем заменить на любой из них, букву Б — на любой из оставшихся 25, С — на любой из оставшихся 24… Получаем 26*25*24*… — то есть факториал от 26. Факториал размерности алфавита.

Если взять log226!, это будет очень много. Думаю, вы точно получите в районе 100 бит длины ключа, а то и поболее. Оказалось, что с точки зрения формального представления стойкости указанный алгоритм шифрования — довольно неплохой. 100 бит — приемлемо. При этом все, наверное, в детстве или юности, когда сталкивались с кодировками, видели, что такие алгоритмы дешифруются тривиально. Проблем с расшифровкой нет.

Долго существовали всякие алгоритмы подстановки в разных конструкциях. Одним из них, еще более примитивным, является шифр Цезаря, где таблица формируется не случайной перестановкой символов, а сдвигом на три символа: А меняется на D, B на Е и т. д. Понятно, что шифр Цезаря вместе со всеми его вариантами перебрать очень легко: в отличие от табличной подстановки, в ключе Цезаря всего 25 вариантов при 26 буквах в алфавите — не считая тривиального шифрования самого в себя. И его как раз можно перебрать полным перебором. Здесь есть некоторая сложность.

Почему шифр табличной подстановки такой простой? Откуда возникает проблема, при которой мы можем легко, даже не зная ничего про криптографию, расшифровать табличную подстановку? Дело в частотном анализе. Есть самые распространенные буквы — какая-нибудь И или Е. Их распространенность велика, гласные встречаются намного чаще, чем согласные, и существуют негативные пары, никогда не встречающиеся в естественных языках, — что-то вроде ЬЪ. Я даже давал студентам задание сделать автоматический дешифратор шифра подстановки, и, в принципе, многие справлялись.

В чем проблема? Надо статистику распределения букв исказить, чтобы распространенные буквы не так светились в зашифрованном тексте. Очевидный способ: давайте будем шифровать самые часто встречающиеся буквы не в один символ, а в пять разных, например. Если буква встречается в среднем в пять раз чаще, то давайте по очереди — сначала в первый символ будем зашифровывать, потом во второй, в третий и т. д. Далее у нас получится маппинг букв не 1 к 1, а, условно, 26 к 50. Статистика, таким образом, нарушится. Перед нами первый пример полиалфавитного шифра, который как-то работал. Однако с ним есть довольно много проблем, а главное, очень неудобно работать с таблицей.

Дальше придумали: давайте не будем шифровать такими таблицами, а попробуем брать шифр Цезаря и для каждой следующей буквы изменять сдвиг. Результат — шифр Виженера.

Берем в качестве ключа слово ВАСЯ. Берем сообщение МАША. Задействуем шифр Цезаря, но отсчитывая от этих букв. Например, В — третья буква в алфавите. Мы должны сдвинуть на три буквы соответствующую букву в открытом тексте. М сдвигается в П. А в А. Ш — на 16, перескочим букву А, получим, условно, Д. Я сдвинет А в Я. ПАДЯ.

Что удобно в получившемся шифре? Здесь было две одинаковых буквы, но в результате они зашифровались в разные. Это классно, потому что размывает статистику. Метод хорошо работал, пока где-то в XIX веке, буквально недавно на фоне истории криптографии, не придумали, как его ломать. Если посмотреть на сообщение из нескольких десятков слов, а ключ довольно короткий, то вся конструкция выглядит как несколько шифров Цезаря. Мы говорим: окей, давайте каждую четвертую букву — первую, пятую, девятую — рассматривать как шифр Цезаря. И поищем среди них статистические закономерности. Мы обязательно их найдем. Потом возьмем вторую, шестую, десятую и так далее. Опять найдем. Тем самым мы восстановим ключ. Единственная проблема — понять, какой он длины. Это не очень сложно, ну какой он может быть длины? Ну 4, ну 10 символов. Перебрать 6 вариантов от 4 до 10 не очень сложно. Простая атака — она была доступна и без компьютеров, просто за счет ручки и листа бумаги.

Как из этой штуки сделать невзламываемый шифр? Взять ключ размера текста. Персонаж по имени Клод Шэннон в ХХ веке, в 1946 году, написал классическую первую работу по криптографии как по разделу математики, где сформулировал теорему. Длина ключа равна длине сообщения — он использовал XOR вместо сложения по модулю, равному длине алфавита, но в данной ситуации это не очень принципиально. Ключ сгенерирован случайным образом, является последовательностью случайных бит, и на выходе тоже получится случайная последовательность бит. Теорема: если у нас есть такой ключ, то подобная конструкция является абсолютно стойкой. Доказательство не очень сложное, но сейчас не буду про него говорить.

Важно, что можно создать невзламываемый шифр, но у него есть недостатки. Во-первых, ключ должен быть абсолютно случайным. Во-вторых, он никогда не должен использоваться повторно. В-третьих, длина ключа должна быть равна длине сообщения. Почему нельзя использовать один и тот же ключ для шифровки разных сообщений? Потому что, перехватив этот ключ в следующий раз, можно будет расшифровать все сообщения? Нет. В первых символах будет виден шифр Цезаря? Не очень понял. Кажется, нет.

Возьмем два сообщения: МАША, зашифрованная ключом ВАСЯ, и другое слово, у которого ключ тоже был ВАСЯ, — ВЕРА. Получим примерно следующее: ЗЕШЯ. Сложим два полученных сообщения, причем так, чтобы два ключа взаимно удалились. В итоге получим лишь разницу между осмысленным шифротекстом и осмысленным шифротекстом. На XOR это делается удобнее, чем на сложении по длине алфавита, но разницы практически никакой.

Если мы получили разницу между двумя осмысленными шифротекстами, то дальше, как правило, становится намного легче, поскольку у текстов на естественном языке высокая избыточность. Зачастую мы можем догадаться, что происходит, делая разные предположения, гипотезы. А главное, что каждая верная гипотеза будет раскрывать нам кусочек ключа, а значит и кусочки двух шифротекстов. Как-то так. Поэтому плохо.

Помимо шифров подстановки, были еще шифры перестановки. С ними тоже все довольно просто. Берем сообщение ВАСЯИ, записываем его в блок какой-то длины, например в ДИДОМ, и считываем результат так же.

Не бог весть какая штука. Как ее ломать, тоже понятно — переберем все возможные варианты перестановок. Тут их не очень много. Берем длину блока, подбираем и восстанавливаем.

В качестве следующей итерации был выбран такой способ: возьмем все то же самое, а сверху напишем какой-нибудь ключ — СИМОН. Переставим столбцы так, чтобы буквы оказались в алфавитном порядке. В итоге получим новую перестановку по ключу. Она уже намного лучше старой, поскольку количество перестановок намного больше и подобрать ее не всегда легко.

Каждый современный шифр тем или иным способом базируется на этих двух принципах — подстановки и перестановки. Сейчас их использование намного более сложное, но сами базовые принципы остались прежними.

Если говорить про современные шифры, они делятся на две категории: поточные и блочные. Поточный шифр устроен так, что фактически представляет собой генератор случайных чисел, выход которого мы складываем по модулю 2, «ксорим», с нашим шифротекстом, как видно у меня на слайде. Ранее я сказал: если длина получившегося ключевого потока — она же ключ — абсолютно случайная, никогда повторно не используется и ее длина равна длине сообщения, то у нас получился абсолютно стойкий шифр, невзламываемый.

Возникает вопрос: как сгенерировать на такой шифр случайный, длинный и вечный Ключ? Как вообще работают поточные шифры? По сути, они представляют собой генератор случайного числа на основе какого-то начального значения. Начальное значение и является ключом шифра, ответом.

Из этой истории есть одно занятное исключение — шифроблокноты. Речь идет о настоящей шпионской истории про настоящий шпионаж. Некие люди, которым нужна абсолютно устойчивая коммуникация, генерируют случайные числа — например, буквальным бросанием кубика или буквальным выниманием шаров из барабана, как в лото. Создают два листа, где печатают эти случайные числа. Один лист отдают получателю, а второй оставляют у отправителя. При желании пообщаться они используют этот поток случайных чисел в качестве ключевого потока. Нет, история взята не из совсем далекого прошлого. У меня есть настоящий радиоперехват от 15 октября 2014 года: 7 2 6, 7 2 6, 7 2 6. Это позывной. 4 8 3, 4 8 3, 4 8 3. Это номер шифроблокнота. 5 0, 5 0, 5 0. Это количество слов. 8 4 4 7 9 8 4 4 7 9 2 0 5 1 4 2 0 5 1 4 и т. д. 50 таких числовых групп. Не знаю где, где-то не в России сидел какой-нибудь человек с ручкой и карандашом у обычного радиоприемника и записывал эти цифры. Записав их, он достал похожую штуку, сложил их по модулю 10 и получил свое сообщение. Другими словами, это реально работает, и подобное сообщение нельзя взломать. Если действительно были сгенерированы хорошие случайные числа и он впоследстии сжег бумажку с ключом, то осуществить взлом нельзя никак, совсем.

Но тут есть довольно много проблем. Первая — как нагенерировать по-настоящему хорошие случайные числа. Мир вокруг нас детерминирован, и если мы говорим про компьютеры, они детерминированы полностью.

Во-вторых, доставлять ключи такого размера… если мы говорим про передачу сообщений из 55 цифровых групп, то проделать подобное не очень сложно, а вот передать несколько гигабайт текста — уже серьезная проблема. Следовательно, нужны какие-нибудь алгоритмы, которые, по сути, генерируют псевдослучайные числа на основе какого-нибудь небольшого начального значения и которые могли бы использоваться в качестве таких потоковых алгоритмов.

Самый исторически распространенный алгоритм подобного рода называется RC4. Он был разработан Роном Ривестом лет 25 назад и активно использовался очень долго, был самым распространенным алгоритмом для TLS, всех его различных вариантов, включая HTTPS. Но в последнее время RC4 начал показывать свой возраст. Для него существует некоторое количество атак. Он активно используется в WEP. Была одна хорошая лекция Антона, история, которая показывает: плохое применение пристойного даже по нынешним меркам алгоритма шифрования приводит к тому, что компрометируется вся система.

RC4 устроен несложно. На слайде целиком описана его работа. Есть внутренний байтовый стейт из 256 байт. На каждом шаге этого стейта есть два числа, два указателя на разные байты в стейте. И на каждом шаге происходит сложение между этими числами — они помещаются в некоторое место стейта. Полученный оттуда байт является следующим байтом в числовой последовательности. Вращая эту ручку таким образом, выполняя подобное действие на каждом шаге, мы получаем каждый следующий байт. Мы можем получать следующий байт числовой последовательности вечно, потоком.

Большое достоинство RC4 — в том, что он целиком внутрибайтовый, а значит, его программная реализация работает довольно быстро — сильно быстрее, в разы, если не в десятки раз быстрее, чем сравнимый и существовавший примерно в одно время с ним шифр DES. Поэтому RC4 и получил такое распространение. Он долго был коммерческим секретом компании RSA, но потом, где-то в районе 90-х годов, некие люди анонимно опубликовали исходники его устройства в списке рассылки cypherpunks. В результате возникло много драмы, были крики, мол, как же так, какие-то неприличные люди украли интеллектуальную собственность компании RSA и опубликовали ее. RSA начала грозить всем патентами, всевозможными юридическими преследованиями. Чтобы их избежать, все реализации алгоритма, которые находятся в опенсорсе, называются не RC4, а ARC4 или ARCFOUR. А — alleged. Речь идет о шифре, который на всех тестовых кейсах совпадает с RC4, но технически вроде как им не является.

Если вы конфигурируете какой-нибудь SSH или OpenSSL, вы в нем не найдете упоминания RC4, а найдете ARC4 или что-то подобное. Несложная конструкция, он уже старенький, на него сейчас есть атаки, и он не очень рекомендуется к использованию.

Было несколько попыток его заменить. Наверное, на мой предвзятый взгляд самым успешным стал шифр Salsa20 и несколько его последователей от широко известного в узких кругах персонажа Дэна Берштайна. Линуксоидам он обычно известен как автор qmail.

Salsa20 устроен сложнее, чем DES. Его блок-схема сложная, но он обладает несколькими интересными и классными свойствами. Для начала, он всегда выполняется за конечное время, каждый его раунд, что немаловажно для защиты от тайминг-атак. Это такие атаки, где атакующий наблюдает поведение системы шифрования, скармливая ей разные шифротексты или разные ключи за этим черным ящиком. И, понимая изменения во времени ответа или в энергопотреблении системы, он может делать выводы о том, какие именно процессы произошли внутри. Если вы думаете, что атака сильно надуманная, это не так. Очень широко распространены атаки подобного рода на смарт-карты — очень удобные, поскольку у атакующего есть полный доступ к коробке. Единственное, что он, как правило, не может в ней сделать, — прочитать сам ключ. Это сложно, а делать все остальное он может — подавать туда разные сообщения и пытаться их расшифровать.

Salsa20 устроен так, чтобы он всегда выполнялся за константное одинаковое время. Внутри он состоит всего из трех примитивов: это сдвиг на константное время, а также сложение по модулю 2 и по модулю 32, 32-битных слов. Скорость Salsa20 еще выше, чем у RC4. Он пока что не получил такого широкого распространения в общепринятой криптографии — у нас нет cipher suite для TLS, использующих Salsa20, — но все равно потихоньку становится мейнстримом. Указанный шифр стал одним из победителей конкурса eSTREAM по выбору лучшего поточного шифра. Их там было четыре, и Salsa — один из них. Он потихоньку начинает появляться во всяких опенсорс-продуктах. Возможно, скоро — может, через пару лет — появятся даже cipher suite в TLS с Salsa20. Мне он очень нравится.

На него имеется некоторое количество криптоанализа, есть даже атаки. Снаружи он выглядит как поточный, генерируя на основе ключа последовательность почти произвольной длины, 264. Зато внутри он работает как блочный. В алгоритме есть место, куда можно подставить номер блока, и он выдаст указанный блок.

Какая проблема с поточными шифрами? Если у вас есть поток данных, передаваемый по сети, поточный шифр для него удобен. К вам влетел пакет, вы его зашифровали и передали. Влетел следующий — приложили эту гамму и передали. Первый байт, второй, третий по сети идут. Удобно.

Если данные, например гигабайтный файл целиком, зашифрованы на диске поточным шифром, то чтобы прочитать последние 10 байт, вам нужно будет сначала сгенерировать гаммы потока шифра на 1 гигабайт, и уже из него взять последние 10 байт. Очень неудобно.

В Salsa указанная проблема решена, поскольку в нем на вход поступает в том числе и номер блока, который надо сгенерировать. Дальше к номеру блока 20 раз применяется алгоритм. 20 раундов — и мы получаем 512 бит выходного потока.

Самая успешная атака — в 8 раундов. Сам он 256-битный, а сложность атаки в 8 раундов — 250 или 251 бит. Считается, что он очень устойчивый, хороший. Публичный криптоанализ на него есть. Несмотря на всю одиозность личности Берштайна в этом аспекте, мне кажется, что штука хорошая и у нее большее будущее.

Исторически поточных шифров было много. Они первые не только в коммерческом шифровании, но и в военном. Там использовалось то, что называлось линейными регистрами сдвига.

Какие тут проблемы? Первая: в классических поточных шифрах, не в Salsa, чтобы расшифровать последнее значение гигабайтного файла, последний байт, вам нужно сначала сгенерировать последовательность на гигабайт. От нее вы задействуете только последний байт. Очень неудобно.

Поточные шифры плохо пригодны для систем с непоследовательным доступом, самый распространенный пример которых — жесткий диск.

Есть и еще одна проблема, о ней мы поговорим дальше. Она очень ярко проявляется в поточных шифрах. Две проблемы в совокупности привели к тому, что здорово было бы использовать какой-нибудь другой механизм.

Другой механизм для симметричного шифрования называется блочным шифром. Он устроен чуть по-другому. Он не генерирует этот ключевой поток, который надо ксорить с нашим шифротекстом, а работает похоже — как таблица подстановок. Берет блок текста фиксированной длины, на выходе дает такой же длины блок текста, и всё.

Размер блока в современных шифрах — как правило, 128 бит. Бывают разные вариации, но как правило, речь идет про 128 или 256 бит, не больше и не меньше. Размер ключа — точно такой же, как для поточных алгоритмов: 128 или 256 бит в современных реализациях, от и до.

Из всех широко распространенных блочных шифров сейчас можно назвать два — DES и AES. DES очень старый шифр, ровесник RC4. У DES сейчас размер блока — 64 бита, а размер ключа — 56 бит. Создан он был в компании IBM под именем Люцифер. Когда в IBM его дизайном занимался Хорст Фейстель, они предложили выбрать 128 бит в качестве размера блока. А размер ключа был изменяемый, от 124 до 192 бит.

Когда DES начал проходит стандартизацию, его подали на проверку в том числе и в АНБ. Оттуда он вернулся с уменьшенным до 64 бит размером блока и уменьшенным до 56 бит размером ключа.

20 лет назад вся эта история наделала много шума. Все говорили — наверняка они туда встроили закладку, ужасно, подобрали такой размер блока, чтобы получить возможность атаковать. Однако большое достоинство DES в том, что это первый шифр, который был стандартизован и стал тогда основой коммерческой криптографии.

Его очень много атаковали и очень много исследовали. Есть большое количество всевозможных атак. Но ни одной практически реализуемой атаки до сих пор нет, несмотря на его довольно почтенный возраст. Единственное, размер ключа в 56 бит сейчас просто неприемлемый и можно атаковать полным перебором.

Как устроен DES? Фейстель сделал классную штуку, которую называют сетью Фейстеля. Она оперирует блоками. Каждый блок, попадающий на вход, делится на две части: левую и правую. Левая часть становится правой без изменений. Правая часть ксорится с результатом вычисления некой функции, на вход которой подается левая часть и ключ. После данного преобразования правая часть становится левой.

У нее есть несколько интересных достоинств. Первое важное достоинство: функция F может быть любой. Она не должна обладать свойствами обратимости, она может и не быть линейной или нелинейной. Все равно шифр остается симметричным.

Второе очень удобное свойство: расшифровка устроена так же, как шифрование. Если нужно расшифровать данную сеть, вы в прежний механизм вместо открытого текста засовываете шифротекст и на выходе вновь получаете открытый текст.

Почему это удобно? 30 лет назад удобство являлось следствием того, что шифраторы были аппаратными и заниматься дизайном отдельного набора микросхем для шифрования и для расшифровки было трудоемко. А в такой конструкции все очень здорово, фактически мы можем один блок использовать для разных задач.

В реальной ситуации такая конструкция — один раунд блочного шифра, то есть в реальном шифре она выполняется 16 раз с разными ключами. На каждом 16 раунде генерируется отдельный ключ и 16 раундовых подключей, каждый из которых применяется на каждом раунде для функции F.

Раунд тоже выглядит довольно несложно — он состоит всего из двух-трех операций. Первая операция: размер попавшегося полублока становится равен 32 бита, полубок проходит функцию расширения, на вход попадает 32 бита. Дальше мы по специальной несекретной таблице немного добавляем к 32 битам, превращая их в 48: некоторые биты дублируются и переставляются, такая гребеночка.

Потом мы его ксорим с раундовым ключом, размер которого — тоже 48 бит, и получаем 48-битное значение.
Затем оно попадает в набор функций, которые называются S-боксы и преобразуют каждый бит входа в четыре бита выхода. Следовательно, на выходе мы из 48 бит снова получаем 32 бита.

И наконец, окончательная перестановка P. Она опять перемешивает 32 бита между собой. Все очень несложно, раундовая функция максимально простая.

Самое интересное ее свойство заключается в указанных S-боксах: задумано очень сложное превращение 6 бит в 4. Если посмотреть на всю конструкцию, видно, что она состоит из XOR и пары перестановок. Если бы S-боксы были простыми, весь DES фактически представлял бы собой некоторый набор линейных преобразований. Его можно было бы представить как матрицу, на которую мы умножаем наш открытый текст, получая шифротекст. И тогда атака на DES была бы тривиальной: требовалось бы просто подобрать матрицу.

Вся нелинейность сосредоточена в S-боксах, подобранных специальным образом. Существуют разные анекдоты о том, как именно они подбирались. В частности, примерно через 10 лет после того, как DES был опубликован и стандартизован, криптографы нашли новый тип атак — дифференциальный криптоанализ. Суть атаки очень простая: мы делаем мелкие изменения в открытом тексте — меняя, к примеру, значение одного бита с 0 на 1 — и смотрим, что происходит с шифротекстом. Выяснилось, что в идеальном шифре изменение одного бита с 0 на 1 должно приводить к изменению ровно половины бит шифротекста. Выяснилось, что DES, хоть он и был сделан перед тем, как открыли дифференциальный криптоанализ, оказался устойчивым к этому типу атак. В итоге в свое время возникла очередная волна паранойи: мол, АНБ еще за 10 лет до открытых криптографов знало про существование дифференциального криптоанализа, и вы представляете себе, что оно может знать сейчас.

Анализу устройства S-боксов посвящена не одна сотня статей. Есть классные статьи, которые называются примерно так: особенности статистического распределения выходных бит в четвертом S-боксе. Потому что шифру много лет, он досконально исследован в разных местах и остается достаточно устойчивым даже по нынешним меркам.

56 бит сейчас уже можно просто перебрать на кластере машин общего назначения — может, даже на одном. И это плохо. Что можно предпринять?

Просто сдвинуть размер ключа нельзя: вся конструкция завязана на его длину. Triple DES. Очевидный ответ был таким: давайте мы будем шифровать наш блок несколько раз, устроим несколько последовательных шифрований. И здесь всё не слишком тривиально.

Допустим, мы берем и шифруем два раза. Для начала нужно доказать, что для шифрований k1 и k2 на двух разных ключах не существует такого шифрования на ключе k3, что выполнение двух указанных функций окажется одинаковым. Здесь вступает в силу свойство, что DES не является группой. Тому существует доказательство, пусть и не очень тривиальное.

Окей, 56 бит. Давайте возьмем два — k1 и k2. 56 + 56 = 112 бит. 112 бит даже по нынешним меркам — вполне приемлемая длина ключа. Можно считать нормальным всё, что превышает 100 бит. Так почему нельзя использовать два шифрования, 112 бит?

Одно шифрование DES состоит из 16 раундов. Сеть применяется 16 раз. Изменения слева направо происходят 16 раз. И он — не группа. Есть доказательство того, что не существует такого ключа k3, которым мы могли бы расшифровать текст, последовательно зашифрованный выбранными нами ключами k1 и k2.

Есть атака. Давайте зашифруем все возможные тексты на каком-нибудь ключе, возьмем шифротекст и попытаемся его расшифровать на всех произвольных ключах. И здесь, и здесь получим 256 вариантов. И где-то они сойдутся. То есть за два раза по 256 вариантов — плюс память для хранения всех расшифровок — мы найдем такую комбинацию k1 и k2, при которых атака окажется осуществимой.

Эффективная стойкость алгоритма — не 112 бит, а 57, если у нас достаточно памяти. Нужно довольно много памяти, но тем не менее. Поэтому решили — так работать нельзя, давайте будем шифровать три раза: k1, k2, k3. Конструкция называется Triple DES. Технически она может быть устроена по-разному. Поскольку в DES шифрование и дешифрование — одно и то же, реальные алгоритмы иногда выглядят так: зашифровать, расшифровать и снова расшифровать — чтобы выполнять операции в аппаратных реализациях было проще.

Наша обратная реализация Triple DES превратится в аппаратную реализацию DES. Это может быть очень удобно в разных ситуациях для задачи обратной совместимости.

Где применялся DES? Вообще везде. Его до сих пор иногда можно пронаблюдать для TLS, существуют cipher suite для TLS, использующие Triple DES и DES. Но там он активно отмирает, поскольку речь идет про софт. Софт легко апдейтится.

А вот в банкоматах он отмирал очень долго, и я не уверен, что окончательно умер. Не знаю, нужна ли отдельная лекция о том, как указанная конструкция устроена в банкоматах. Если коротко, клавиатура, где вы вводите PIN, — самодостаточная вещь в себе. В нее загружены ключи, и наружу она выдает не PIN, а конструкцию PIN-блок. Конструкция зашифрована — например, через DES. Поскольку банкоматов огромное количество, то среди них много старых и до сих пор можно встретить банкомат, где внутри коробки реализован даже не Triple DES, а обычный DES.

Однажды DES стал показывать свой возраст, с ним стало тяжело, и люди решили придумать нечто поновее. Американская контора по стандартизации, которая называется NIST, сказала: давайте проведем конкурс и выберем новый классный шифр. Им стал AES.

DES расшифровывается как digital encrypted standard. AES — advanced encrypted standard. Размер блока в AES — 128 бит, а не 64. Это важно с точки зрения криптографии. Размер ключа у AES — 128, 192 или 256 бит. В AES не используется сеть Фейстеля, но он тоже многораундовый, в нем тоже несколько раз повторяются относительно примитивные операции. Для 128 бит используется 10 раундов, для 256 — 14.

Сейчас покажу, как устроен каждый раунд. Первый и последний раунды чуть отличаются от стандартной схемы — тому есть причины.

Как и в DES, в каждом раунде AES есть свои раундовые ключи. Все они генерируются из ключа шифрования для алгоритма. В этом месте AES работает так же, как DES. Берется 128-битный ключ, из него генерируется 10 подключей для 10 раундов. Каждый подключ, как и в DES, применяется на каждом конкретном раунде.

Каждый раунд состоит из четырех довольно простых операций. Первый раунд — подстановка по специальной таблице.

В AES мы строим байтовую матрицу размером 4 на 4. Каждый элемент матрицы — байт. Всего получается 16 байт или 128 бит. Они и составляют блок AES целиком.

Вторая операция — побайтовый сдвиг.

Устроен он несложно, примитивно. Мы берем матрицу 4 на 4. Первый ряд остается без изменений, второй ряд сдвигается на 1 байт влево, третий — на 2 байта, четвертый — на 3, циклично.

Далее мы производим перемешивание внутри колонок. Это тоже очень несложная операция. Она фактически переставляет биты внутри каждой колонки, больше ничего не происходит. Можно считать ее умножением на специальную функцию.

Четвертая, вновь очень простая операция — XOR каждого байта в каждой колонке с соответствующим байтом ключа. Получается результат.

В первом раунде лишь складываются ключи, а три других операции не используются. В последнем раунде не происходит подобного перемешивания столбцов:

Дело в том, что это не добавило бы никакой криптографической стойкости и мы всегда можем обратить последний раунд. Решили не тормозить конструкцию лишней операцией.

Мы повторяем 4 описанных шага 10 раз, и на выходе из 128-битного блока снова получаем 128-битный блок.

Какие достоинства у AES? Он оперирует байтами, а не битами, как DES. AES намного быстрее в софтовых реализациях. Если сравнить скорость выполнения AES и DES на современной машине, AES окажется в разы быстрее, даже если говорить о реализации исключительно в программном коде.

Производители современных процессоров, Intel и AMD, уже разработали ассемблерные инструкции для реализации AES внутри чипа, потому что стандарт довольно несложный. Как итог — AES еще быстрее. Если через DES на современной машинке мы можем зашифровать, например, 1-2 гигабита, то 10-гигабитный AES-шифратор находится рядом и коммерчески доступен обычным компаниям.

Блочный алгоритм шифрует блок в блок. Он берет блок на 128 или 64 бита и превращает его в блок на 128 или 64 бита.

А что мы будем делать, если потребуется больше, чем 16 байт?

Первое, что приходит в голову, — попытаться разбить исходное сообщение на блоки, а блок, который останется неполным, дополнить стандартной, известной и фиксированной последовательностью данных.

Да, очевидно, побьем всё на блоки по 16 байт и зашифруем. Такое шифрование называется ECB — electronic code boot, когда каждый из блоков по 16 байт в случае AES или по 8 байт в случае DES шифруется независимо.

Шифруем каждый блок, получаем шифротекст, складываем шифротексты и получаем полный результат.

Примерно так выглядит картинка, зашифрованная в режиме ECB. Даже если мы представим себе, что шифр полностью надежен, кажется, что результат менее чем удовлетворительный. В чем проблема? В том, что это биективное отображение. Для одинакового входа всегда получится одинаковый выход, и наоборот — для одинакового шифротекста всегда получится одинаковый открытый текст.

Надо бы как-нибудь исхитриться и сделать так, чтобы результат на выходе все время получался разным, в зависимости от местонахождения блока — несмотря на то, что на вход подаются одинаковые блоки шифротекста. Первым способом решения стал режим CBC.

Мы не только берем ключ и открытый текст, но и генерируем случайное число, которое не является секретным. Оно размером с блок. Называется оно инициализационным вектором.

При шифровании первого блока мы берем инициализационный вектор, складываем его по модулю 2 с открытым текстом и шифруем. На выходе — шифротекст. Дальше складываем полученный шифротекст по модулю 2 со вторым блоком и шифруем. На выходе — второй блок шифротекста. Складываем его по модулю 2 с третьим блоком открытого текста и шифруем. На выходе получаем третий блок шифротекста. Здесь видно сцепление: мы каждый следующий блок сцепляем с предыдущим.

В результате получится картинка, где всё, начиная со второго блока, равномерно размазано, а первый блок каждый раз зависит от инициализационного вектора. И она будет абсолютно перемешана. Здесь все неплохо.

Однако у CBC есть несколько проблем.

О размере блока. Представьте: мы начали шифровать и, допустим, у нас DES. Если бы DES был идеальным алгоритмом шифрования, выход DES выглядел бы как равномерно распределенные случайные числа длиной 64 бита. Какова вероятность, что в выборке из равномерно распределенных случайных чисел длиной 64 бита два числа совпадут для одной операции? 1/(264). А если мы сравниваем три числа? Давайте пока прервемся.

Vigenère Cipher — декодер, кодировщик, решатель, транслятор

Для дешифрования Vigenere требуется ключ (и алфавит). Что касается шифрования, то здесь возможны два способа.

Расшифровка Vigenere путем вычитания букв

Пример: Для расшифровки NGMNI используется ключ KEY и алфавит ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ.

Для расшифровки возьмите первую букву зашифрованного текста и первую букву ключа и вычтите их значение (буквы имеют значение, равное их положению в алфавите, начиная с 0).Если результат отрицательный, прибавьте 26 (26 = количество букв в алфавите), результат дает ранг простой буквы.

Пример: Возьмите первые буквы зашифрованного текста N (значение = 13) и ключ K (значение = 10) и вычтите их (13-10 = 3), буква значения 3 будет D.

Продолжить со следующими буквами сообщения и следующими буквами ключа, когда дойдете до конца ключа, вернитесь к первому ключу ключа.

Пример: NGMNI
KEYKE

Пример: DCODE — это простой текст.

Расшифровка Vigenere с помощью таблицы

Чтобы расшифровать Vigenere с помощью квадратной таблицы с двойной записью, используйте следующую сетку (регистр букв ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ):

table

table Ключ КЛЮЧ.

Находит первую букву ключа в левом столбце и находит в строке первую букву зашифрованного сообщения. Затем поднимитесь по столбцу, чтобы прочитать первую букву, это соответствующая простая буква.

Пример: Найдите букву K в первом столбце и в ее строке найдите ячейку с буквой N, имя ее столбца — D, это первая буква простого сообщения.

Продолжайте со следующими буквами сообщения и следующими буквами ключа, когда дойдете до конца ключа, вернитесь к первому ключу ключа.

Пример: Исходный простой текст — DCODE.

.

Cipher Identifier (онлайн-инструмент) | Boxentriq

Застряли с шифром или криптограммой? Этот инструмент поможет вам определить тип шифра, а также даст вам информация о возможных полезных инструментах для ее решения.

Этот инструмент использует технологию искусственного интеллекта / машинного обучения для распознавания более 25 распространенных типов и кодировок шифров, включая: Caesar Cipher, Vigenère Cipher (включая вариант autokey), Beaufort Cipher (включая вариант autokey), Playfair Cipher, Двухквадратный / двойной шифр Playfair, столбчатый шифр транспонирования, двунаправленный шифр, четырехквадратный шифр, шифр Атбаш и многое другое!

-> Попробуйте свои силы в головоломках Boxentriq.Кликните сюда. <-

Вы должны ввести сообщение.

Удалить пробелы Только буквы Обеспечить регресс ВЕРХНИЙ ниже 5-групп Отменить

Анализировать текст копия Вставить Параметры текста…

Примечание. Для получения точных результатов ваш зашифрованный текст должен содержать не менее 25 символов.

Результаты анализа

Вероятно, ваш зашифрованный текст имеет следующий тип:

Примечание. Длина зашифрованного текста не превышает 25 символов. Результаты менее надежны.

Для дальнейшего анализа текста и статистики щелкните здесь.

Цезарь Шифр ​​

Шифр Цезаря, также известный как шифр сдвига, является одним из старейших и самых известных шифров в истории. Будучи обманчиво простым, он исторически использовался для важных секретов и до сих пор популярен среди головоломок. В шифре Цезаря каждая буква сдвигается на фиксированное количество шагов в алфавите.

Моноалфавитный шифр замещения

Моноалфавитный шифр замещения — один из самых популярных шифров среди создателей головоломок.Каждая буква заменяется другой буквой в алфавите. Если он содержит границы слов (пробелы и знаки препинания), он называется аристократом. Более сложный вариант, без границ слов, называется Патристократ.

Шифр ​​Атбаша

Atbash Cipher — это действительно простой шифр подстановки, который иногда называют зеркальным кодом. Считается, что это первый использованный шифр. Чтобы использовать Atbash, вы просто меняете алфавит, так что A становится Z, B становится Y и так далее.

Шифр ​​Виженера

Шифр Виженера был изобретен в середине 16 века и с тех пор пользуется популярностью в сообществе криптографии и взломщика кодов. Несмотря на то, что он был назван шифром Виженера в честь Блеза де Виженера, на самом деле его разработал Джован Баттиста Беллазо. Шифр Виженера является усовершенствованием шифра Цезаря, в котором используется последовательность сдвигов вместо применения одного и того же сдвига к каждой букве.

Вариант шифра Виженера, в котором для описания последовательности сдвигов используются числа вместо букв, называется шифром Гронсфельда. Шифры Гронсфельда также могут быть решены с помощью инструмента Виженера.

Шифр ​​Vigenère Autokey

Автоключ Виженера — более безопасный вариант обычного шифра Виженера. Он шифрует первые буквы так же, как и обычный шифр Виженера, но после того, как все буквы в ключе были использованы, последовательность не повторяется.Вместо этого он начинает использовать буквы из открытого текста в качестве ключа.

Шифр ​​Бофорта

Шифр Бофорта назван в честь сэра Фрэнсиса Бофорта. Он похож на шифр Виженера, но использует другую «tabula recta». Письмо в виде открытого текста вычитаются из ключевой буквы, а не прибавляются. Шифр Бофорта является взаимным (алгоритмы шифрования и дешифрования одинаковы).

Шифр ​​Autokey по Бофорту

Этот шифр похож на шифр Виженера с автоключом, хотя он вычитает буквы, а не складывает их.Шифр автоключа Бофорта не взаимна.

Шифр ​​Playfair

Шифр Playfair был изобретен в 1854 году Чарльзом Уитстоном, но назван в честь лорда Playfair, который активно продвигал использование шифра. Это шифр полиграфической замены, который шифрует пару букв вместо отдельных букв.

Шифр ​​транспонирования столбцов

В шифре с транспонированием по столбцам сообщение записывается в сетку из строк одинаковой длины, а затем считывается столбец за столбцом.Столбцы выбираются в скремблированном порядке, определяемом ключом шифрования.

Шифр ​​Railfence

Шифр ограждения — это простая форма транспозиционного шифра, где текст написан в виде «зигзага». Затем он зачитывается строка за строкой сверху.

Неизвестный шифр транспозиции

Существует множество различных вариантов транспозиционного шифра, в которых текст написан по определенному шаблону.Многие можно решить вручную бумагой и ручкой. Одним из наиболее сложных вариантов является шифр двойной транспозиции, который эквивалентен применению двух столбчатых транспозиционные шифры.

Бифид-шифр

Шифр Bifid был изобретен французским криптографом-любителем Феликсом Деластелем около 1901 года и считается важным изобретение в криптологии. Он использует комбинацию квадрата Полибия и транспонирования дробных букв для шифрования Сообщения.

Двухквадратный горизонтальный шифр

Шифр с двумя квадратами также называется «двойной Playfair». Он сильнее обычного шифра Playfair, но все же проще использовать, чем четырехквадратный шифр. В зависимости от ориентации квадратов, горизонтальной или вертикальной, шифр ведет себя немного иначе.

Двухквадратный вертикальный шифр

Шифр с двумя квадратами также называется «двойной Playfair».Он сильнее обычного шифра Playfair, но все же проще использовать, чем четырехквадратный шифр. В зависимости от ориентации квадратов, горизонтальной или вертикальной, шифр ведет себя немного иначе.

Четырехквадратный шифр

Шифр с четырьмя квадратами был изобретен французским криптографом-любителем Феликсом Деластелем. Это шифр орграфа, где каждый пара букв в зашифрованном тексте зависит от пары букв в открытом тексте.Он использует четыре квадрата 5×5 для перевода каждый орграф.

Base64

Base64 — еще один фаворит среди создателей головоломок. В основном его можно использовать для кодирования чего угодно в печатные символы ASCII. Не редко будет содержимое требует дальнейшего декодирования.

Base64 легко распознать. Он состоит из букв (примерно 50% прописных и 50% строчных), а также цифр и часто равные символы (=) в конце.

Код Морзе

Код Морзе — это высоконадежный метод связи, который можно передавать разными способами даже в сложных и шумных условиях. Который делает его особенно полезным для головоломок, где иногда не совсем очевидно, что код является азбукой Морзе.

Код Морзе можно распознать по типичной схеме: небольшие группы коротких и длинных сигналов.Эти сигналы могут быть реальными тонами или другие средства, такие как линии, цвета, буквы или символы.

Шестнадцатеричные коды

Шестнадцатеричные коды могут представлять ASCII, UTF-8 или более сложные схемы кодирования. Они также могут представлять выходные данные хеш-функций. или современные криптоалгоритмы, такие как RSA, AES и т. д.

В шестнадцатеричных кодах используются только цифры 0–9 и буквы A – F.

Двоичные коды

Двоичные коды могут представлять ASCII, UTF-8 или более сложные схемы кодирования. Они также могут представлять выходные данные хеш-функций. или современные криптоалгоритмы, такие как RSA, AES и т. д.

В двоичных кодах используются только цифры 0–1.

Восьмеричные коды

Восьмеричные коды могут представлять A1Z26, ASCII или более сложные схемы кодирования.Они также могут представлять выходные данные хеш-функций. или современные криптоалгоритмы, такие как RSA, AES и т. д., даже если они обычно представлены в шестнадцатеричном или двоичном формате.

В восьмеричных кодах используются только цифры 0-7.

Десятичные коды

Десятичные коды могут представлять A1Z26, ASCII или более сложные схемы кодирования. Они также могут представлять выходные данные хеш-функций. или современные криптоалгоритмы, такие как RSA, AES и т. д., даже если они обычно представлены в шестнадцатеричном или двоичном формате.

В десятичных кодах используются только цифры 0–9.

Шифр ​​ADFGX и ADFGVX

Шифр ADFGVX использовался немецкой армией во время Первой мировой войны. Он был изобретен лейтенантом Фрицем Небелем и является дробным. шифр транспозиции, который сочетает в себе квадрат Полибия и столбчатое транспонирование. Название происходит от шести возможных букв: A, D, F, G, V и X. Это было усовершенствование более раннего шифра ADFGX.

Обычный текст

Секретные сообщения могут быть скрыты в открытом тексте или в чем-то похожем на открытый текст с использованием методов стеганографии. Несколько из наиболее распространенными методами стеганиграфии являются так называемый нулевой шифр и шифр Бекона. Другие возможности заключаются в том, что текст загадка или с помощью анаграмм.

Другие шифры

Чтобы узнать больше о вашем шифре, рекомендуются следующие инструменты:

Неизвестный формат

  • Если ваш шифр состоит из строк и точек, это может быть шифр Pigpen.
  • Если в вашем шифре есть руны, вы можете перевести их здесь.
  • Если ваш шифр содержит жестко записанные символы людей в различных положениях, это может быть шифр танцующих мужчин.
  • Если ваш шифр имеет комбинации цветов, это может быть шестнадцатеричный код.
,

Cipher Tools

Допустим, вам нужно отправить другу сообщение, но вы не хотите другой человек, чтобы узнать, что это такое. Вы можете использовать полноценное шифрование инструмент, такой как PGP. Если сообщение не так уж важно или преднамеренно чтобы расшифровать его вручную, вам следует использовать более простой инструмент. Это страница посвящен простым инструментам обработки текста, которые можно воспроизвести с помощью просто бумага и карандаш.

Если вы знаете другой шифр, который, по вашему мнению, должен быть здесь, оставьте меня сообщение ниже.

Аффинный Похож на кесарево сечение, но также добавляет множитель для дальнейшего шифрования букв.
Атбаш Очень упрощенный шифр, в котором вы меняете A на Z, B на Y и так далее.
Бэкониан Используется для скрытия сообщения в другом сообщении с использованием других шрифтов или других отличительных характеристик.
Base64 Обычно это используется, чтобы сделать двоичные данные безопасными для передачи строго в виде текста.
Бифид Разбивает информацию для каждой буквы и раскладывает ее в закодированном сообщении. Простой и достаточно надежный карандаш и бумажный шифр.
Кесарево смещение Если ROT13 был основан на добавлении 13 к буквам, шифр Цезаря позволяет добавлять произвольное значение. Опять же, вы можете сделать это с помощью решателя криптограмм, но вы можете довольно легко прокручивать значения N с помощью этого инструмента.
Keyed Caesar Похож на шифр Цезаря, но сначала вы изменяете закодированный алфавит словом или фразой.
Перенос столбцов Напишите сообщение в виде длинного столбца, а затем поменяйте столбцы местами. Прочтите сообщение по столбцам. Простой шифр, но тот, что изображен на скульптуре Криптоса в штаб-квартире ЦРУ.
Двойное транспонирование Потому что два лучше, чем один. Используется армией США во время Второй мировой войны.
Решатель криптограмм Это поможет вам решать простые шифры; методы, в которых вы заменяете букву X буквой Y.
Гронсфельд То же самое, что и шифр Виженера, но вместо ключевого слова в нем используются числа.
Код Морзе Однажды использовавшаяся для передачи сообщений по всему миру, эта система все еще может использоваться в определенных ситуациях для эффективной отправки сообщений, когда альтернативные носители недоступны.
Буквенные номера Замените каждую букву номером ее позиции в алфавите.Простой метод замены, который обычно первым учат детей, и который по-прежнему является эффективным способом скрыть ваше сообщение.
Одноразовый блокнот Практически не поддающийся взлому шифр, который в значительной степени полагается на случайный источник ключа шифрования.
Playfair Этот шифр использует пары букв и сетку 5×5 для кодирования сообщения. Это довольно хорошо для кода стиля карандаша и бумаги.
Ограда Слегка сложный, когда вы выравниваете буквы в разных строках, а затем сжимаете буквы вместе, чтобы создать свой зашифрованный текст.
ROT13 Популярный метод сокрытия текста, чтобы его могли прочитать только люди, которые потратили время на его расшифровку. Вы меняете буквы местами; A становится N, а N становится A. Это было довольно популярно в системах досок объявлений и в группах новостей Usenet. Вы также можете сделать это с помощью решателя криптограмм, если вы сделаете A = N, B = O, C = P и т. Д.
Повернуть Это действует так, как будто вы пишете буквы в прямоугольной сетке, а затем поворачиваете сетку влево или вправо на 90 °.
Пропустить Чтобы расшифровать это, вы считаете N символов, записываете букву, отсчитываете N символов вперед, записываете букву и т. Д. Это используется для раздела 3 Kryptos.
Замена Замените ваши простые текстовые буквы другими буквами, изображениями или кодами. Включает в себя два общих шифра «свиной свинья» и шифр Шерлока Холмса «Танцующие человечки».
Убчи Шифр транспонирования с двойным столбцом, который использует тот же ключ, но добавляет несколько символов заполнения.Используется немцами в Первой мировой войне.
Виженера Специальный шифр, отчасти основанный на кесаревом сечении, но вы меняете значение N с каждой буквой, и все это основано на парольной фразе. Довольно надежный шифр для новичков, который легко можно сделать на бумаге.
Keyed Vigenere Этот модифицированный шифр использует неправильный алфавит. Используются два ключа. Один создает алфавит, второй — кодовую фразу кодирования.Это было создано, чтобы помочь расшифровать скульптуру Криптоса.
Vigenere Autokey Вместо того, чтобы повторять пароль, используемый для шифрования текста, он использует пароль один раз, а затем открытый текст. Взломать его сложнее, чем если бы вы просто использовали пароль для шифрования своего сообщения.
.Шифрование

— Как использовать OpenSSL для шифрования / дешифрования файлов?

Переполнение стека
  1. Товары
  2. Клиенты
  3. Случаи использования
  1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
  2. Команды Частные вопросы и ответы для вашей команды
  3. предприятие Частные вопросы и ответы для вашего предприятия
  4. работы Программирование и связанные с ним возможности технической карьеры
  5. Талант Нанять технических талантов
  6. реклама Обратитесь к разработчикам по всему миру
,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.