Как найти способ шифрования

Коды и шифры — это не одно и то же: в коде каждое слово заменяется другим, в то время как в шифре заменяются все символы сообщения.

В данной статье мы рассмотрим наиболее популярные виды шифров, методы шифрования, а следующим шагом будет изучение основ криптографии.

1. Стандартные шифры
2. Цифровые шифры
3. Как расшифровать код или шифр?

Стандартные шифры

ROT1

Этот шифр известен многим детям. Ключ прост: каждая буква заменяется на следующую за ней в алфавите. Так, А заменяется на Б, Б — на В, и т. д. Фраза «Уйрйшоьк Рспдсбннйту» — это «Типичный Программист».

Попробуйте расшифровать сообщение:

Лбл еёмб, рспдсбннйту?

Поняли, как работает это шифрование? Напишите в комментариях, что у вас получилось.

Шифр транспонирования

В транспозиционном шифре буквы переставляются по заранее определённому правилу. Например, если каждое слово пишется задом наперед, то из hello world получается dlrow olleh. Другой пример — менять местами каждые две буквы. Таким образом, предыдущее сообщение станет eh ll wo ro dl.

Ещё можно использовать столбчатый шифр транспонирования, в котором каждый символ написан горизонтально с заданной шириной алфавита, а шифр создаётся из символов по вертикали. Пример:

Из этого способа мы получим шифр holewdlo lr. А вот столбчатая транспозиция, реализованная программно:

def split_len(seq, length):
   return [seq[i:i + length] for i in range(0, len(seq), length)]
def encode(key, plaintext):
   order = {
      int(val): num for num, val in enumerate(key)
   }
ciphertext = ''

for index in sorted(order.keys()):
   for part in split_len(plaintext, len(key)):
      try:ciphertext += part[order[index]]
         except IndexError:
            continue
   return ciphertext
print(encode('3214', 'HELLO'))

Азбука Морзе

В азбуке Морзе каждая буква алфавита, цифры и наиболее важные знаки препинания имеют свой код, состоящий из череды коротких и длинных сигналов:
Чаще всего это шифрование передаётся световыми или звуковыми сигналами.

Сможете расшифровать сообщение, используя картинку?

•−−   −•− −−− −• −•−• •   ••• − •− − −••− ••   • ••• − −••−   −•• • −−−− •• ••−• •−• •− − −−− •−• −•−− 

Шифр Цезаря

Это не один шифр, а целых 26, использующих один принцип. Так, ROT1 — лишь один из вариантов шифра Цезаря. Получателю нужно просто сообщить, какой шаг использовался при шифровании: если ROT2, тогда А заменяется на В, Б на Г и т. д.

А здесь использован шифр Цезаря с шагом 5:

Иербэй йюк ёурбэй нтчйхйцтаъ энщхуж

Моноалфавитная замена

Коды и шифры также делятся на подгруппы. Например, ROT1, азбука Морзе, шифр Цезаря относятся к моноалфавитной замене: каждая буква заменяется на одну и только одну букву или символ. Такие шифры очень легко расшифровываются с помощью частотного анализа.

Например, наиболее часто встречающаяся буква в английском алфавите — «E». Таким образом, в тексте, зашифрованном моноалфавитным шрифтом, наиболее часто встречающейся буквой будет буква, соответствующая «E». Вторая наиболее часто встречающаяся буква — это «T», а третья — «А».

Однако этот принцип работает только для длинных сообщений. Короткие просто не содержат в себе достаточно слов.

Шифр Виженера

Представим, что есть таблица по типу той, что на картинке, и ключевое слово «CHAIR». Шифр Виженера использует принцип шифра Цезаря, только каждая буква меняется в соответствии с кодовым словом.

В нашем случае первая буква послания будет зашифрована согласно шифровальному алфавиту для первой буквы кодового слова «С», вторая буква — для «H», etc. Если послание длиннее кодового слова, то для (k*n+1)-ой буквы, где n — длина кодового слова, вновь будет использован алфавит для первой буквы кодового слова.

Чтобы расшифровать шифр Виженера, для начала угадывают длину кодового слова и применяют частотный анализ к каждой n-ной букве послания.

Попробуйте расшифровать эту фразу самостоятельно:

зюм иэлруй южжуглёнъ

Подсказка длина кодового слова — 4.

Шифр Энигмы

Энигма — это машина, которая использовалась нацистами во времена Второй Мировой для шифрования сообщений.

Есть несколько колёс и клавиатура. На экране оператору показывалась буква, которой шифровалась соответствующая буква на клавиатуре. То, какой будет зашифрованная буква, зависело от начальной конфигурации колес.

Существовало более ста триллионов возможных комбинаций колёс, и со временем набора текста колеса сдвигались сами, так что шифр менялся на протяжении всего сообщения.

Цифровые шифры

В отличие от шифровки текста алфавитом и символами, здесь используются цифры. Грубо говоря, шифр слова цифрами. Рассказываем о способах и о том, как расшифровать цифровой код.

Двоичный код

Текстовые данные вполне можно хранить и передавать в двоичном коде. В этом случае по таблице символов (чаще всего ASCII) каждое простое число из предыдущего шага сопоставляется с буквой: 01100001 = 97 = «a», 01100010 = 98 = «b», etc. При этом важно соблюдение регистра.

Расшифруйте следующее сообщение, в котором использована кириллица:

110100001001101011010000101111101101000010110100

Шифр A1Z26

Алфавит по цифрам. Это простая подстановка, где каждая буква заменена её порядковым номером в алфавите. Только нижний регистр.

Попробуйте определить, что здесь написано:

15-6-2-16-13-30-26-16-11 17-18-10-14-6-18

Шифрование публичным ключом

Алгоритм шифрования, применяющийся сегодня буквально во всех компьютерных системах. Есть два ключа: открытый и секретный. Открытый ключ — это большое число, имеющее только два делителя, помимо единицы и самого себя. Эти два делителя являются секретным ключом, и при перемножении дают публичный ключ. Например, публичный ключ — это 1961, а секретный — 37 и 53.

Открытый ключ используется, чтобы зашифровать текст сообщения, а секретный — чтобы расшифровать текст.

Как-то RSA выделила 1000 $ в качестве приза тому, кто найдет два пятидесятизначных делителя числа:

1522605027922533360535618378132637429718068114961380688657908494580122963258952897654000350692006139

Как расшифровать код или шифр?

Для расшифровки шифров онлайн применяются специальные сервисы. Это может быть расшифровка цифр в буквы и наоборот, расшифровка кода и многое другое. Выбор такого инструмента зависит от того, что за код предстоит расшифровать. Примеры шифраторов, с которыми вы подробнее узнаете, как зашифровать слово, и дешифраторов:

• Азбука Морзе
• RSA (криптографический алгоритм с открытым ключом)
• Двоичный код
• Другие онлайн-дешифраторы

Адаптированный перевод «10 codes and ciphers»

Классический криптоанализ

На протяжении многих веков люди придумывали хитроумные способы сокрытия информации — шифры, в то время как другие люди придумывали еще более хитроумные способы вскрытия информации — методы взлома.

В этом топике я хочу кратко пройтись по наиболее известным классическим методам шифрования и описать технику взлома каждого из них.

Шифр Цезаря

Самый легкий и один из самых известных классических шифров — шифр Цезаря отлично подойдет на роль аперитива.
Шифр Цезаря относится к группе так называемых одноалфавитных шифров подстановки. При использовании шифров этой группы «каждый символ открытого текста заменяется на некоторый, фиксированный при данном ключе символ того же алфавита» wiki.

Способы выбора ключей могут быть различны. В шифре Цезаря ключом служит произвольное число k, выбранное в интервале от 1 до 25. Каждая буква открытого текста заменяется буквой, стоящей на k знаков дальше нее в алфавите. К примеру, пусть ключом будет число 3. Тогда буква A английского алфавита будет заменена буквой D, буква B — буквой E и так далее.

Для наглядности зашифруем слово HABRAHABR шифром Цезаря с ключом k=7. Построим таблицу подстановок:

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

h

i

j

k

l

m

n

o

p

q

r

s

t

u

v

w

x

y

z

a

b

c

d

e

f

g

И заменив каждую букву в тексте получим: C(‘HABRAHABR’, 7) = ‘OHIYHOHIY’.

При расшифровке каждая буква заменяется буквой, стоящей в алфавите на k знаков раньше: D(‘OHIYHOHIY’, 7) = ‘HABRAHABR’.

Криптоанализ шифра Цезаря

Малое пространство ключей (всего 25 вариантов) делает брут-форс самым эффективным и простым вариантом атаки.
Для вскрытия необходимо каждую букву шифртекста заменить буквой, стоящей на один знак левее в алфавите. Если в результате этого не удалось получить читаемое сообщение, то необходимо повторить действие, но уже сместив буквы на два знака левее. И так далее, пока в результате не получится читаемый текст.

Аффиный шифр

Рассмотрим немного более интересный одноалфавитный шифр подстановки под названием аффиный шифр. Он тоже реализует простую подстановку, но обеспечивает немного большее пространство ключей по сравнению с шифром Цезаря. В аффинном шифре каждой букве алфавита размера m ставится в соответствие число из диапазона 0… m-1. Затем при помощи специальной формулы, вычисляется новое число, которое заменит старое в шифртексте.

Процесс шифрования можно описать следующей формулой:

,

где x — номер шифруемой буквы в алфавите; m — размер алфавита; a, b — ключ шифрования.

Для расшифровки вычисляется другая функция:

,

где a^-1 — число обратное a по модулю m. Это значит, что для корректной расшифровки число a должно быть взаимно простым с m.

С учетом этого ограничения вычислим пространство ключей аффиного шифра на примере английского алфавита. Так как английский алфавит содержит 26 букв, то в качестве a может быть выбрано только взаимно простое с 26 число. Таких чисел всего двенадцать: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 15, 17, 19, 21, 23 и 25. Число b в свою очередь может принимать любое значение в интервале от 0 до 25, что в итоге дает нам 12*26 = 312 вариантов возможных ключей.

Криптоанализ аффиного шифра

Очевидно, что и в случае аффиного шифра простейшим способом взлома оказывается перебор всех возможных ключей. Но в результате перебора получится 312 различных текстов. Проанализировать такое количество сообщений можно и в ручную, но лучше автоматизировать этот процесс, используя такую характеристику как частота появления букв.

Давно известно, что буквы в естественных языках распределены не равномерно. К примеру, частоты появления букв английского языка в текстах имеют следующие значения:

Т.е. в английском тексте наиболее встречающимися буквами будут E, T, A. В то время как самыми редкими буквами являются J, Q, Z. Следовательно, посчитав частоту появления каждой буквы в тексте мы можем определить насколько частотная характеристика текста соответствует английскому языку.

Для этого необходимо вычислить значение:

,

где n_i — частота i-й буквы алфавита в естественном языке. И f_i — частота i-й буквы в шифртексте.

Чем больше значение χ, тем больше вероятность того, что текст написан на естественном языке.

Таким образом, для взлома аффиного шифра достаточно перебрать 312 возможных ключей и вычислить значение χ для полученного в результате расшифровки текста. Текст, для которого значение χ окажется максимальным, с большой долей вероятности и является зашифрованным сообщением.

Разумеется следует учитывать, что метод не всегда работает с короткими сообщениями, в которых частотные характеристики могут сильно отличатся от характеристик естественного языка.

Шифр простой замены

Очередной шифр, относящийся к группе одноалфавитных шифров подстановки. Ключом шифра служит перемешанный произвольным образом алфавит. Например, ключом может быть следующая последовательность букв: XFQABOLYWJGPMRVIHUSDZKNTEC.

При шифровании каждая буква в тексте заменяется по следующему правилу. Первая буква алфавита замещается первой буквой ключа, вторая буква алфавита — второй буквой ключа и так далее. В нашем примере буква A будет заменена на X, буква B на F.

При расшифровке буква сперва ищется в ключе и затем заменяется буквой стоящей в алфавите на той же позиции.

Криптоанализ шифра простой замены

Пространство ключей шифра простой замены огромно и равно количеству перестановок используемого алфавита. Так для английского языка это число составляет 26! = 2⁸⁸. Разумеется наивный перебор всех возможных ключей дело безнадежное и для взлома потребуется более утонченная техника, такая как поиск восхождением к вершине:

1. Выбирается случайная последовательность букв — основной ключ. Шифртекст расшифровывается с помощью основного ключа. Для получившегося текста вычисляется коэффициент, характеризующий вероятность принадлежности к естественному языку.
2. Основной ключ подвергается небольшим изменениям (перестановка двух произвольно выбранных букв). Производится расшифровка и вычисляется коэффициент полученного текста.
3. Если коэффициент выше сохраненного значения, то основной ключ заменяется на модифицированный вариант.
4. Шаги 2-3 повторяются пока коэффициент не станет постоянным.

Для вычисления коэффициента используется еще одна характеристика естественного языка — частота встречаемости триграмм.
Чем ближе текст к английскому языку тем чаще в нем будут встречаться такие триграммы как THE, AND, ING. Суммируя частоты появления в естественном языке всех триграмм, встреченных в тексте получим коэффициент, который с большой долей вероятности определит текст, написанный на естественном языке.

Шифр Полибия

Еще один шифр подстановки. Ключом шифра является квадрат размером 5*5 (для английского языка), содержащий все буквы алфавита, кроме J.

При шифровании каждая буква исходного текста замещается парой символов, представляющих номер строки и номер столбца, в которых расположена замещаемая буква. Буква a будет замещена в шифртексте парой BB, буква b — парой EB и так далее. Так как ключ не содержит букву J, перед шифрованием в исходном тексте J следует заменить на I.

Например, зашифруем слово HABRAHABR. C(‘HABRAHABR’) = ‘AB BB EB DA BB AB BB EB DA’.

Криптоанализ шифра Полибия

Шифр имеет большое пространство ключей (25! = 2⁸³ для английского языка). Однако единственное отличие квадрата Полибия от предыдущего шифра заключается в том, что буква исходного текста замещается двумя символами.

Поэтому для атаки можно использовать методику, применяемую при взломе шифра простой замены — поиск восхождением к вершине.
В качестве основного ключа выбирается случайный квадрат размером 5*5. В ходе каждой итерации ключ подвергается незначительным изменениям и проверяется насколько распределение триграмм в тексте, полученном в результате расшифровки, соответствует распределению в естественном языке.

Перестановочный шифр

Помимо шифров подстановки, широкое распространение также получили перестановочные шифры. В качестве примера опишем Шифр вертикальной перестановки.

В процессе шифрования сообщение записывается в виде таблицы. Количество колонок таблицы определяется размером ключа. Например, зашифруем сообщение WE ARE DISCOVERED. FLEE AT ONCE с помощью ключа 632415.

Так как ключ содержит 6 цифр дополним сообщение до длины кратной 6 произвольно выбранными буквами QKJEU и запишем сообщение в таблицу, содержащую 6 колонок, слева направо:

Для получения шифртекста выпишем каждую колонку из таблицы в порядке, определяемом ключом: EVLNE ACDTK ESEAQ ROFOJ DEECU WIREE.

При расшифровке текст записывается в таблицу по колонкам сверху вниз в порядке, определяемом ключом.

Криптоанализ перестановочного шифра

Лучшим способом атаки шифра вертикальной перестановки будет полный перебор всех возможных ключей малой длины (до 9 включительно — около 400 000 вариантов). В случае, если перебор не дал желаемых результатов, можно воспользоваться поиском восхождением к вершине.

Для каждого возможного значения длины осуществляется поиск наиболее правдоподобного ключа. Для оценки правдоподобности лучше использовать частоту появления триграмм. В результате возвращается ключ, обеспечивающий наиболее близкий к естественному языку текст расшифрованного сообщения.

Шифр Плейфера

Шифр Плейфера — подстановочный шифр, реализующий замену биграмм. Для шифрования необходим ключ, представляющий собой таблицу букв размером 5*5 (без буквы J).

Процесс шифрования сводится к поиску биграммы в таблице и замене ее на пару букв, образующих с исходной биграммой прямоугольник.
Рассмотрим, в качестве примера следующую таблицу, образующую ключ шифра Плейфера:

Зашифруем пару ‘WN’. Буква W расположена в первой строке и первой колонке. А буква N находится во второй строке и третьей колонке. Эти буквы образуют прямоугольник с углами W-E-S-N. Следовательно, при шифровании биграмма WN преобразовывается в биграмму ES.
В случае, если буквы расположены в одной строке или колонке, результатом шифрования является биграмма расположенная на одну позицию правее/ниже. Например, биграмма NG преобразовывается в биграмму GP.

Криптоанализ шифра Плейфера

Так как ключ шифра Плейфера представляет собой таблицу, содержащую 25 букв английского алфавита, можно ошибочно предположить, что метод поиска восхождением к вершине — лучший способ взлома данного шифра. К сожалению, этот метод не будет работать. Достигнув определенного уровня соответствия текста, алгоритм застрянет в точке локального максимума и не сможет продолжить поиск.
Чтобы успешно взломать шифр Плейфера лучше воспользоваться алгоритмом имитации отжига.

Отличие алгоритма имитации отжига от поиска восхождением к вершине заключается в том, что последний на пути к правильному решению никогда не принимает в качестве возможного решения более слабые варианты. В то время как алгоритм имитации отжига периодически откатывается назад к менее вероятным решениям, что увеличивает шансы на конечный успех.

Суть алгоритма сводится к следующим действиям:

1. Выбирается случайная последовательность букв — основной-ключ. Шифртекст расшифровывается с помощью основного ключа. Для получившегося текста вычисляется коэффициент, характеризующий вероятность принадлежности к естественному языку.
2. Основной ключ подвергается небольшим изменениям (перестановка двух произвольно выбранных букв, перестановка столбцов или строк). Производится расшифровка и вычисляется коэффициент полученного текста.
3. Если коэффициент выше сохраненного значения, то основной ключ заменяется на модифицированный вариант.
4. В противном случае замена основного ключа на модифицированный происходит с вероятностью, напрямую зависящей от разницы коэффициентов основного и модифицированного ключей.
5. Шаги 2-4 повторяются около 50 000 раз.

Алгоритм периодически замещает основной ключ, ключом с худшими характеристиками. При этом вероятность замены зависит от разницы характеристик, что не позволяет алгоритму принимать плохие варианты слишком часто.

Для расчета коэффициентов, определяющих принадлежность текста к естественному языку лучше всего использовать частоты появления триграмм.

Шифр Виженера

Шифр Виженера относится к группе полиалфавитных шифров подстановки. Это значит, что в зависимости от ключа одна и та же буква открытого текста может быть зашифрована в разные символы. Такая техника шифрования скрывает все частотные характеристики текста и затрудняет криптоанализ.

Шифр Виженера представляет собой последовательность нескольких шифров Цезаря с различными ключами.

Продемонстрируем, в качестве примера, шифрование слова HABRAHABR с помощью ключа 123. Запишем ключ под исходным текстом, повторив его требуемое количество раз:

Цифры ключа определяют на сколько позиций необходимо сдвинуть букву в алфавите для получения шифртекста. Букву H необходимо сместить на одну позицию — в результате получается буква I, букву A на 2 позиции — буква C, и так далее. Осуществив все подстановки, получим в результате шифртекст: ICESCKBDU.

Криптоанализ шифра Виженера

Первая задача, стоящая при криптоанализе шифра Виженера заключается в нахождении длины, использованного при шифровании, ключа.

Для этого можно воспользоваться индексом совпадений.

Индекс совпадений — число, характеризующее вероятность того, что две произвольно выбранные из текста буквы окажутся одинаковы.
Для любого текста индекс совпадений вычисляется по формуле:

,

где f_i — количество появлений i-й буквы алфавита в тексте, а n — количество букв в тексте.

Для английского языка индекс совпадений имеет значение 0.0667, в то время как для случайного набора букв этот показатель равен 0.038.
Более того, для текста зашифрованного с помощью одноалфавитной подстановки, индекс совпадений также равен 0.0667. Это объясняется тем, что количество различных букв в тексте остается неизменным.

Это свойство используется для нахождения длины ключа шифра Виженера. Из шифртекста по очереди выбираются каждая вторая буквы и для полученного текста считается индекс совпадений. Если результат примерно соответствует индексу совпадений естественного языка, значит длина ключа равна двум. В противном случае из шифртекста выбирается каждая третья буква и опять считается индекс совпадений. Процесс повторяется пока высокое значение индекса совпадений не укажет на длину ключа.

Успешность метода объясняется тем, что если длина ключа угадана верно, то выбранные буквы образуют шифртекст, зашифрованный простым шифром Цезаря. И индекс совпадений должен быть приблизительно соответствовать индексу совпадений естественного языка.
После того как длина ключа будет найдена взлом сводится к вскрытию нескольких шифров Цезаря. Для этого можно использовать способ, описанный в первом разделе данного топика.

P.S.

Исходники всех вышеописанных шифров и атак на них можно посмотреть на GitHub.

Ссылки

1. Криптоанализ классических шифров на сайте practicalcryptography.com.
2. Частотные характеристики английского языка на сайте practicalcryptography.com
3. Описание алгоритма имитации отжига на wikipedia
4. Описание поиска восхождением к вершине на wikipedia

10 популярных кодов и шифров

Авторизуйтесь

10 популярных кодов и шифров

Коды и шифры — не одно и то же: в коде каждое слово заменяется другим, в то время как в шифре заменяются все символы сообщения.

В данной статье мы рассмотрим наиболее популярные способы шифрования, а следующим шагом будет изучение основ криптографии.

Стандартные шифры

Этот шифр известен многим детям. Ключ прост: каждая буква заменяется на следующую за ней в алфавите. Так, А заменяется на Б, Б — на В, и т. д. Фраза «Уйрйшоьк Рспдсбннйту» — это «Типичный Программист».

Попробуйте расшифровать сообщение:

Сумели? Напишите в комментариях, что у вас получилось.

Шифр транспонирования

В транспозиционном шифре буквы переставляются по заранее определённому правилу. Например, если каждое слово пишется задом наперед, то из hello world получается dlrow olleh. Другой пример — менять местами каждые две буквы. Таким образом, предыдущее сообщение станет eh ll wo ro dl.

Ещё можно использовать столбчатый шифр транспонирования, в котором каждый символ написан горизонтально с заданной шириной алфавита, а шифр создаётся из символов по вертикали. Пример:

Из этого способа мы получим шифр holewdlo lr. А вот столбчатая транспозиция, реализованная программно:

Азбука Морзе

В азбуке Морзе каждая буква алфавита, цифры и наиболее важные знаки препинания имеют свой код, состоящий из череды коротких и длинных сигналов:
Чаще всего это шифрование передаётся световыми или звуковыми сигналами.

Сможете расшифровать сообщение, используя картинку?

Шифр Цезаря

Это не один шифр, а целых 26, использующих один принцип. Так, ROT1 — лишь один из вариантов шифра Цезаря. Получателю нужно просто сообщить, какой шаг использовался при шифровании: если ROT2, тогда А заменяется на В, Б на Г и т. д.

А здесь использован шифр Цезаря с шагом 5:

Моноалфавитная замена

Коды и шифры также делятся на подгруппы. Например, ROT1, азбука Морзе, шифр Цезаря относятся к моноалфавитной замене: каждая буква заменяется на одну и только одну букву или символ. Такие шифры очень легко расшифровываются с помощью частотного анализа.

Например, наиболее часто встречающаяся буква в английском алфавите — «E». Таким образом, в тексте, зашифрованном моноалфавитным шрифтом, наиболее часто встречающейся буквой будет буква, соответствующая «E». Вторая наиболее часто встречающаяся буква — это «T», а третья — «А».

Однако этот принцип работает только для длинных сообщений. Короткие просто не содержат в себе достаточно слов.

Шифр Виженера

Представим, что есть таблица по типу той, что на картинке, и ключевое слово «CHAIR». Шифр Виженера использует принцип шифра Цезаря, только каждая буква меняется в соответствии с кодовым словом.

В нашем случае первая буква послания будет зашифрована согласно шифровальному алфавиту для первой буквы кодового слова «С», вторая буква — для «H», etc. Если послание длиннее кодового слова, то для (k*n+1)-ой буквы, где n — длина кодового слова, вновь будет использован алфавит для первой буквы кодового слова.

Чтобы расшифровать шифр Виженера, для начала угадывают длину кодового слова и применяют частотный анализ к каждой n-ной букве послания.

Попробуйте расшифровать эту фразу самостоятельно:

Подсказка длина кодового слова — 4.

Шифр Энигмы

Энигма — это машина, которая использовалась нацистами во времена Второй Мировой для шифрования сообщений.

Есть несколько колёс и клавиатура. На экране оператору показывалась буква, которой шифровалась соответствующая буква на клавиатуре. То, какой будет зашифрованная буква, зависело от начальной конфигурации колес.

Существовало более ста триллионов возможных комбинаций колёс, и со временем набора текста колеса сдвигались сами, так что шифр менялся на протяжении всего сообщения.

Цифровые шифры

В отличие от шифровки текста алфавитом и символами, здесь используются цифры. Рассказываем о способах и о том, как расшифровать цифровой код.

Двоичный код

Текстовые данные вполне можно хранить и передавать в двоичном коде. В этом случае по таблице символов (чаще всего ASCII) каждое простое число из предыдущего шага сопоставляется с буквой: 01100001 = 97 = «a», 01100010 = 98 = «b», etc. При этом важно соблюдение регистра.

Расшифруйте следующее сообщение, в котором использована кириллица:

Шифр A1Z26

Это простая подстановка, где каждая буква заменена её порядковым номером в алфавите. Только нижний регистр.

Попробуйте определить, что здесь написано:

Шифрование публичным ключом

Алгоритм шифрования, применяющийся сегодня буквально во всех компьютерных системах. Есть два ключа: открытый и секретный. Открытый ключ — это большое число, имеющее только два делителя, помимо единицы и самого себя. Эти два делителя являются секретным ключом, и при перемножении дают публичный ключ. Например, публичный ключ — это 1961, а секретный — 37 и 53.

Открытый ключ используется, чтобы зашифровать сообщение, а секретный — чтобы расшифровать.

Как-то RSA выделила 1000 $ в качестве приза тому, кто найдет два пятидесятизначных делителя числа:

Как расшифровать код или шифр?

Для этого применяются специальные сервисы. Выбор такого инструмента зависит от того, что за код предстоит расшифровать. Примеры шифраторов и дешифраторов:

Источник

Элементарные шифры на понятном языке

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.

Шифр Атбаша

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

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

Для реализации шифра Атбаша просто инвертируем его. «А» станет «Z», «B» превратится в «Y» и наоборот. На выходе получим такую картину:

И теперь пишем нужное сообшение на исходном алфавите и алфавите шифра

Исходное сообщение: I love habr
Зашифрованное: r olev szyi

Шифр Цезаря

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

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:

Шифруем его и получаем следующий несвязный текст:

Шифр Вернама (XOR-шифр)

Простейший шифр на основе бинарной логики, который обладает абсолютной криптографической стойкостью. Без знания ключа, расшифровать его невозможно (доказано Клодом Шенноном).

Исходный алфавит — все та же латиница.

Сообщение разбиваем на отдельные символы и каждый символ представляем в бинарном виде.
Классики криптографии предлагают пятизначный код бодо для каждой буквы. Мы же попробуем изменить этот шифр для кодирования в 8 бит/символ на примере ASCII-таблицы. Каждую букву представим в виде бинарного кода.

Теперь вспомним курс электроники и элемент «Исключающее ИЛИ», также известный как XOR.

XOR принимает сигналы (0 или 1 каждый), проводит над ними логическую операцию и выдает один сигнал, исходя из входных значений.

Если все сигналы равны между собой (0-0 или 1-1 или 0-0-0 и т.д.), то на выходе получаем 0.
Если сигналы не равны (0-1 или 1-0 или 1-0-0 и т.д.), то на выходе получаем 1.

Теперь для шифровки сообщения, введем сам текст для шифровки и ключ такой же длины. Переведем каждую букву в ее бинарный код и выполним формулу сообщение XOR ключ

сообщение: LONDON
ключ: SYSTEM

Переведем их в бинарный код и выполним XOR:

В данном конкретном примере на месте результирующих символов мы увидим только пустое место, ведь все символы попали в первые 32 служебных символа. Однако, если перевести полученный результат в числа, то получим следующую картину:

С виду — совершенно несвязный набор чисел, но мы-то знаем.

Шифр кодового слова

Принцип шифрования примерно такой же, как у шифра цезаря. Только в этом случае мы сдвигаем алфавит не на определенное число позиций, а на кодовое слово.

Например, возьмем для разнообразия, кириллический алфавит.

Придумаем кодовое слово. Например, «Лукоморье». Выдернем из него все повторяющиеся символы. На выходе получаем слово «Лукомрье».

Теперь вписываем данное слово в начале алфавита, а остальные символы оставляем без изменений.

И теперь запишем любое сообщение и зашифруем его.

Получим в итоге следующий нечитаемый бред:

Шифр Плейфера

Классический шифр Плейфера предполагает в основе матрицу 5х5, заполненную символами латинского алфавита (i и j пишутся в одну клетку), кодовое слово и дальнейшую манипуляцию над ними.

Пусть кодовое слово у нас будет «HELLO».

Сначала поступаем как с предыдущим шифром, т.е. уберем повторы и запишем слово в начале алфавита.

Теперь возьмем любое сообщение. Например, «I LOVE HABR AND GITHUB».

Разобьем его на биграммы, т.е. на пары символов, не учитывая пробелы.

Если бы сообщение было из нечетного количества символов, или в биграмме были бы два одинаковых символа (LL, например), то на место недостающего или повторившегося символа ставится символ X.

Шифрование выполняется по нескольким несложным правилам:

1) Если символы биграммы находятся в матрице на одной строке — смещаем их вправо на одну позицию. Если символ был крайним в ряду — он становится первым.

Например, EH становится LE.

2) Если символы биграммы находятся в одном столбце, то они смещаются на одну позицию вниз. Если символ находился в самом низу столбца, то он принимает значение самого верхнего.

Например, если бы у нас была биграмма LX, то она стала бы DL.

3) Если символы не находятся ни на одной строке, ни на одном столбце, то строим прямоугольник, где наши символы — края диагонали. И меняем углы местами.

Например, биграмма RA.

По этим правилам, шифруем все сообщение.

Если убрать пробелы, то получим следующее зашифрованное сообщение:

Поздравляю. После прочтения этой статьи вы хотя бы примерно понимаете, что такое шифрование и знаете как использовать некоторые примитивные шифры и можете приступать к изучению несколько более сложных образцов шифров, о которых мы поговорим позднее.

Источник

Основы и способы информационной безопасности в 2017 году

В современном мире сложно сохранить какую-либо информацию в тайне. Особенно если она представляет ценность для кого-либо и вам нужно ее передать. Не важно, какие у вас причины на сокрытие тех или иных данных, в этой статье рассмотрим основные методы и программные средства для сохранения информации в тайне.

Постараюсь объяснить сложные и непонятные технологии простым и доступным языком, чтобы было понятно и новичку.

Важно! Все программы, представленные в статье бесплатные. Скачивать их можно и нужно только с официальных сайтов разработчиков.

Дисклеймер: я, то есть автор статьи — неспециалист в информационной безопасности и оперирую данными из открытых источников. Я против использования описанных ниже методов для сокрытия противоправных действий.

Основы

Сначала следует разобрать основные, базовые понятия.

Шифрование

Для начала определение:

Шифрование — обратимое преобразование информации в целях скрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, в это же время, авторизованным пользователям доступа к ней. Главным образом, шифрование служит задачей соблюдения конфиденциальности передаваемой информации. Важной особенностью любого алгоритма шифрования является использование ключа, который утверждает выбор конкретного преобразования из совокупности возможных для данного алгоритма.

Не вдаваясь в технические подробности, можно сказать что шифрование — это преобразование данных для сокрытия информации.

Есть различные алгоритмы шифрования, мы же поверхностно познакомимся с основными актуальными алгоритмами шифрования.

Алгоритмами шифрования делятся на симметричные алгоритмы и ассиметричные алгоритмы:

Примеры симметричных алгоритмов:

DES — алгоритм для симметричного шифрования, разработанный фирмой IBM и утверждённый правительством США в 1977 году как официальный стандарт.

Прямым развитием DES в настоящее время является алгоритм Triple DES (3DES). В 3DES шифрование/расшифровка выполняются путём троекратного выполнения алгоритма DES.

AES — также известный как Rijndael (произносится [rɛindaːl] (Рэндал)) — симметричный алгоритм блочного шифрования (размер блока 128 бит, ключ 128/192/256 бит), принятый в качестве стандарта шифрования правительством США по результатам конкурса AES. Этот алгоритм хорошо проанализирован и сейчас широко используется, как это было с его предшественником DES.

Blowfish (произносится [бло́уфиш]) — криптографический алгоритм, реализующий блочное симметричное шифрование с переменной длиной ключа. Разработан Брюсом Шнайером в 1993 году.

ГОСТ 28147-89 (Магма) — российский стандарт симметричного блочного шифрования, принятый в 1989 году. Является примером DES-подобных криптосистем.

В 2015 г. вместе с новым алгоритмом «Кузнечик» один из вариантов алгоритма ГОСТ-89 был опубликован под названием «Магма» как часть стандарта ГОСТ Р 34.12-2015.

Блочный шифр «Кузнечик» — симметричный алгоритм блочного шифрования с размером блока 128 битов и длиной ключа 256 битов.

Примеры ассиметричных алгоритмов:
RSA (аббревиатура от фамилий Rivest, Shamir и Adleman) — криптографический алгоритм с открытым ключом, основывающийся на вычислительной сложности задачи факторизации больших целых чисел.

Криптосистема RSA стала первой системой, пригодной и для шифрования, и для цифровой подписи. Алгоритм используется в большом числе криптографических приложений, включая PGP, S/MIME, TLS/SSL, IPSEC/IKE и других.

ГОСТ Р 34.10-2012 — российский стандарт, описывающий алгоритмы формирования и проверки электронной цифровой подписи.

SSL шифрование

SSL (англ. Secure Sockets Layer — уровень защищённых cокетов) — криптографический протокол, который подразумевает более безопасную связь. По сути, это способ передачи информации в интернете, который подразумевает прозрачное шифрование данных. Протокол широко использовался для обмена мгновенными сообщениями и передачи голоса через IP (англ. Voice over IP — VoIP) в таких приложениях, как электронная почта, интернет-факс и др.
Впоследствии на основании протокола SSL 3.0 был разработан и принят стандарт RFC, получивший имя TLS.

TLS (англ. Transport Layer Security — Протокол защиты транспортного уровня), как и его предшественник SSL— криптографические протоколы, обеспечивающие защищённую передачу данных между узлами в сети Интернет.

SSL и TLS используют например для шифрования трафика в работе с сайтами. Когда данные передаются по протоколу HTTPS, трафик (данные которые передаются и получаются) шифруется сертификатом который использует тот или иной ресурс.

SSL-сертификат — содержит в себе информацию о своем владельце, а также открытый ключ, использующийся для создания защищенного канала связи. Организации и физические лица получают для подтверждения того, что сайт или иной ресурс действительно представлен ими и это не поддельный ресурс. Сертификаты получают или покупают у авторизированных доверенных центрах сертификации.

Все это делается чтобы человек, который вклинится в канал связи посередине, между вами и адресатом не смог прочитать информацию или изменить ее.

Хеширование

Хеширование или получение контрольные суммы, представляет собой преобразование данных (будь это строка текста или архив данных) произвольной длины в (выходную) строку фиксированной длины, выполняемое определённым алгоритмом.

Особенность в том, что если входные данные поменяются хоть на бит информации, то итоговая (выходная) строка уже будет другая. Таким образом, можно проверить что файл или данные не изменялись.

Перед тем как устанавливать программное обеспечение, скачанное даже с официальных сайтов, следует сравнить контрольную сумму файла что вы скачали с контрольной суммой, указанной на сайте. Атакующий человек может контролировать вашу сеть и при скачивании файла, как вам кажется с официального сайта, может подсовываться модифицированный файл установки с уязвимостью или вовсе с троянским кодом.

Базовые принципы создания стойкого пароля

Для обеспечения безопасности информации доступ к ней необходимо блокировать хорошим паролем. Есть основные принципы создания стойкого пароля:

• Пароль должен быть как минимум длиной в 15 символов, а оптимальным вариантом 20. Больше лучше, но перебарщивать тоже не стоит.
• Отсутствие слов, популярных шаблонов (qwerty и так далее), дат и различной информации, связанной с вами в самом пароле.
• Пароль должен содержать строчные и прописные буквы, цифры, спецсимволы (#%^&*@!).

Двухфакторная аутентификация

Двухфакторная аутентификация – это способ аутентификации (подтверждения личности) который подразумевает под собой использования два способа подтверждения личности.

Например, при входе в аккаунт на каком-либо сайте, вы сначала вводите ваш пароль, а дальше код присланный по СМС на доверенный номер телефона.

Есть много различных способов аутентификации:

• Пароль
• ПИН код
• СМС с кодом
• Отпечаток пальца
• Флеш токен (флешка с записанным уникальным ключом)
• Push уведомления в приложении на смартфоне

Где только возможно, используйте двухфакторную аутентификацию. Даже если ваш пароль узнают или подберут, то нарушитель не сможет пройти второй способ аутентификации.

Двухфакторную аутентификацию можно включить во многих популярных сервисах:

Хранение данных

Менеджер паролей KeePassX

Если использовать везде стойкий, но одинаковый пароль это ставит под угрозу все ваши данные разом. Ведь если злоумышленникам удастся подсмотреть или узнать ваш пароль, иным другим способ, то они автоматически получают доступ ко всем используемым вами сервисам.

Рекомендуется использовать для разных сервисов разные пароли, лучше всего их генерировать. Но тогда встает вопрос о запоминании всех паролей.

И тут стоит использовать менеджер паролей. Есть разные сервисы, которые предоставляют сохранение и менеджмент паролей. Лично я и различные специалисты по безопасности советуют использовать KeePassX.

Дело в том, что данный проект имеет долгую историю. Все это время у него открытые исходные ходы и разработчики предоставляют все данные, что бы быть уверенным что в программе нет закладок.

Данная программа абсолютно бесплатна, у нее открытые исходные коды и она запускается на всех основных платформах (Windows, macOS, Linux).

Пароли хранятся в специальных базах данных, которые используют шифрование AES и TwoFish. Саму базу данных (хранится в одном файле) лучше хранить в безопасном месте, например, на USB носителе.

В программе есть генератор стойких паролей.

Использовать интернет сервисы для хранения пароля удобнее и мобильнее, но намного менее безопаснее. Ваши пароли могут запросить спецслужбы или может быть заплатка в программном обеспечении, которое используется на серверах сервиса менеджера паролей. Также пароли могут перехватить с помощью уязвимостей в браузере.

Шифрование данных VeraCrypt

Также стоит позаботится о надежном хранении файлов на носителях. Дабы исключить вариант, что если устройство, на котором вы храните важные данные, попадет в чужие руки, то данные будут открыты и доступны злоумышленнику.

Довольно надежным способом является – шифрование данных. Есть много различных программ, которые позволяют шифровать данные. Есть платные и бесплатные. Есть даже решения, встроенные в операционную систему. Например, BitLocker в Windows и FireVault в macOS.
К сожалению, в программном обеспечении такого класса часто внедряют закладки для легкого взлома. Да и к разработчикам такого программного обеспечения всегда максимальные требования по безопасности и защищенности их продукта.

Ранее безусловным лидером была программа TrueCrypt. К сожалению, разработчики прекратили развитие данной программы. Тема с TrueCrypt вообще максимально запутанная, многие считают, что там замешаны спец службы и именно они вынудили прекратить разработку программы.

Но так как исходный код TrueCrypt был открытым, за дальнейшую разработку и поддержку взялась другая команда. Они устранили несколько уязвимостей и выпустили новую версию под название VeraCrypt.

Данная программа постоянно проверяется и проходит аудиты безопасности.

Смысл программы в создании зашифрованных контейнеров (на диске располагаются в виде файла), шифровании съемных носителей или полное шифрование жесткого диска включая локальный диск где установлена операционная система.

В случаи создания зашифрованного контейнера, создается файл на диске. Вы задаете его название и размер. Далее выбираете метод шифрования (стоит отметить что выбор довольно большой, а также есть возможность шифрования сразу 3 алгоритмами подряд), пароль и остальные параметры.

Далее вы подключаете (монтируете) ваш контейнер к любой доступному диску. И можете записать любые данные в него. При прекращении работы, вы размонтируете его. Все файлы что расположены в контейнере, будут надежно сохранены в нем. Такой файл можно передавать по менее защищенным каналам, но все-же оставлять его в открытом доступе не стоит.
Есть возможность создания скрытого контейнера в контейнере. Это сделано для того, чтобы если вас схватят и заставят вести пароль к контейнеру с данными, там располагались фиктивные данные, а основные данные, которые вы и намеревались скрыть будут находится в скрытом контейнере внутри этого контейнера.

Можно зашифровать флеш накопитель и тогда его содержимое будет также доступно вам через пароль.

Общение

Почтовый сервис ProtonMail

Для общения на расстоянии можно использовать и почту. Например, как это сделал Эдвард Сноуден, который поведал миру о тотальной слежке спец служб США.

Есть сервисы, которые предоставляют шифрованный почтовый ящик. Наиболее проверенный и удобный вариант на данный момент ProtonMail. Сам ProtonMail создали под влиянием тех событий что произошли с Сноуденом. Это бесплатный сервис, который предоставляет пользователям зарегистрировать бесплатный зашифрованный почтовый ящик.

За дополнительные функции и расширении памяти хранилища придется заплатить, но для обычной передачи текстовой информации и небольших файлов хватит и бесплатного аккаунта.
Есть веб версия, клиенты под Android и iOS. Сервис переведен на многие языки включая русский.

Защищенный мессенджер Signal

Иногда общения через почту не подходит. Информация нужна здесь и сейчас. Тогда можно использовать формат всем нам знакомым мессенджеров. И тут на помощь приходит приложение Signal. Опять же, есть куча приложений, которые также заявляют о полной безопасности и анонимности, но именно к Signal меньше всего вопросов и подозрений. Его так-же использовал Эдвард Сноуден. Еще его использует Мэт Грин, который довольно известен среди специалистов по шифрованию и безопасности.

Приложение проходило аудит и постоянно проверяется.

Приложение выглядит как обычный мессенджер. В нем можно передавать текст, смайлики, фотографии, аудио, файлы. Есть даже голосовая и видео связь. Информация передается довольно быстро. Интерфейс не перегружен и удобен всем тем кто хоть когда-то отправлял СМС на смартфоне.

Но нужно быть осторожным с данным приложением. Приложение само по себе защищенное, есть даже защита от снятия скриншотов. А вот ваш смартфон скорее всего не так безопасен и защищен. Так что передавать информацию сначала помещая ее на память телефона не очень безопасно. Но при этом отправлять текст и совершать аудио и видео звонки вполне безопасно.
Есть клиенты для Android, iOS, Windows, macOS, Linux.

Безопасный выход в интернет

Безопасный браузер Tor Browser

Для безопасного посещения сайтов стоит использовать Tor Browser. Вы наверняка слышали о нем. Tor Browser работает на основе луковичных сетей. Смысл такой сети в том, что соединение от вашего устройства до конечного сервера проходит через определенное количество слоев сети. Каждый слой сети или подключение шифруется отдельно. И получается, что передаваемый вами трафик шифруется несколько раз. Это влияет на скорость соединения, но очень эффективно в плане безопасности.

Сам Tor Browser состоит не только из особенностей onion сетей, но и из дополнений, которые выключает все отслеживающие кнопки и скрипты, а также направляют весь трафик через HTTPS.

Виртуальная частная сеть ProtonVPN

Если вам нужно скрыть и зашифровать весь трафик вашего устройства, можно воспользоваться VPN. VPN расшифровывается как виртуальная персональная сеть. При подключении к VPN абсолютно все соединения вашего устройства проходят через выбранный сервер.
Это позволяет не только скрыть изначальный источник запроса, но и зашифровать данные.
Также это можно использовать для доступа к заблокированным сайтам в вашей сети. Поскольку трафик идет, например, через Нидерланды, где может быть не заблокирован российский локальный информационный ресурс, вы сможете зайти на него.

Я использую программное обеспечение ProtonVPN, от создателей ProtonMail. Их почтовый сервис прекрасно себя зарекомендовал, и увидев доступность VPN клиента от данной команды сразу решил установить и использовать.

Приложение бесплатное, но еще не имеет русского интерфейса. Но разобраться в его работе очень просто.

Если выбрать платный тарифный план, то у вас будет больший выбор стран для подключения. Платные сервера менее загружены, поэтому скорость будет выше. А также будет возможность использовать P2P траффик и сети TOR.

Анонимная операционная система Tails

Tails это самый ультимативный вариант. Это операционная система, основанная на ядре Linux.

Обычно ее записывают на флеш накопитель или DVD диск и загружаются с них. При том, сами создатели рекомендуют сначала записать операционную систему на флеш накопитель, далее загрузится с него. И уже с этого носителя с помощью специального программного обеспечения записать операционную систему на другой флеш накопитель или DVD диск.

В данной операционной системе можно работать в интернете, работать с почтой и максимально важными данными на компьютере.

В ней используются самые передовые технологии шифрования. Максимальная защита всех данных. Данную ОС постоянно проверяют и исследуют.

Заключение

Спасибо что дочитали статью до конца. Надеюсь описанные мною вещи стали понятными. За дополнительными деталями вы всегда можете обратиться к сети Интернет.

Буду рад комментариям, замечаниям и критике.

Источник

История шифрования информации

Шифрование информации стало развиваться практически одновременно с появлением письменности. Представители древнейших цивилизаций в Месопотамии и Египте уже использовали различные виды кодирования записей. В древнеиндийских манускриптах говорится о разных способах засекречивания текстов.

Изменение записей в целях безопасности применяли правители и ремесленники, которые хотели сохранить в тайне свои профессиональные секреты. Считается, что первые методы криптографии применяли еще древние египтяне, которые более 4-х тысяч лет назад стали использовать в своей письменности особые иероглифы.

Появившийся еще в доисторические времена «шифр замены» остается актуальным и в наше время. Еще один вариант кодирования записей был придуман несколько позже в Римской империи. Это был «шифр сдвига», который применял Юлий Цезарь.

Есть примеры в истории, когда для защиты информации и шифрования использовались специальные приспособления. К таким инструментам можно отнести скиталу — первый вариант шифратора. Его придумали в Спарте. Для кодирования использовалась ровная палка, обмотанная по длине пергаментной лентой. Сообщение писали по длине скиталы, а затем снимали с нее пергамент.

Теперь, чтобы прочесть зашифрованный текст, нужно было иметь палку такого же диаметра (диаметр скиталы выступал своеобразным ключом к шифру). Секрет этого шифра раскрыл Аристотель. Для дешифрации текста греческий философ стал наматывать пергаментную ленту на палку в форме конуса. Этот процесс выполнялся до тех пор, пока не появлялись читаемые слова и фразы.

Еще один древний инструмент для кодирования назывался диск Энея. В нем по количеству букв алфавита проделывались специальные отверстия, через которые протягивалась нить в последовательности, соответствовавшей расстановке символов в сообщении. Тот, кто получал зашифрованное на диске Энея послание, должен был, вытягивая нитку, записывать порядок букв.

Таким образом, можно было прочесть секретный текст. Этот способ шифрования информации был очень уязвимым, так как прочесть сообщение мог любой, кто вытягивает нитку.

Веские причины шифрования информации

Многие люди не интересуются вопросами шифрования информации, считая, что им нечего скрывать. Это мнение не соответствует реальной ситуации. Есть определенная личная информация, которую бы не хотелось открывать другим. Не стоит надеяться, что никто не будет утруждать себя изучением данных вашего смартфона или компьютера.

Скачать
файл

Если оставить эти устройства без присмотра, то даже близкие люди из любопытства могут просмотреть вашу личную информацию. Это само по себе неприятно, но они еще и могут неправильно трактовать некоторые сведения.

У каждого есть сообщения, фото или документы, которые совсем не обязательно показывать супруге, мужу, теще, детям. При этом информация может не содержать чего-либо предосудительного, но будет намного спокойнее, если она будет скрыта. Стоит ли давать доступ к данным кредитной карты своим детям? Вы готовы предоставить жене пароли от соцсетей или электронной почты? Разумно ли показывать все семейные фото знакомым, которые зашли на 15 минут?

Вследствие беспечной «открытости» в смартфоне или на компьютере могут быть установлены вредоносные программы. Все чаще появляются новости о том, что злоумышленники украли файлы, изображения, пароли и другую важную информацию с компьютера. Есть примеры, когда даже известные люди становились жертвами вымогателей, после того, так была похищена из сети их личная информация.

А какие неприятности может принести кража смартфона? Сейчас такое преступление совершается не только для того, чтобы продать похищенный телефон. Злоумышленникам часто более интересна информация, хранящаяся в памяти гаджета: данные кредитных карт, фото документов, пароли и т.д.

Что такое шифрование информации

Компьютер хранит данные совсем не в том виде, какими их воспринимаем мы. Нарисованную от руки картинку или текст без специальной обработки не сможет распознать компьютерная программа. Этот процесс имеет свое специальное название: кодирование. При нажатии на кнопку клавиатуры пользователь передает компьютеру не конкретный символ, а его код.

Кодированием называют процедуру преобразования данных в форматы, которые сможет обрабатывать компьютер.

Шифрование информации – процесс, подразумевающий такое ее изменение, после которого чтение данных может быть доступно лишь избранным пользователям.

Задачи шифрования состоят в обеспечении:

• конфиденциальности данных;
• целостности информации (защита от несанкционированного изменения);
• возможности идентификации отправителя (нельзя отправить информацию, которая не имеет отправителя).

Для оценки защищенности шифра используется понятие криптостойкости.

Криптографической стойкостью называют способность кода не поддаваться криптоанализу, дешифровке и исследованию.

С учетом такой способности различают две базовые системы криптостойкости: абсолютно стойкие и достаточно стойкие.

К первому виду относят системы, которые не поддаются криптографическому анализу. Перечислим наиболее важные признаки «абсолютно стойких» систем:

• Ключи для шифрования информации обязательно генерируются отдельно к каждому сообщению.
• Независимость процесса генерация ключей.
• Длина ключа не может быть меньше аналогичного параметра сообщения.

Отметим, что «абсолютно стойкие» системы шифрования информации не очень удобны в практическом применении. Для работы с ними требуется более мощное вычислительное оборудование. Поэтому, более широкое распространение получили «достаточно стойкие» системы.

Их уровень надежности определяется возможностями специалиста по криптоанализу:

• Количеством сообщений, которые были перехвачены.
• Наличием достаточного количества временных ресурсов и вычислительных мощностей.

Кроме того, на надежность системы влияет вычислительная сложность шифра, которая определяется общим количеством времени работы шифрующей функции, размером входящей информации и объемом необходимой памяти.

Преимущества криптографического шифрования информации

Криптография – наука, изучающая вопросы конфиденциальности и целостности данных. Встречается также и такое ее название, как криптология. Основная задача этой науки состоит в том, что обеспечить безопасную передачу электронной или другой информации. Для этого необходимо обеспечить, чтобы сообщение открывалось только с использованием секретных алгоритмов или ключей к шифру. Термин криптография имеет греческое происхождение:

• криптос – скрытый;
• графо – писать.

Наука, изучающая алгоритмы шифрования и дешифрования информации, входит в число наиболее древних дисциплин. В цифровую эпоху она играет особую роль.

Криптография изучает совокупность алгоритмов, представлений, инструментов и средств шифрования информации. Одним из ее направлений выступает криптоанализ, в сферу которого входит исследование способов нарушения сохранности данных.

Существует мнение, что криптографический метод шифрования информации ориентирован на компьютерные сети. Это отчасти так, но кроме того, он имеет еще ряд функций по обеспечению следующих принципов:

Конфиденциальность

Этот термин определяет защищенность объекта от постороннего изучения. В области вычислительных технологий для решения такой задачи используются алгоритмы шифрования или ключи к шифрам. В случае получения конфиденциальных данных злоумышленником или случайным лицом, не прошедшим специальную процедуру авторизации, информация будет недоступной.

Благодаря требованиям конфиденциальности можно отправлять информацию с уверенностью, что она будет защищена на пути от отправителя к получателю. В этом случае отсутствует риск перехвата паролей и других ценных сведений в момент передачи данных через интернет.

Цели шифрования состоят в обеспечении защиты личных данных от разного вида хакерских атак, включая Man in the Middle (MiTM). После шифрования информации злоумышленники не смогут просмотреть фактически отправленные сведения.

Целостность

Этот принцип очень важен в контексте безопасности информации. Целостность данных определяется отсутствием каких-либо изменений в процессе их передачи от отправителя к получателю. Пересылка информации между разными устройствами – важный элемент цифровых технологий. Любая операционная система постоянно осуществляет процесс обмена данных в сети.

К примеру, абонент отправляет сообщение другому пользователю с использованием мессенджера. Может ли получатель быть полностью уверенным, что в процессе передачи не имело место искажение информации неавторизованным пользователем? Постороннее вмешательство в пересылаемые данные может привести к их искажению. Для предотвращения постороннего вмешательства применяется метод хеширования, обеспечивающий проверку целостности входящих сообщений.

Аутентификация

Данное понятие связано с подтверждением подлинности данных пользователя в системе. При отсутствии аутентификации кто угодно может выполнять различные действия с информацией, получив доступ к устройству и не нести за это какой-либо ответственности. Данная процедура применяется в криптографии для проверки и подтверждения данных пользователя или источника данных.

Для сообщений могут использоваться цифровые сертификаты или подписи, сформированные отправителем. Получатель заверенных соответствующим образом данных, может осуществить проверку подлинности информации. Таким образом, появляется возможность удостовериться, что сообщение отправлено конкретным контрагентом, а не злоумышленниками.

Невозможность отказа от ответственности (Non-repudiation)

Данный принцип позволяет предупредить действия пользователя, связанные с отрицанием выполнения конкретных действий. К примеру, когда мы посещаем кафе, чтобы выпить чашечку кофе с выпечкой, то после оплаты заказа получаем чек, где указаны все выбранные позиции. Документ о совершенной транзакции включает дату и время покупки, данные кассира, адрес объекта общественного питания и т.д.

Посетитель не сможет отрицать факт своего посещения кафе, так все данные об этом факте документально зафиксированы.

В дальнейших разделах мы рассмотрим особенности разных шифров, применяемых в современных алгоритмах шифрования информации.

Ассиметричные алгоритмы шифрования информации

Сегодня используется широкий перечень алгоритмов шифрования. При этом криптоалгоритмы могут иметь разные стандарты, которые зависят от свойств данных и технологической оснащенности пользователя.

Методика асимметричного шифрования основана на применении ключей открытого типа. Безопасность информации, при этом, обеспечивается использованием специальной «расшифровки». Передача данных происходит по открытым системам связи (данные не являются скрытыми). С помощью «расшифровки» производится проверка подлинности электронных сертификатов и передаваемых сведений.

Шифрование с применением асимметричных алгоритмов предполагает формирование дополнительного секретного ключа.

Этот метод построен на особенностях односторонних функций f(x). Согласно математическим законам, в таких выражениях можно определить значение Х при наличии необходимых сведений о функции. При этом, даже если Х известен, то выяснить, как выглядит f(x) практически невозможно.

Как работают асимметричные алгоритмы шифрования информации?

• Объект Б отправляет абоненту А информацию, защищая ее с помощью шифра.
• Отправитель осуществляет шифрование сообщения открытым ключом.
• Зашифрованное сообщение передается по открытым каналам.
• Абонент А получает сообщение.
• Чтобы открыть зашифрованные данные абоненту А отправляют ключ доля дешифрования.
• Полученная информация раскрывается с помощью дешифрованного блока и может быть свободно прочитана получателем.

В описанном выше методе есть один очень важный момент, без которого невозможно обеспечить надежную защиту сообщения. Дело в том, что абонент А при получении зашифрованных данных должен пройти процесс аутентификации. Эта процедура проводится перед отправителем и обеспечивает защищенность системы.

В случае, когда получатель не является тем абонентом, которому было отправлено сообщение или он не смог пройти аутентификацию, процедура дешифрования не будет запущена. Другой пользователь не сможет осуществить замену открытого ключа шифра, который вложил отправитель.

Сложно найти более эффективный ассиметричный алгоритм шифрования информации. В этом случае, аналогично с использованием хеш-функций, существует неопределенное количество вариантов. Представим наиболее популярные из них:

• RSA;
• DSA;
• Deffie-Hellman;
• ГОСИТ Р 34.10-2001;
• Luc;
• Rabin;
• ECC;
• McEliece.

Все указанные способы шифрования информации получили широкое практическое применение. Тем не менее, есть еще один вариант защиты данных, который используется чаще всего. О нем мы поговорим далее.

Алгоритмы симметричного шифрования

Что представляет собой алгоритм симметричного шифрования? Как было отмечено ранее, сегодня его используют очень часто. Такой метод шифрования информации основан на использовании одного ключа для шифровки и для дешифрования данных.

Основные требования к симметричному шифрованию:

• гарантированное отсутствие линейности;
• устранение любых статистических закономерностей в защищаемом информационном объекте.

Способы симметричного шифрования информации:

• Блочное шифрование подразумевает разделение данных на отдельные блоки с фиксированным объемом (к примеру, 64 или 128 бит). После разбивки производится их поочередное шифрование. Независимо от используемых алгоритмов, и даже в рамках одного криптоалгоритма, отдельные блоки шифруются отдельно друг от друга либо используется принцип «сцепления» (результат шифрования текущего информационного блока находится в зависимости от значения или от результата шифрования ранее обработанного блока).
• Поточное шифрование применяют, если данные нельзя разделить на отдельные блоки. К примеру, при отправке потока информации, в котором необходимо зашифровать и отправить каждый символ, не ожидая, пока поступят необходимое количество данных для создания блока с фиксированным размером. Кодирование с применением поточных алгоритмов происходит посимвольно или по битам информации. Отметим, что существуют классификации, в которых нет разделения на блочное и поточное шифрование. При таком подходе подразумевается, что поточный метод является частным случаем блочного, когда кодированию подвергаются блоки единичного размера.

Свои достоинства и отрицательные стороны есть и у симметричных алгоритмов шифрования информации. Они обеспечивают надежную защищенность данных, так как предусматривают их сложные, многошаговые переустановки и замены. Существуют разнообразные варианты реализации симметричных алгоритмов, каждый из которых обязательно должен соответствует ключу прохода.

Принцип шифрования данным методом выглядит следующим образом:

• На перовом этапе нужно обеспечить реализацию первого требования к шифру, поэтому из информационного массива убирают все статистические данные.
• Затем происходит перемешивание битов в соответствии с заданным алгоритмом.
• Алгоритм получает свойство нелинейности, поэтому, стандартными методами он не может быть дешифрован.
• Осуществляется замена определенных участков данных установленной величины на простые числа путем обращения к исходному массиву.

Преимущества шифрования симметричными алгоритмами:

• сокращается длина ключа к шифру;
• шифрование осуществляется с высокой скоростью;
• простота процесса кодирования (за счет небольшого размера ключа и других факторов);
• достаточно глубокая изученность метода.

Рассмотрим недостатки программы шифрования информации с применением симметричных алгоритмов. Прежде всего, стоит отметить более сложную процедуру обмена ключами, так как при ее упрощении возможно нарушение безопасности данных. В больших сетях усложняется процесс управления ключами.

Примеры шифров с симметричными алгоритмами:

• 3DES;
• SEED — КНР;
• Camellia – Япония;
• CAST – от создателей Carlisle Adams;
• IDEA;
• XTEA – считается наиболее эффективным и простым для освоения алгоритмом;
• DES – давно известный американский алгоритм;
• AES.

Следует отметить, что в последнее время наибольшее распространение получил новый американский стандарт шифрования AES.

Не менее эффективные методы шифрования информации

Хеширование данных

Хеширование представляет собой одностороннюю функцию и этим существенно отличается от симметричных и асимметричных алгоритмов. Хеш-функция может быть собрана из ряда данных, но этот процесс не может быть осуществлен в обратную сторону. В связи с этим хеширование нельзя назвать очень удобным методом для хранения информации, но может использоваться для защиты отдельных данных.

При таком подходе к шифрованию, функция осуществляет прием информационного потока и выводит его, на первый взгляд, в случайную строку, имеющую одинаковый размер в любых случаях. Идеальный вариант хеш-функции формирует уникальные выражения разных входов. При этом для одинаковых данных на входе будет осуществляться один и тот же хеш. В связи с этой особенностью, данный метод может применяться для анализа целостности информации.

Цифровая подпись

Цифровая подпись соединяет в себе технологии хеш-функций и ассиметричных алгоритмов кодирования информации. Вначале осуществляется хеширование данных, которые затем подвергаются шифрованию ключом отправителя.

Для получения хеша из цифровой подписи адресат применяет открытый ключ шифра. После извлечения данных их подвергают еще одному хешированию и последующему сопоставлению с исходным хешем. После проверки факта принадлежности открытого ключа автору сообщения можно утверждать, что данные поступили от конкретного отправителя. Если повторно сформированный хеш совпадает с исходным, значит, пересылаемая информация не подвергалась изменениям.

Отметим, что наличие цифровой подписи обеспечивает конфиденциальность данных. Она может работать с зашифрованными документами, при этом отдельно должна выполняться кодировка содержания сообщения.

Нужно ли изучать старые алгоритмы шифрования

Для шифрования информации в сети при любых запросах применяют криптографические протоколы. А как обстояла ситуация с защитой данных до появления интернет технологий? Как было отмечено ранее, различные способы обеспечения защиты, конфиденциальности и засекречивания записей были известны еще в древности. Первые методы кодирования и шифрования информации стали появляться более двух тысячелетий до нашей эры.

Те шифры были не очень сложными и не имели высокой стойкости к декодированию. В условиях низкой среднестатистической грамотности людей того времени даже примитивные методы шифрования могли обеспечивать защиту информации.

Необходимость ведения секретной переписки существовала всегда, что способствовало развитию технологий криптографии. На определенном этапе вместо кодов шифра стали использоваться специальные шифровальные машины.

Такие устройства значительно повысили уровень защищенности информации. Выдающиеся математики не всегда могли взломать коды, сгенерированные роторным устройством шифрования. Когда стали появляться первые компьютерные устройства, проблема защиты данных стала особенно острой.

Какую пользу может принести изучение древних способов шифрования с нестойкими кодами? Возможно, не следует тратить драгоценное время на их анализ, а чтобы стать специалистом достаточно углубиться в DES и RSA? Изучать первые принципы шифрования информации очень полезно для понимания целесообразности применения различных операций в новейших криптоалгоритмах.

К примеру, примитивный метод шифрования перестановкой достаточно часто применяется в современной криптографии. Чтобы разобраться в происхождении алгоритмов шифрования придется вернуться на тысячелетия вглубь истории человечества.

Сферы применения шифрования

Системы шифрования информации сегодня нашли применение в самых разных областях. В каждом отдельном случае криптоалгоритм подбирается исходя из тех задач, которые необходимо решить. Рассмотрим некоторые примеры шифрования информации:

• E2EE

Такое название получил протокол сквозного шифрования. Форма кодирования информации дает гарантию, что исходные сведения будут доступны только отправителю и адресату. Провайдеры, администраторы и субъекты, предоставляющие услуги по передаче информации, не смогут раскодировать сообщения пользователей, отправляемые друг другу.

Способ шифрования E2EE (end-to-end encryption) — эффективное решение для обеспечения безопасности и конфиденциальности данных. Конечно, он не гарантирует полную безопасность, но сквозное шифрование позволяет поддерживать ее на достаточно высоком уровне.

• HTTPS

Данное расширение протокола HTTP обеспечивает безопасность передачи информации в сети интернет. О его наличии на просматриваемом онлайн-ресурсе свидетельствует значок в виде замка, расположенный в левом углу строки браузера. Для защиты данных используются алгоритмы Transport Layer Security (TLS) и Secure Sockets Layer (SSL).

HTTPS осуществляет аутентификацию соединений путем запроса открытого или цифрового ключа, подписываемого определенным третьим лицом. Данный способ отличается от протокола сквозного шифрования тем, что обеспечивает защиту персональных сведений исключительно в ходе их пересылки. HTTPS имеет более низкий уровень конфиденциальности. Но такой протокол остается обязательным для пользователей, которые стремятся защитить личную информацию при ее отправке через интернет.

• Облачное шифрование

Сегодня многие используют облачные сервисы для хранения видео, фото и различных файлов. Популярность таких хранилищ повышает требования к их безопасности и защите личных данных с применением технологий шифрования. Организаторы облачных сервисов предлагают различные формы кодирования информации.

В данном контексте следует выделить три основные группы данных: находящиеся в состоянии покоя, перемещения и использования. Происхождение таких названий типов данных вполне понятно. К первому типу относят не используемые данные, которые в конкретный момент времени просто находятся в хранилище. Вторая форма информации перемещается из места хранения в определенном направлении. К третьему типу относятся данные, подвергающиеся в данное время обработке (использованию).

Только сам сервис хранения информации может обеспечивать шифрование информации. Часть таких служб кодируют данные групп «покоя» и находящиеся «в пути». Есть примеры, когда шифрованию подвергается только те сведения, которые расцениваются, как конфиденциальные. Только редкие облачные хранилища сегодня поддерживают протоколы сквозного шифрования.

Ряд популярных сервисов обеспечивают кодирование криптоалгоритмами TSL/SSL как отправляемой информации, так и той, которая находится на хранении. К примеру, Dropbox для сквозного шифрования предлагает программу Boxcryptor, обеспечивающую локальное изменение файлов перед их загрузкой в хранилище.

• Шифрование диска

Речь идет о технологиях кодирования данных на жестких дисках. Они обеспечивают новый уровень защиты информации, преобразуя ее в нечитаемый код.

Существует ряд современных способов шифрования информации на диске, которые могут использовать программные и аппаратные методы. Второй вариант предполагает наличие самохешируемого диска.

Такое устройство осуществляет кодирование и дешифрацию данных в автоматическом режиме, поэтому считается наиболее удобным и простым способом защиты личной информации. Производители предлагают широкий выбор жестких дисков с функцией самохеширования. Их единственный недостаток связан с высокой ценой.

Существующие принципы шифрования информации жесткого диска с помощью ПО обеспечивают большую доступность такого способа. Процедура кодирования данных происходит в режиме реального времени в ходе их загрузки и хранения.

Отметим, что работа таких программ может снижать производительность ПК, но они очень необходимы, если вы заботитесь о защите своей информации. В качестве примера можно привести программный продукт BitLocker, который работает на базе криптоалгоритма AES с ключами на 128- или 256-бит.

Чтобы стать специалистов в данной области нужно хорошо ориентироваться в информатике, программировании, IT-технологиях и алгоритмах. Сейчас есть возможность пройти специальные обучающие курсы по криптографии.