Разное

Вернама шифр пример: Шифр Вернама, пример Шифры в криптографии

Содержание

Шифр Вернама, пример Шифры в криптографии

Привет, Вы узнаете про шифр вернама , Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое
шифр вернама , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Шифры в криптографии

шифр вернама , или одноразовый блокнот, был изобретен в 1917 году Мейджором Джозефом Моборном (Major Joseph Mauborn) и Гильбертом Вернамом (Gilbert Vernam) из AT&T (American Telephone & Telegraph). В классическом понимании одноразовый блокнот является большой неповторяющейся последовательностью символов ключа, распределенных случайным образом. Первоначально это была одноразовая лента для телетайпов. Отправитель использовал каждый символ ключа для шифрования только одного символа открытого текста. Шифрование представляет собой сложение по модулю n (мощность алфавита) символа открытого текста и символа ключа из одноразового блокнота. Каждый символ ключа используется только один раз и для единственного сообщения, иначе даже если использовать блокнот размером в несколько гигабайт, при получении криптоаналитиком нескольких текстов с перекрывающимися ключами он сможет восстановить исходный текст. Он сдвинет каждую пару шифротекстов относительно друг друга и подсчитает число совпадений в каждой позиции. если шифротексты смещены правильно, соотношение совпадений резко возрастет . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . С этой точки зрения криптоанализ не составит труда. Если же ключ не повторяется и случаен, то криптоаналитик, перехватывает он тексты или нет, всегда имеет одинаковые знания . Случайная ключевая последовательность, сложенная с неслучайным открытым текстом, дает совершенно случайный криптотекст, и никакие вычислительные мощности не смогут это изменить.

Использования

В реальных системах сначала подготавливают две одинаковые ленты со случайными цифрами ключа. Одна остается у отправителя, а другая передается «неперехватываемым» образом например, курьером с охраной, законному получателю. Когда отправитель хочет передать сообщение, он сначала преобразует его в двоичную форму и помещает в устройство, которое к каждой цифре сообщения прибавляет по модулю два цифры, считанные с ключевой ленты. На принимающей стороне кодированное сообщение записывается и пропускается через машину, похожую на устройство, использованное для шифрования, которое к каждой двоичной цифре сообщения прибавляет (вычитает, так как сложение и вычитание по модулю два эквивалентны) по модулю два цифры, считанные с ключевой ленты, получая таким образом открытый текст. При этом, естественно, ключевая лента должна продвигаться абсолютно синхронно со своим дубликатом, используемым для зашифрования.

Рис 1 изображена работа шифрования шифром Вернама 

Недостатки
Главным недостатком данной системы является то, что для каждого бита переданной информации должен быть заранее подготовлен бит ключевой информации, причем эти биты должны быть случайными. При шифровании большого объема данных это является серьезным ограничением. Поэтому данная система используется только для передачи сообщений наивысшей секретности. 

Чтобы обойти проблему предварительной передачи секретного ключа большого объема, инженеры и изобретатели придумали много остроумных схем генерации очень длинных потоков псевдослучайных цифр из нескольких коротких потоков в соответствии с некоторым алгоритмом. Получателя шифрованного сообщения при этом необходимо снабдить точно таким же генератором, как и у отправителя. Но такие алгоритмы добавляющих регулярности в шифротекст, обнаружение которых может помочь аналитику дешифровать сообщение. Один из основных методов построения подобных генераторов заключается в использовании двух или более битовых лент, считанные с которых данные побитно складываются для получения «смешанного» потока.

Я что-то не договорил про шифр вернама , тогда сделай замечание в комментариях Надеюсь, что теперь ты понял что такое шифр вернама
и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания,
то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории
Шифры в криптографии

Шифр Вернама

Использования

В реальных системах сначала подготавливают две одинаковые ленты со случайными цифрами ключа. Одна остается у отправителя, а другая передается «неперехватываемым» образом например, курьером с охраной, законному получателю. Когда отправитель хочет передать сообщение, он сначала преобразует его в двоичную форму и помещает в устройство, которое к каждой цифре сообщения прибавляет по модулю два цифры, считанные с ключевой ленты. На принимающей стороне кодированное сообщение записывается и пропускается через машину, похожую на устройство, использованное для шифрования, которое к каждой двоичной цифре сообщения прибавляет (вычитает, так как сложение и вычитание по модулю два эквивалентны) по модулю два цифры, считанные с ключевой ленты, получая таким образом открытый текст. При этом, естественно, ключевая лента должна продвигаться абсолютно синхронно со своим дубликатом, используемым для зашифрования.


Рис 1 изображена работа шифрования шифром Вернама

Недостатки

Главным недостатком данной системы является то, что для каждого бита переданной информации должен быть заранее подготовлен бит ключевой информации, причем эти биты должны быть случайными. При шифровании большого объема данных это является серьезным ограничением. Поэтому данная система используется только для передачи сообщений наивысшей секретности.

Чтобы обойти проблему предварительной передачи секретного ключа большого объема, инженеры и изобретатели придумали много остроумных схем генерации очень длинных потоков псевдослучайных цифр из нескольких коротких потоков в соответствии с некоторым алгоритмом. Получателя шифрованного сообщения при этом необходимо снабдить точно таким же генератором, как и у отправителя. Но такие алгоритмы добавляющих регулярности в шифротекст, обнаружение которых может помочь аналитику дешифровать сообщение. {N}}

Что доказывает chiprotect независимости и открытого текстов в системе. это означает, что абсолютная криптографическая стойкость.

Курс Harvard CS50 — Лекция: Криптография. Шифр Цезаря и шифр Виженера

Криптография, наука о шифровке и дешифровке информации… На самом деле наука о шифровке посланий существовала задолго до компьютерных времён. Разнообразную тайнопись использовали ещё армии Римской Империи для передачи секретных сообщений. Сейчас наука набрала обороты, и ею пользуются все. Скажем, ваши пароли в Facebook и других социальных сетях хранятся в зашифрованном виде. 

Теоретические сведения

Для начала мы изучим один из простейших шифров — шифр Цезаря, названный в честь римского императора. В этом шифре каждая буква текста заменяется на другую, которая находится на фиксированное число букв дальше в алфавите. Это фиксированное число букв называется ключом. Так, ключ 1 переводит букву латиницы C в букву D, а Z — по циклу в A. Если ключ равен 3, то буква C перейдет в F, а Z — в C. 

Примеры: используем шифр Цезаря с ключом 5 на слове cat.

c -> h
a -> f
t -> y 
Caesar (cat, 5) = hfy

Ключ = 7, слово = computer

c->j
o->v
m->t
p->w
u->b
t->a
e->l
r->y
Caesar(computer,7) = jvtwbaly

Шифр Цезаря прост, но, увы, ненадёжен (это взаимосвязанные вещи!): для английского алфавита — всего 25 вариантов шифровки, перебрать все возможные варианты легко даже без компьютера. Тем не менее, шифр Цезаря часто используют в качестве шага в других шифрах, таких, как шифр Виженера (о нём — в следующем пункте).

«Математизируем» шифр Цезаря. Обозначим незашифрованный текст буквой p, а pi — буква в тексте p, которая находится на позиции с номером i. Назовем секретный ключ буквой k, с — зашифрованный текст, а ci — буква в шифрованном тексте, которая находится на позиции i. Тогда вычислить каждую букву шифра можно по формуле: 

ci = (pi + k) % 26

Привыкайте к такой формализации, она позволяет программировать алгоритм и выражает смысл шифра точно и сжато.

Если ключ k = 13 а изначальный текст p — «Be sure to drink your Ovaltine!», вот какой шифр мы получим:

Or fher gb qevax lbhe Binygvar!

Обратите внимание, O (первая буква в шифрованном тексте) смещена на 13 позиций от буквы B (первая буква в оригинальном тексте). То же самое с буквой r (вторая буква в шифровке) смещена на 13 букв от e (вторая буква в оригинале). Третья буква в шифровке, f, смещена на 13 букв от s (третья в оригинале), тут мы ходим по кругу от z до a.

Шифр Цезаря с ключом 13 имеет специальное название ROT13. Он симметричный: применив его дважды, мы вернемся к изначальному тексту. Конечно, есть еще и ROT26, этот вообще супер-секьюрный, но только если вы нечётко выражаете свои мысли =). 

Шифр Виженера

Шифр Виженера несколько безопаснее шифра Цезаря: в качестве ключа в нем используется слово и его сложно взломать вручную с помощью одного только частотного анализа или перебора. Каждая буква ключа генерирует число, и в результате мы получаем несколько несколько ключей для сдвига букв.

Пример:

p = Meet me in the park at eleven am 
В качестве ключевого слова возьмем 
k = bacon
Длина сообщения p = 25 
В то время как длина k = 5 
Поэтому его нужно повторять 5 раз.

Если число букв в сообщении не делится на ключ нацело, мы в последнем применении ключа используем только его часть:

Чтобы найти значение для смещения, используем позиции каждой буквы нашего ключа bacon в алфавите (от a до z). n – 1 где n — длина неизвестного ключа. Но обычно это немало. Правда, для компьютера это не проблема.

А теперь — математика шифра:

Пусть р – некоторый текст, k — ключевое слово, kj — j-я буква ключа, pi — буква под номером i в оригинальном тексте, ci — буква под номером i в шифровке. Тогда:

ci = (pi + kj) % 26

Одноразовый шифроблокнот « Попаданцев.нет

Несколько лет назад одного британского айтишника надолго посадили за сотрудничество с террористами, с которыми он переписывался посредством самопального шифра, запрограммированного в Экселе. Несмотря на то, что ему вполне была доступна современная криптография, некомпетентность его подвела и легко вскрытая правоохранительными органами переписка была использована против него же в суде. Oops…

В криптографии есть несколько эмпирических законов, самый главный из которых формулируется очень просто: никогда не изобретайте собственный шифр! Шифры изобретают либо новички-дилетанты, либо специалисты по криптографии. В первом случае шифр легко ломается специалистом или даже просто более-менее соображающим дилетантом, во втором… бывает по-разному, особенно с учетом бурного роста производительности компьютеров. Но некоторые шифры выдерживают испытание временем. Об одном таком шифре и пойдет речь.

Для применения большинства современных надежных шифров требуется наличие более-менее приличной ЭВМ. Но, к счастью, есть шифр, который доступен в любые века и времена и не требует серьезных вычислительных мощностей, оставаясь принципиально невзламываемым. Более того, это единственный на сегодняшний день шифр, невзламываемость которого доказывается математически (это доказал Клод Шеннон в 1945 году). Знакомьтесь: шифр Вернама, или, как его еще называют в бумажном варианте, одноразовый шифроблокнот.

Но, прежде, чем речь пойдет о самом шифре, следует вспомнить историю криптографии. На эту тему очень рекомендую книгу «Взломщики кодов» Дэвида Кана, в ней хорошо показано как на протяжении многих столетий шифр и дешифровка всегда шли ноздря к ноздре, причем пресловутые «черные кабинеты» чаще всего опережали примитивную криптографию, а последствия зачастую имели серьезнейшие масштабы: достаточно вспомнить печально известную телеграмму Циммермана. И, несмотря на то, что тот же шифр Виженера в реальной истории взломали достаточно поздно, кто знает — не попадет ли ваша шифровка в руки какого-нибудь местного Блеза Паскаля и не торкнет ли его от простой идеи переписать сообщение колонкой шириной в предполагаемую длину ключа и анализировать колонки? А если от безопасности ваших сообщений зависит ваша жизнь, не лучше ли использовать то, что не взломает ни гений из прошлого, ни АНБ из настоящего, ни пришельцы из будущего? Ну, при дОлжном соблюдении технологии шифрования? А?

Кстати, о соблюдении технологии. В ней кроется и ахиллесова пята одноразового шифроблокнота. Нарушение правил ведет к тому, что абсолютно надежный шифр превращается в достаточно легко взламываемый. Пример тому — советская переписка, небольшой процент которой американцам удалось вскрыть благодаря тому, что в результате раздолбайства НКВД в сороковые годы часть случайных последовательностей использовалась неоднократно (см. проект VENONA). Как следствие, вскрытие шпионской сети Розенбергов, укравших для СССР секрет атомной бомбы.

Итак, как это работает. Для шифрования открытого текста используются шифрблокноты, на каждом листе которых написана последовательность случайных цифр. Как у отправителя, так и у получателя должны быть два заранее составленных одинаковых шифроблокнота.

Вначале надо превратить ваш текст в цифры. Для этого используется сжимающая таблица (straddling checkerboard). В каком-то смысле это аналог алгоритмов, лежащих в основе zip, rar и т.п., только таблица сжатия у нас фиксированная. Нет, вы конечно можете и просто сопоставить буквам цифры по принципу А=1, Б=2 и т. д, но из-за избыточности языка вы будете вынуждены потом шифровать где-то на треть больше. Просидев несколько часов с карандашом за тупой арифметикой, вы быстро оцените достоинства сжимающей таблицы…

Для создания сжимающей таблицы запоминаем: А И ТЕСНО. Тут задействовано семь самых часто встречающихся букв в русском языке. Для английского берем скажем AT ONE SIR (в английском языке меньше букв и можно обойтись только двумя доп. строками) и т.п. Составляем таблицу, в первой строке которой идут часто встречающиеся символы, а в остальных остатки алфавита. Обратите внимание, что в первой строке не задействованы цифры 8, 9 и 0, и они же обозначают, что буква (реже встречающаяся) кодируется не одной цифрой, а двумя. Итак, для кодирования буквы ищем ее, если она находится в первой строке, то мы выбираем номер ее колонки (например Т=3), если она в остальных колонках, то мы вначале выбираем номер ее строки, а потом номер колонки, например Б=81, а ?=07:

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   0
    А   И   Т   Е   С   Н   О
8   Б   В   Г   Д   Ж   З   К   Л   М   П
9   Р   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Щ   Ъ   Ы
0   Ь   Э   Ю   Я   .   ,   ?

Можно добавить еще-что-то полезное в оставшиеся три ячейки в последней строке (в реальности кроме букв часто использовались специальные коды для начала передачи цифр, начала передачи специальных кодов из кодовых таблиц и т.п.). Итак, нам надо зашифровать короткое сообщение:

ПОБЕГ ЗАВТРА

Первая буква сообщения находится во второй строке таблицы, так что берем номер строки, а потом номер колонки: 80. Далее вторая буква имеет высокую частоту и находится в первой строке, поэтому берем только ее колонку: 7. Получаем последовательность цифр. Добиваем нулями последнюю группу до пяти цифр:

80781 48386 18239 11000

Цифры желательно записывать группами по пять. Так модно у связистов это нужно вам же самим, т.к. пять цифр проще всего удержать в памяти и ничего не перепутать. Это полезная практика, которой так же обучают радистов при работе с азбукой Морзе.

Но ПОКА ЧТО это еще не шифр! Закодированный вышеприведенным способом текст уже заметно сложнее взять в лоб простым частотным анализом, но все равно на шифр оно никак не тянет. Теперь выдираем страницу из одноразового шифроблокнота, приведенного на иллюстрации и начинаем с ней работать. Внимание! Никогда нельзя в шифровке указывать номер страницы шифроблокнота, чтобы не дать возможность проанализировать последовательность шифровок или угадать время ее отправки (что может оказаться не менее критичным, чем ее содержимое)! Вместо этого для идентификации страницы используется первая группа, ее не следует использовать для шифрования, а записать как есть. Под цифрами шифровки записываем цифры одноразового кода начиная со второй группы, после чего складываем цифры в каждой колонке, всегда отбрасывая возникающий перенос:


        80781 48386 18239 11000
+
  14358 89753 24133 40169 26799
=
  14358 69434 62419 58398 37799

Вот это уже и есть шифровка:

14358 69434 62419 58398 37799

Теперь осталось сжечь страницу, с помощью которой мы шифровали, и отправить нашу шифровку по назначению. Получатель достанет свою копию шифроблокнота, найдет нужную страницу по первой группе и произведет вначале обратную операцию, вычитая из каждой цифры шифровки цифру с шифроблокнота, всегда отбрасывая минус. Затем возьмет сжимающую таблицу и с помощью нее уже окончательно раскодирует текст. Точно так же — берем 8, ага, это вторая строка, 0 колонка, значит первая буква П., и так далее. А потом тоже сожжет свою копию и больше никто и никогда не сможет расшифровать перехваченное сообщение. А если шифроблокнот будет вовремя уничтожен, то и терморектальный криптоанализ не поможет в расшифровке: ни один человек не в состоянии вспомнить хотя бы полстраницы шифроблокнота со случайными числами.

Ну, а теперь самое главное (и самое трудоемкое): как сгенерировать достаточное количество случайных чисел. Ведь одноразовый шифроблокнот предполагает уничтожение каждой страницы после расшифровки, и для передачи определенного объема текста надо такое же количество случайных данных! Это и является вторым недостатком одноразового шифроблокнота: создание шифроблокнотов занятие длительное и трудоемкое, причем надо суметь создать реально случайную последовательность. Первое, что приходит в голову, это взять кости и накидать набор чисел, вот только на обычных игральных костях всего лишь цифры от 1 до шести, а кидать пару костей и складывать цифры нельзя, т.к. распределение суммы уже подчиняется вполне понятной закономерности и у вас выйдет не совсем случайная последовательность цифр. Можно конечно попробовать сделать кость на d10, как на иллюстрации справа, но попробуйте ее выточить напильником с достаточной точностью!

Если же использовать обычные игральные кости, то надо составить таблицу и уже использовать ее для генерации случайных чисел, кидая кость для каждого числа два раза, игнорируя последовательности, начинающиеся с шестерки:

 11 = 0    21 = 6    31 = 2   41 = 8   51 = 4
 12 = 1    22 = 7    32 = 3   42 = 9   52 = 5
 13 = 2    23 = 8    33 = 4   43 = 0   53 = 6
 14 = 3    24 = 9    34 = 5   44 = 1   54 = 7
 15 = 4    25 = 0    35 = 6   45 = 2   55 = 8
 16 = 5    26 = 1    36 = 7   46 = 3   56 = 9

Так же можно использовать шары лото, пронумерованные от 0 до 9. При этом, достав шар и записав его номер, его необходимо положить обратно и перемешать всю кучу, иначе опять же возникнут проблемы с распределением.

Процесс генерации случайных чисел вручную дьявольски трудоемкий, а с учетом того, что в военное время объемы шифрованной переписки вырастает в порядки, понятно, что одноразовый шифроблокнот может быть использован только для передачи самой важной информации.

Но! Вооружившись всего лишь карандашом, бумагой и игральной костью можно будет потом, после создания пары шифроблокнотов и передачи одного из них по безопасному каналу, переписываться через всю галактику. При этом вы будете уверены, что ваше сообщение никто не прочтет, кроме владельца второй копии шифроблокнота. Разве что где-то какой-нибудь джедай использует Силу, дабы прочитать прошлое и увидеть вас записывающим получившуюся случайную последовательность…

шифр вернама и его программная реализация. — Информатика, информационные технологии

В криптографии шифр Вернама известен также как «схема одноразовых блокнотов». Решение является системой симметричного шифрования, которая была изобретена в 1917 году сотрудниками ATT Мейджором Джозефом Моборном и Гильбертом Вернамом.

В 1949 годах была опубликована работа Клода Шеннона, где Шеннон доказал абсолютную стойкость шифра Вернама. В этой работе Шеннон показал, что не существует других шифров с подобными свойствами и его выводом стало следующее утверждение: шифр Вернама – самая безопасная криптосистема из всех имеющихся.
Однако, следует заметить, что для того, чтобы шифр действительно был стойким, необходимо выполнение следующих трех правил:

1.Ключ для шифрования выбирается случайным образом.

2.Длина ключа должна быть равна длине открытого текста.

3.Ключ должен использоваться ТОЛЬКО один раз.

А теперь поподробней о самом шифре и процессе шифрования. Так как этот шифр был придуман для компьютерных систем, то следует заметить, что базируется он на двоичной арифметике. Надеюсь что вы знакомы с ней ;). Основным объектом рассмотрения в данном методе шифрования является логическая операция XOR (взаимоисключающее ИЛИ). Таким образом, так как у нас двоичная арифметика, то все операции будут осуществляется над нулем (0) и единицей (1). Логическая операция XOR, в отличие от операции OR, при логическом сравнении 0 и 1 дает 1, при сравнении 1 с 1 дает 0, а при 0 с 0 дает 0. Следовательно, если мы выполним операцию XOR над числами 10110 и 11010, то получим: 10110 xor11010 = 01100. Надеюсь что принцип работы операцииXOR понятен.

Далее, так как шифр работает с двоичной системой исчисления, необходимо понимать, что буквы — это всего лишь некоторая интерпретация числа, то есть число является кодом символа некоторой таблицы кодировок. .Однако, если же Вы решили применить шифр Вернама к письменному тексту, то, к примеру, дайте каждой букве используемого вами алфавита, соответствующий ей порядковый номер в двоичной системе исчисления. Например, если вы используете русский алфавит (без учета буквы Ё) то это будет выглядеть так: а — 00000, б — 00001, в — 00010, г — 00011, … я — 111111. Тем самым мы определили свою таблицу кодировки. После этого, написав сообщение и придумав ключ, преобразуйте каждый символ в их числовое значение, соответствующее вашей таблице кодировки, и после этого осуществляйте операцию XOR над каждой соответствующей парой. Так как данный метод шифрования является симметричным, следовательно, применив операцию XORк каждой паре символов шифр-текста (шифрограммы) и ключа, мы получим открытый текст.

Потоковые шифры на базе сдвиговых регистров активно использовались в годы войны, ещё задолго до появления электроники. Они были просты в проектировании и реализации.

В 1965 году Эрнст Селмер, главный криптограф норвежского правительства, разработал теорию последовательности сдвиговыхрегистров. Позже Соломон Голомб, математик Агентства Национальной Безопасности США, написал книгу под названием «Shift Register Sequences»(« Последовательности сдвиговых регистров»), в которой изложил свои основные достижения в этой области, а также достижения Селмера.

Большую популярность потоковым шифрам принесла работа Клода Шеннона, опубликованная в 1949 году, в которой Шеннон доказал абсолютную стойкость шифра Вернама (также известного, как одноразовый блокнот). В шифре Вернама ключ имеет длину, равную длине самого передаваемого сообщения. Ключ используется в качестве гаммы, и если каждый бит ключа выбирается случайно, то вскрыть шифр невозможно (т.к. все возможные открытые тексты будут равновероятны). До настоящего времени было придумано немало алгоритмов потокового шифрования. Такие как: A3, A5, A8, RC4,PIKE, SEAL, eSTREAM.

Режим гаммирования для поточных шифров

Простейшая реализация поточного шифра изображена на рисунке. Генератор гаммы выдаёт ключевой поток (гамму):. Обозначим поток битов открытого текста. Тогда поток битов шифротекста получается с помощью применения операции XOR:, где.

Расшифрование производится операцией XOR между той же самой гаммой и зашифрованным текстом:.

Очевидно, что если последовательность битов гаммы не имеет периода и выбирается случайно, то взломать шифр невозможно. Но у данного режима шифрования есть и отрицательные особенности. Так ключи, сравнимые по длине с передаваемыми сообщениями, трудно использовать на практике. Поэтому обычно применяют ключ меньшей длины (например, 128 бит). С помощью него генерируется псевдослучайная гаммирующая последовательность ( она должна удовлетворять постулатам Голомба). Естественно, псевдослучайность гаммы может быть использована при атаке на поточный шифр

Статьи к прочтению:

Шифр Вернама (одноразовый блокнот)

Похожие статьи:
  • Взлом полиалфавитных шифров

    Проще всего взломать полиалфавитный шифр, зная его период, то есть число используемых моноалфавитных шифров. Тогда, выбрав буквы, соответствующие каждому…

  • Шифр многоалфавитной замены

    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Криптографическая защита информации Цель работы 1.1.Ознакомиться с основными методами криптографической защиты информации….

Шифр ​​Вернама в криптографии — GeeksforGeeks

Vernam Cipher — это метод шифрования буквенного текста. Это один из методов транспонирования для преобразования простого текста в зашифрованный текст. В этом механизме мы присваиваем номер каждому символу обычного текста, например (a = 0, b = 1, c = 2,… z = 25).

Метод получения ключа:
В алгоритме шифрования Вернама мы берем ключ для шифрования простого текста, длина которого должна быть равна длине простого текста.

Алгоритм шифрования:

  1. Присвойте номер каждому символу открытого текста и ключу в алфавитном порядке.
  2. Добавьте оба числа (соответствующий номер обычного текстового символа и номер ключевого символа).
  3. Вычтите число из 26, если добавленное число больше 26, если нет, оставьте его.

Пример:

  Обычный текст:  RAMSWARUPK
  Ключ:  RANCHOBABA

 

Теперь в соответствии с нашим алгоритмом шифрования мы назначаем номер каждому символу нашего открытого текста и ключа.

  PT:  R A M S W A R U P K
  НЕТ:  17 0 12 18 22 0 17 20 15 10

  КЛЮЧ:  R A N C H O B A B A
  НЕТ:  17 0 13 2 7 14 1 0 1 0

 

Теперь сложите количество обычного текста и ключа, и после выполнения операции сложения и вычитания (если требуется) мы получим соответствующий номер символа зашифрованного текста.

  CT-NO:  34 0 25 20 29 14 18 20 16 10

 

В этом случае есть два числа, которые больше 26, поэтому мы должны вычесть из них 26, и после применения операции вычитания новые номера символов зашифрованного текста будут следующими:

  CT-NO:  8 0 25 20 3 14 18 20 16 10

 

Новый зашифрованный текст — после получения соответствующего символа из числа.

  CIPHER-TEXT:  I A Z U D O S U Q K

 

Примечание:
Для расшифровки применяется только обратный процесс шифрования.

Вниманию читателя! Не прекращайте учиться сейчас. Ознакомьтесь со всеми важными концепциями теории CS для собеседований SDE с помощью курса CS Theory Course по доступной для студентов цене и будьте готовы к отрасли.

Вернам

Crypto

Смеситель

OTT

Цифровой побитовый XOR

Шифр ​​Вернама основан на том принципе, что каждый открытый текст
Символ сообщения «смешан» с одним символом из ключевого потока . Если используется действительно случайный ключевой поток , результат будет действительно
‘случайный’ зашифрованный текст , который не имеет отношения к исходному открытому тексту.
В этом случае шифр подобен неразрывному
Одноразовый блокнот (OTP).
Как обычно использовалось с телетайпами
и 5-уровневая перфолента,
система также известна как одноразовая лента
или ОТТ.

Если результирующий зашифрованный текст в системе OTT, описанной выше, действительно случайный,
его можно безопасно отправить по воздуху, без риска быть расшифрованным
подслушивателем.Все, что нужно сделать получателю, — это смешать зашифрованный текст с тем же OTT.
чтобы показать исходный открытый текст .
Нужно только гарантировать, что OTT действительно случайный, что есть только
две его копии, что обе копии немедленно уничтожаются
после использования и что они используются только один раз. (Подробнее о безопасности ниже.)

Вышеупомянутое стало возможным после внедрения цифровой телеграфии,
также известен как Teletype 1
или Телекс .В телетайпе каждый символ заменяется цифровым 5-битным кодом —
представлены 5 отверстиями в перфоленте —
обычно используется с телексными машинами.
Это широко известно как ITA2.
или код Бодо-Мюррея.
Цифровые коды также могут быть представлены сериями «1» и «0»,
где 1 представляет собой присутствие
отверстие, а 0 представляет отсутствие отверстия.

Зашифрованный текст создается путем применения логического
Операция XOR (исключающее ИЛИ) для отдельных битов открытого текста
и ключевой поток .Преимущество использования для этого операции XOR,
в том, что его можно отменить, просто выполнив ту же операцию еще раз.
Другими словами:

открытый текст + ключ & равно; зашифрованный текст

зашифрованный текст + ключ & равно; открытый текст

В математике операция XOR известна как сложение по модулю 2 .
В нашем случае отдельные биты открытого текста подвергаются операции XOR.
с отдельными битами ключа .Результирующий бит будет ‘1’, только если два
входные биты разные. Если они равны (оба 1 или оба 0),
результат будет «0».

Возьмите букву «А», которая представлена ​​как 00011 , и добавьте ее к
буква «B», представленная номером 11001 .
Побитовая операция XOR дает 11010 , что,
в таблице ITA2 — буква «G».
Фактически, каждый бит ключа сообщает нам, соответствует ли соответствующий
бит из открытого текста должен быть инвертирован.Снова инвертируя эти биты ключа, как показано выше,
раскрывается оригинальный характер.

  1. Хотя «Teletype» на самом деле является торговой маркой Teletype Corporation,
    это стало общим выражением для
    цифровая 5-битная телеграфия. Система
    также известен как телетайп, телетайп и телекс.
  2. XOR & равно; Эксклюзивный или.

Принцип шифра Вернама, возможно, легче понять
просмотр сообщения, записанного на перфоленте. В примере
ниже мы хотим передать слово HELLO , которое хранится на
текстовая лента .
У нас также есть предварительно записанная лента ключ с серией случайных
символы; в данном случае последовательность AXHJB .
Содержимое ленты с открытым текстом теперь подвергается операции XOR с
содержимое ленты ключа .Результат (KMIVE) показан здесь как лента с шифрованным текстом :

Смешивание открытого текста и ключа

Теперь посмотрим, что произойдет, если мы повторим эту операцию на
В результате лента зашифрованного текста с буквами «KMIVE».
На иллюстрации ниже
лента с зашифрованным текстом находится слева.Это XOR-ed с копией
исходный ключ ленты (AXHJB), что приводит к исходному незашифрованному тексту : «ПРИВЕТ».

Смешивание зашифрованного текста и ключа

Этот процесс применения операции XOR к тексту и ключу
часто называют микшированием , а шифровальные машины, использующие
Принцип Вернама, поэтому известны как смесители .В те дни, когда широко использовались телетайпы, техники
часто были настолько опытны, что могли читать текст прямо из
бумажную ленту, просто посмотрев на отверстия и прочитав битовые шаблоны.

Смешивание зашифрованного текста и ключа с человеческим глазом

То же самое часто случалось с инженерами по обслуживанию шифра OTT.
машины.Взяв ленту с зашифрованным текстом, наложив на нее ключевую ленту
а затем поднесите его к яркому источнику света,
они часто могли «читать» открытый текст напрямую.
Это проиллюстрировано на приведенном выше рисунке, на котором каждый полупрозрачный
отверстие следует интерпретировать как двоичную «1».

Смешивание открытого текста и ключа с человеческим глазом

Вышеупомянутая процедура на 100% безопасна, если и только , если , следующие
условия все выполнены:

  1. Имеется только двух копий ключевой ленты,
  2. Обе стороны линии связи имеют одну и ту же ключевую ленту,
  3. Ключевую ленту используется только один раз ,
  4. Ключ-лента уничтожается сразу после использования,
  5. Лента для ключей содержит истинно случайных символов,
  6. Оборудование имеет сертификат TEMPEST,
  7. Лента для ключей не была взломана во время транспортировки.

Если какой-либо из вышеперечисленных критериев не выполняется, шифр станет
менее безопасный. Это означает, что — например, на поле боя —
необходимо подготовить и распределить достаточный запас лент для ключей
задолго до потенциальной передачи. Если вы общаетесь
со станцией в нескольких тысячах километров, это будет
очень сложно регулярно поставлять новые ленты для ключей.

На практике распространение ключевых лент всегда было большой проблемой,
что приводит к множеству нарушений вышеуказанных правил.В некоторых случаях
лента для ключей использовалась более одного раза или была вставлена ​​другая
обходным путем (т.е. начиная с конца). Были даже случаи
где оператор берет кусок ключевой ленты и использует его
в виде бесконечной петли, просто соединив оба конца куском клейкой ленты.

Хотя OTP был и остается,
шифр только , который полностью безопасен по своей конструкции,
многие системы, основанные на шифре Вернама, были
заменены системами шифрования, которые использовали псевдослучайный ключ
генератор (PRNG) с очень длинным периодом шифрования.Если оба конца
канал связи инициализирует свой псевдослучайный ключ
генераторы идентичны, принцип Вернама все еще может быть
применяемый.

При использовании этого метода инициализация генератора псевдослучайных
стал ключ
или семя ,
или вектор инициализации , который обычно намного короче, чем
само сообщение. Такой короткий ключ дает гораздо меньшее распространение
проблемы, но также приводит к снижению безопасности шифра.
На практике это компромисс между желаемым уровнем секретности.
и сила ключа.

Также очень важно учитывать, как были сделаны ключевые ленты.
Шифр безопасен только на 100%, если на ключевой ленте есть равномерно разложенные
действительно случайные персонажи. Так было бы, если бы лента была заполнена
с белым шумом, скажем, от диода или пустого радиоканала.

Однако на практике военные организации часто использовали
генераторы псевдослучайных чисел для создания ключевой ленты.
Тот простой факт, что такой генератор псевдослучайный ,
делает шифр менее безопасным.Всегда есть опасность, что
потенциальный противник узнает, какой алгоритм используется для генерации
псевдослучайная последовательность; либо математическими методами, либо
через шпионаж.
Примеры подходящих генераторов ключевой ленты:
Philips EROLET
и Mils A-6723.

➤ Подробнее о создании ключевых лент

Шифровальные машины, предназначенные для работы с сигналами телетайпа,
которые используют шифр Вернама, обычно называются микшерами.
или смесительные машины.

В большинстве случаев они оснащены двумя считывающими устройствами для бумажных лент,
один для ленты с открытым текстом и один для ключевой ленты.

➤ Подробнее

Шифр Вернама назван в честь Гилберта Сэндфорда Вернама (1890-1960).
который в 1917 году изобрел поточный шифр, а позже стал соавтором
OTP.Его патент США 1,310,719
была подана в 1918 году и, согласно
АНБ,
пожалуй, самый важный в истории криптографии [1].

На протяжении многих лет многие заявляли об изобретении
ОТТ
и смеситель.
В 1921 году немецкий производитель Siemens подал
патент DE 371,087, в котором
заявлен почти идентичный принцип. На патентном чертеже даже показано
два выдвинутых бок о бок читателя.Одно из заявлений Siemens заключается в том, что
его можно было использовать как онлайн-шифровальную систему , управляя телеграфом
реле напрямую [2].

Во время Второй мировой войны немецкая армия полагалась на
ручные шифры и
роторные шифровальные машины,
такие как Enigma,
Siemens T-52 Geheimschreiber
и Lorenz SZ-40/42. В 1943 г.
Сименс
разработали свой первый онлайн-миксер, основанный на вышеупомянутом принципе.Он получил название Т-43.
и построено менее 50 из них.
В конце Второй мировой войны немцы уничтожили большую часть этих
Машины Т-43.
Выжившие попали в плен к американцам.
а позже и англичанами.

В 1952 году аналогичный патент был подан Бьёрном Рерхольдтом — полковником,
инженер, ветеран и связной норвежской армии — и Кори Мейсингсет
СТК в Норвегии
[3].
Сотрудничество двух инженеров в конечном итоге привело к
разработка ETCRRM,
смеситель, в котором использовались клапаны (трубки), а не электрические реле.Машину вскоре приняли на вооружение американцы.
для общения на высшем уровне, а затем и новичком
создал НАТО.
В разгар холодной войны
ETCRRM использовался в
сердце горячей линии между Вашингтоном и Москвой.

В конце 1950-х годов голландская компания PTT 1 разработала собственный
смесители,
опять же по тому же принципу. Поскольку у PTT не было
достаточная производственная мощность, машины были изготовлены
Philips Usfa в Эйндховене (Нидерланды).Первой машиной, выпущенной в 1956 году, была
Ecolex I. Как и ETCRRM, он был вентильным.
За ним в 1960 году последовал полностью транзисторный
Ecolex II. После этого Philips Usfa переняла
разработка шифровальных машин, в результате чего в 1963 г.
Ecolex IV.
По словам бывшего директора компании, Philips выплатила гонорары.
главному изобретателю голландской исследовательской лаборатории PTT в течение многих лет,
за использование его патентов [4].

  1. PTT & равно; Staatsbedrijf der Posterijen Telegrafie en Telefonie.(государственная компания почты, телеграфии и телефонии). Приватизирована в 1989 г.
    и в настоящее время известна как KPN.

Современное использование шифра Вернама

Шифр Вернама также может быть реализован с помощью современных компьютерных технологий.
Вместо 5-битного слова телетайпа компьютерные слова состоят из
8 и более бит.Однако принцип остается таким же, как и
операция XOR применяется к отдельным битам слова данных.
Использование операции XOR по-прежнему лежит в основе многих
криптографические алгоритмы сегодня.

Однако одно предупреждение: всегда используйте специальное устройство для
Одноразовый блокнот
коммуникация,
и никогда не используйте обычный персональный компьютер (ПК), планшет или смартфон,
с помощью программного обеспечения. Такие системы по своей сути безопасны.
Не существует безопасного персонального компьютера .

➤ Подробнее о одноразовой клавиатуре (OTP)

Все ссылки, показанные красным, в настоящее время недоступны. Если вам нравится информация на этом сайте, почему бы не сделать пожертвование?
Музей криптографии. Создано: суббота, 11 августа 2012 г. Последнее изменение: 17 апреля 2020 г., пятница, 17:05 CET.

Совершенное шифрование

Как шифрование может быть «совершенным»? Посмотрите это видео, чтобы узнать.

На этом шаге вы узнаете о самой надежной схеме шифрования, одноразовом блокноте (или OTP, как реализовано в шифре Вернама) и его ограничениях.

Вычислительная безопасность

На прошлой неделе мы рассмотрели различные схемы шифрования, которые являются вычислительно безопасными , что означает, что их безопасность обеспечивается ограничениями современных технологий. Схемы шифрования, такие как RSA и обмен ключами Диффи-Хеллмана, основываются на том принципе, что компьютеры не могут определять простые множители очень больших чисел за достаточно короткое время, чтобы взломать схему шифрования. Это означает, что по мере совершенствования технологий и увеличения скорости компьютеров должны быть большие числа, используемые в схемах шифрования.Однако существует схема шифрования, которую невозможно взломать независимо от вычислительной мощности любых перехватчиков. Эта схема шифрования называется шифром Вернама и является реализацией одноразового блокнота .

Шифр ​​Вернама

Шифр ​​Вернама — это форма потокового шифра, который смешивает каждую букву в сообщении с буквой из полностью случайно выбранной строки, называемой ключевым потоком . Для этого буквы сообщения переводятся в числа .Когда схема была впервые предложена Гилбертом Вернамом в начале 19 века, сообщение было переведено в код Бодо, и поэтому каждая буква была представлена ​​пятизначным двоичным числом. Затем генерируется ключевой поток. Для этого создается случайная строка, длина которой больше или равна длине сообщения. Каждую двоичную цифру затем можно объединить с двоичной цифрой из ключевого потока с помощью логической операции XOR. Для выполнения этой операции значения двух битов сравниваются; если они одинаковы (т.е. оба 0 или 1), то XOR возвращает 0, а если они разные, XOR возвращает 1. Вы можете узнать больше о XOR и других логических вентилях в нашем курсе «Как работают компьютеры». Давайте посмотрим, как зашифровать слово ‘hello’ с использованием шифра Вернама. Сначала ‘hello’ переводится в код Бодо:

10

сообщение h e l l o
Baudot

Baudot 00001 10010 10010 11000

Затем генерируется случайный ключевой поток (мы создали его, вращая матрицу).Операция XOR применяется к каждой соответствующей паре цифр.

9009 9009
сообщение h e l l o
Бодо 10100 00001 10010 10010 11000

10111 01010 10111 10011
зашифрованный текст 00001 10110 11000 00101 01011

Для расшифровки сообщения снова используется ключ XOR .

зашифрованный текст 00001 10110 11000 00101 01011
ключ 10101 10111 101010 101010 101010 00001 10010 10010 11000
сообщение h e l l o

Насколько безопасен шифр Вернама?

Если ключевой поток, используемый в шифре Вернама, является полностью случайным и имеет длину, равную открытому тексту, то зашифрованный текст неотличим от текста, который является полностью случайным.Это означает, что шифр Вернама безопасен, пока ключевой поток хранится в секрете и используется только один раз. Если у злоумышленника был достаточно мощный компьютер, он мог бы попытаться сгенерировать все возможные ключевые потоки, используемые для шифрования сообщения. Однако, поскольку более одного случайно сгенерированного потока ключей создадут пятибуквенное слово, они не будут знать, какой поток ключей является правильным, а какой — правильным открытым текстом. Например, учитывая зашифрованный текст

  10100, 11011, 10110, 11111, 00101 

Можно предположить, что ключевой поток — это

  00110, 11010, 01010, 00111, 01001 

, а секретное слово — «лимон».Но ключевой поток с равной вероятностью будет

  01000, 11010, 00100, 00111, 01001 

, который сделает секретное слово «дыня». «

Следующие шаги

На следующем шаге мы более подробно обсудим, как измеряется безопасность схем шифрования.

Вопросы

  • Почему ключевой поток должен быть полностью случайным, чтобы схема шифрования была безопасной?
  • Каковы недостатки шифра Вернама и почему, по вашему мнению, он не используется чаще?
  • Можете ли вы зашифровать собственное сообщение с помощью шифра Вернама?
  • Попробуйте расшифровать и ответить на сообщения других людей.

Поделитесь своими зашифрованными сообщениями и ключевыми потоками в комментариях.

Международный журнал научных и технологических исследований

ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В IJSTR (ISSN 2277-8616) —

Международный журнал научных и технологических исследований — это международный журнал с открытым доступом из различных областей науки, техники и технологий, в котором особое внимание уделяется новым исследованиям, разработкам и их приложениям.

Приветствуются статьи, содержащие оригинальные исследования или расширенные версии уже опубликованных статей конференций / журналов. Статьи для публикации отбираются на основе экспертной оценки, чтобы гарантировать оригинальность, актуальность и удобочитаемость.

IJSTR обеспечивает широкую политику индексации, чтобы опубликованные статьи были хорошо заметны для научного сообщества.

IJSTR является частью экологически чистого сообщества и предпочитает режим электронной публикации, так как он является «ЗЕЛЕНЫМ журналом» в Интернете.

Мы приглашаем вас представить высококачественные статьи для обзора и возможной публикации во всех областях техники, науки и технологий.Все авторы должны согласовать содержание рукописи и ее представление для публикации в этом журнале, прежде чем она будет отправлена ​​нам. Рукописи следует подавать в режиме онлайн

IJSTR приветствует ученых, заинтересованных в работе в качестве добровольных рецензентов. Рецензенты должны проявить интерес, отправив нам свои полные биографические данные. Рецензенты определяют качественные материалы.Поскольку ожидается, что они будут экспертами в своих областях, они должны прокомментировать значимость рецензируемой рукописи и то, способствует ли исследование развитию знаний и развитию теории и практики в этой области. Заинтересованным рецензентам предлагается отправить свое резюме и краткое изложение конкретных знаний и интересов по адресу [email protected]

.

IJSTR публикует статьи, посвященные исследованиям, разработкам и применению в областях инженерии, науки и технологий.Все рукописи проходят предварительное рецензирование редакционной комиссией. Вклады должны быть оригинальными, ранее или одновременно не публиковаться где-либо еще, и перед публикацией они должны быть подвергнуты критическому анализу. Статьи, которые должны быть написаны на английском языке, должны содержать правильную грамматику и правильную терминологию.

IJSTR — это международный рецензируемый электронный онлайн-журнал, который выходит ежемесячно. Цель и сфера деятельности журнала — предоставить академическую среду и важную справочную информацию для продвижения и распространения результатов исследований, которые поддерживают высокоуровневое обучение, преподавание и исследования в области инженерии, науки и технологий.Поощряются оригинальные теоретические работы и прикладные исследования, которые способствуют лучшему пониманию инженерных, научных и технологических проблем.

Декодер и кодировщик одноразовой клавиатуры (OTP)

Одноразовый блокнот (OTP) — теоретически неразрывный шифр. Однако на практике его использование ограничено, поскольку для этого требуется
предварительный общий ключ, по крайней мере, такой же длины, как и сообщение.Создание действительно случайных ключей и безопасное их предварительное использование — непростая задача.
проблемы. Этот инструмент поможет вам кодировать или декодировать одноразовые блокноты, если у вас есть ключ.

Характеристики

  • Одноразовый блокнот теоретически безопасен на 100%. Это также простой шифр, который можно выполнить вручную.
  • Впервые он был описан Фрэнком Миллером в 1882 году, а затем был изобретен заново в 1917 году. Он построен на модульном сложении, подобно шифру Виженера, но без повторения ключа.
  • В 1919 году вариант одноразового блокнота, шифр Вернама, был запатентован Гилбертом Вернамом. Он был построен на операции XOR вместо модульного сложения.
  • Чтобы шифр был на 100% безопасным, применяются следующие требования:

    • Ключ должен быть действительно случайным
    • Ключ должен быть не меньше длины открытого текста
    • Никогда не используйте ключ повторно (даже его часть)
    • Ключ должен храниться в секрете
  • Одноразовый блокнот исторически использовался сотрудниками КГБ и различными шпионскими организациями.Он все еще используется в цифровых версиях.
  • Есть исторические примеры, когда одноразовые колодки ломались. Эти случаи были возможны из-за ошибок, таких как неиспользование истинных случайных ключей или повторное использование одного и того же ключа.

Образец текста

DRVYMOXHEF

Приведенный выше зашифрованный текст представляет собой «ONE TIME PAD», зашифрованный с использованием ключа PERFECTSECRECY.

(PDF) QUATERNİON БЕЗОПАСНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИКАЦИИ VERNAM CİPHER С IMAGE STEGANOGRAPHY

Международный журнал мультимедиа и его приложений (IJMA) Vol.11, № 03, июнь 2019

18

Где:

Тестовое изображение Мандрил (павиан) [31], которое является стандартным изображением в градациях серого и размером (256 * 256)

.

9. C

ВКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье предлагается метод маскировки сообщения с четырьмя уровнями безопасности, где

использует два уровня стеганографии с двумя уровнями криптографии. На каждом уровне криптографии

используйте модифицирующий шифр Вернама с начальным ключом, который автоматически генерируется

из случайного пикселя маскирующего покрытия.Использование модифицированного шифра Вернама в криптографии

обеспечивает следующие три функции: во-первых, начальный ключ создается автоматически из

, маскированное изображение обложки, поэтому нет необходимости обмениваться ключом шифрования. Второй сопоставимый

букв в сообщении сопоставляется с различными символами, где каждая буква имеет различный ключ для шифрования

его, а третья — слишком сложно сломать, если используется большой случайный размер ключа по длине данных.

Предлагаемая схема создает лучшую маскировку, чтобы избежать внимания посторонних и реализовать лучшую производительность

с точки зрения измерения стеганографической системы, как уточняется в соответствии с анализом

производительности.

R

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] И. Нера и Р. Шарма, (2015) «Обзорная статья по стеганографии на основе изображений», Международный журнал

Научных и технических исследований, стр. 1580-1583.

[2] С.Д. М. Сатар, Н. А. Хамид, Ф. Газали, Р. Муда, М. Мамат и Панг Кок, (2016) «Secure Image

Стеганография с использованием алгоритма шифрования», Ежегодная международная конференция по интеллектуальным вычислениям,

Компьютерные науки и информационные системы, стр. 43-46.

[3] К.Такре, Н. Читалия, (2014) «Стеганография двойного изображения для передачи информации с высоким уровнем безопасности

», Международный журнал мягких вычислений и инженерии, вып. 4, вып. 3, стр.7-12.

[4] S.Mukherjee, S.Chakrabarti, S.Sinha & T.Mukhopadhyay, (2017) «Тщательная реализация алгоритма

RSA с использованием MATLAB для шифрования изображений», 1-я Международная конференция по

Электроника, материаловедение и нанотехнологии -Технология, IEEE, стр. 1-6.

[5] A. Setyono, D. R.I. M.Setiadi & Muljono, (2018) «Методы двойного шифрования для безопасной передачи изображений

», Journal of Telecommunication, Electronic and Computer Engineering, Vols.10, вып. 3-

2, с. 41-46.

[6] П.Л. Манирихо и Тохари Ахмад, (2019) «Методы сокрытия информации о цифровых изображениях для защиты

Передаваемые данные: обзор», Journal of Communications, vol. 14, вып. 1. С. 9-16.

[7] А. Р. Кришна1, А. С. Чакраварти и А. С. С. С. Састри, (2016) «Гибридная криптографическая система

для защищенного обмена данными между устройствами», Международный журнал электротехники и компьютеров

Engineering, vol.6, вып. 6. С. 2962-2970.

[8] П.Харе, Дж. Сингх и М. Тивари, (2011) «СТЕГАНОГРАФ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ», Журнал

Технические исследования и исследования, Том II № III, стр. 101-104.

[9] MMHashim, MSM Rahim, FA Johi, MS Taha & HS Hamad, (2018) «Эффективность

оценочное измерение методов стеганографии изображений с анализом LSB на основе вариации

форматов изображений», Международный инженерный журнал И технологии, т.7, вып. 4. С. 3505-3514.

[10] А.Кадер и Ф.Алтамими, (2017) «НОВЫЙ ПОДХОД К СТЕГАНОГРАФИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ФУНКЦИЙ DCT НА ОСНОВЕ ПОДДЕРЖКИ ВЕКТОРНОЙ МАШИНЫ

КЛАССИФИКАТОР», The International Applications, Vol. 9, вып. 1. С. 1-10.

[11] Р.Дин, М. Махмуддин и А. Дж. Касим, (2019) «Обзор методов стеганографии в мультимедийной области

», Международный журнал инженерии и технологий, т.8. С. 288-292.

[12] W.Fitriani1, R. Rahim, B. Oktaviana & APUSiahaan, (2017) «Зашифрованный текст Вернам в конце

Файл, скрывающий метод стеганографии. Вернамский зашифрованный текст в конце файла, скрывающий стеганографию

Техника,» Международный журнал последних тенденций в инженерии и исследованиях, стр. 214-219.

[13] МТШарабян и Х. Горбани, (2018) «НОВЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД С ВЫСОКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ

ДЛЯ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ СТЕГАНОГРАФИЯ НА ОСНОВЕ IMPERIALIST

КОНКУРЕНТНЫЙ АЛГОРИТМ 9000 КОМПЬЮТЕРНОГО АЛГОРИТМА И СИММЕТРИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ 9000 ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНОГО АЛГОРИТМА 9000 ИЛИ СИММЕТРИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТОВ 9000». ПРИЛОЖЕНИЯ И

РОБОТОТЕХНИКА, т.6, вып. 1. С. 1-12.

блочных шифров (часть 1)

блочных шифров (часть 1)

  • теперь хотят сконцентрироваться на современных системах шифрования
  • они обычно рассматривают сообщение как последовательность битов
    • (например, как последовательность сцепленных символов ASCII)
  • имеют два широких семейства методов
    • потоковые шифры и блочные шифры

Потоковые шифры и шифр Вернама

  • обрабатывать сообщение побитно (как поток)
  • самым известным из них является шифр Вернама
    • (также известный как одноразовый блокнот )
  • изобретен Вернамом, работавшим на AT&T, в 1917 году.
  • просто добавить биты сообщения к случайным ключевым битам
  • требуется столько же ключевых битов, сколько и сообщение, что сложно на практике
    • (т.например, распространять на магнитной ленте или CDROM)
  • является безусловно безопасным при условии, что ключ действительно случайный
  • , так как трудно распространить так много ключей, почему бы не сгенерировать поток ключей из
    меньший (базовый) ключ
  • используйте для этого некоторую псевдослучайную функцию
  • хотя это выглядит очень привлекательно, но оказывается очень очень сложным
    на практике, чтобы найти хорошую псевдослучайную функцию, криптографически
    сильный
  • Это все еще область исследований

Блочные шифры

  • в блочном шифре сообщение разбивается на блоки, каждый из которых затем
    зашифрованный (т.е., вроде подстановки на очень большие символы — 64 бита и более)
  • большинство современных шифров, которые мы будем изучать, имеют эту форму

Теория секретных систем Шеннона

  • Клод Шеннон написал несколько важнейших статей по современной криптологии. (m-1) суммы исключающих ИЛИ, называемые векторами лавины

    V_ (i) = f (X) (+) f (X_ (i))

    , тогда примерно половина этих сумм должна быть равна 1.

    Эффект полноты

    • , где каждый выходной бит является комплексной функцией всех входных битов

    Формально функция f имеет хорошую полноту
    эффект, если для каждого бита j, 0 <= j Практические сети замещения-перестановки

    • на практике нам нужно уметь расшифровать сообщения, а также зашифровать
      их, следовательно, либо:

      • должны определить инверсии для каждого из наших S & P-боксов, но это
        удваивает необходимый код / ​​оборудование, или
      • определяют структуру, которую легко изменить, поэтому можно использовать в основном
        тот же код или оборудование для шифрования и дешифрования
    • Хорст Фейстел, работающий в IBM Thomas J Watson Research Labs, разработал только
      такая структура в начале 70-х, которую мы сейчас называем шифром Фейстеля

      • идея состоит в том, чтобы разделить входной блок на две половины,
        L (i-1) и R (i-1), и используйте только R (i-1) в каждом
        i-й раунд (часть) шифра
      • функция g включает в себя один этап сети S-P,
        управляется частью ключа K (i), известной как i-й
        подключ
    • функционально это можно описать как:

    L (i) = R (i-1)

    R (i) = L (i-1) (+) g (K (i), R (i-1))

    • это можно легко изменить, как показано на диаграмме выше, работая
      назад через раунды
    • на практике связывают несколько этих этапов вместе (обычно 16 раундов)
      для формирования полного шифра

    Люцифер

    • Люцифер — первый публично известный пример практического
      шифр подстановки-перестановки
    • он был разработан Хорстом Фейстелем в лабораториях IBM.
    • Самая известная публичная ссылка — это его статья:
      • Хорст Фейстел, «Криптография и компьютерная конфиденциальность», Scientific American,
        Том 228 (5), май 1973 г., стр. 15–23.
      • это дает обзор его работы, но фактические детали Люцифера
        очень схематично, лучшая подробная справка:
      • Артур Соркин, «Люцифер, криптографический алгоритм», Cryptologia, Vol.
        8 (1), Jan 1984, pp 22-41, с дополнениями в томе 8 (3) pp260-261
      • содержит подробное описание алгоритма, а также Fortran
        реализация
    • оригинальные описания не самые четкие

    Соркин Рис 1 п24

    • , перерисованный в современной форме, Люцифер имеет следующую форму:
    • Люцифер использует 128-битные блоки данных и 128-битные ключи, а также использует Фейстеля.
      структура
    • подключи, используемые в каждом раунде, берутся из левой части ключа,
      который затем поворачивается влево на 56 бит, поэтому используются все ключевые биты
    • функция S-P для Люцифера имеет следующую структуру:
      • подстановка состоит из 8 идентичных пар 4-битных S-блоков (S0
        & S1) используются в альтернативном порядке (S0 | S1) или (S1 | S0) в зависимости от ключа
      • затем добавляется подключ по модулю 2
      • и результат переставляется через комбинацию маленьких 8-битных
        перестановки и большая 128-битная простая перестановка (свертка)
    • подробнее см. Соркин
    • из малоизвестного обсуждения, Люцифер, кажется, довольно хорошо
      построенный шифр, хотя недавно он был теоретически взломан
      дифференциальный криптоанализ
    • его основная претензия заключается в том, что это предшественник DES, разработанный IBM в
      середины 70-х и представили NBS (и NSA), чтобы стать стандартом
      алгоритм шифрования для коммерческого использования в то время

    DES

    • в мае 1973 г., и снова в августе 1974 г. NBS (ныне NIST) призвал к возможным
      алгоритмы шифрования для использования в несекретных государственных приложениях
    • ответ был в основном разочаровывающим, однако IBM представила свой Люцифер.
      дизайн
    • после периода редизайна и комментариев он стал шифрованием данных
      Стандарт (DES)
    • он был принят в качестве федерального стандарта (США) в ноябре 76 г., опубликован NBS как
      схема только оборудования в январе 77 и ANSI как для оборудования, так и для программного обеспечения
      стандарты в ANSI X3.92-1981 (также режимы использования X3.106-1983)
    • впоследствии он получил широкое распространение и теперь опубликован во многих
      стандарты по всему миру
    • cf Австралийский стандарт AS2805.5-1985
    • Одним из крупнейших пользователей DES является банковская отрасль, в частности
      с EFT и EFTPOS
    • именно для этого использования DES был в первую очередь стандартизирован с ANSI
      дважды подтвердив его рекомендованное использование в течение 5-летних периодов — еще
      продление не ожидается, однако
    • Хотя стандарт является общедоступным, используемые критерии проектирования классифицируются
      и еще не выпущены
    • дизайн вызвал значительные разногласия, особенно в
      выбор 56-битного ключа

      • W Diffie, M Hellman «Исчерпывающий криптоанализ шифрования данных NBS
        Стандарт »IEEE Computer 10 (6), июнь 1977 г., стр. 74-84.
      • M Хеллман «Через десять лет DES станет полностью небезопасным» IEEE Spectrum
        16 (7), Jul 1979, pp 31-41
    • , несмотря на это, недавний анализ показал, что выбор был правильным,
      и что DES хорошо спроектирован
    • быстрые успехи в скорости вычислений, хотя визуализация 56-битного ключа
      подвержены исчерпывающему поиску ключей, как предсказывают Диффи и Хеллман
    • DES также теоретически был взломан с использованием метода, называемого
      Дифференциальный криптоанализ, однако на практике это вряд ли
      проблема (пока)
    Обзор алгоритма шифрования DES
    • основной процесс шифрования 64-битного блока данных с использованием DES
      состоит из:

      • начальная перестановка (IP)
      • 16 раундов сложного ключевого зависимого вычисления f
      • окончательная перестановка, обратная IP
    • , более подробно 16 раундов f состоят из:
    • функционально это можно описать как

    L (i) = R (i-1)

    R (i) = L (i-1) (+) P (S (E (R (i-1)) (+) K (i)))

    и образует один раунд в сети S-P

    • подключи, используемые в 16 раундах, сформированы таблицей ключей
      который состоит из:

      • начальная перестановка ключа (PC1), которая выбирает 56 битов двумя
        28-битные половинки
      • 16 ступеней, состоящих из
      • выбор 24 бита из каждой половины и их перестановка на ПК2 для использования в
        функция f,
      • , поворачивая каждую половину на 1 или 2 места в зависимости от поворота ключа
        график
        KS
    • функционально это можно описать как:

    K (i) =
    ПК2 (КС (ПК1 (К), i))

    • график ротации ключей KS указан как:
     Раунд 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
         КС 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1
     Всего гнили 1 2 4 6 8 10 12 14 15 17 19 21 23 25 27 28
    
     
    • Более подробную информацию о различных функциях DES можно найти в ваших учебниках.
    • Ниже приводится пошаговое описание расчета шифрования DES, взятого из:

    Х. Кацан, «Стандартный алгоритм шифрования данных», Петрочелли
    Книги, Нью-Йорк, 1977

    Режимы использования DES

    • DES шифрует 64-битные блоки данных, используя 56-битный ключ
    • нам нужен какой-то способ указать, как его использовать на практике, учитывая, что мы
      обычно имеют произвольный объем информации для шифрования
    • способ, которым мы используем блочный шифр, называется его Mode of Use and four
      были определены для DES стандартом ANSI: ANSI X3.106-1983 режимов
      использования)
    • режимы:
    Блочные режимы
    разбивает сообщения на блоки (ECB, CBC)
    Режимы потока
    в сообщениях битового потока (CFB, OFB)
    Блочные режимы
    Электронная кодовая книга (ECB)
    — где сообщение разбито на независимые 64-битные блоки, которые
    зашифрованный
     C_ (i) = DES_ (K1) (P_ (i))
     
    Цепочка блоков шифрования (CBC)
    — снова сообщение разбито на 64-битные блоки, но они связаны
    вместе в операции шифрования с IV

    C_ (i) = DES_ (K1)
    (P_ (i) (+) C_ (i-1)) C _ (- 1) = IV

    Режимы потоковой передачи
    Шифр ​​обратной связи (CFB)
    — где сообщение обрабатывается как поток битов, добавляемых к выходу
    DES, с получением обратной связи для следующего этапа

    C_ (i)
    = P_ (i) (+) DES_ (K1) (C_ (i-1)) C _ (- 1) = IV

    Обратная связь на выходе (OFB)
    — где сообщение обрабатывается как поток битов, добавленных к сообщению,
    но с обратной связью, не зависящей от сообщения

    C_ (i) =
    P_ (i) (+) O_ (i) O_ (i) = DES_ (K1) (O_ (i-1)) O _ (- 1) = IV

    • Каждый режим имеет свои преимущества и недостатки
    • []

    Ограничения различных режимов

    ECB
    • повторов в сообщении могут быть отражены в зашифрованном тексте
      • , если выровнено с блоком сообщений
      • особенно с данными, такими как графика
      • или с сообщениями, которые очень мало меняются, которые становятся кодовой книгой
        проблема анализа
    • слабость заключается в том, что зашифрованные блоки сообщений не зависят от каждого
      прочее

    Дэвис Рис.4.1 п.81

    CBC
    • использовать результат одного шифрования для изменения ввода следующего
      • , следовательно, каждый блок зашифрованного текста зависит от всех блоков сообщений
        перед этим
      • Таким образом, изменение сообщения влияет на блок зашифрованного текста после
        заменить, а также оригинальный блок


    Дэвис Рис 4.5 p85

    • для запуска требуется Начальное значение (IV), которое должно быть известно обоим
      отправитель и получатель

      • однако, если IV отправляется в открытом виде, злоумышленник может изменить биты
        первый блок и измените IV, чтобы компенсировать
      • , следовательно, либо IV должно быть фиксированным значением (как в EFTPOS), либо оно должно быть отправлено
        зашифровано в режиме ECB перед остальной частью сообщения
    • также в конце сообщения, необходимо обработать возможный последний короткий блок
      • либо заполнить последний блок (возможно с учетом размера контактной площадки), либо использовать некоторые
        возиться, чтобы удвоить последние два блока
      • см. Примеры Дэвиса
    CFB
    • , когда данные ориентированы на биты или байты, нужно работать с ними на этом уровне, поэтому
      использовать потоковый режим
    • блочный шифр используется в режиме шифрования на на обоих концах ,
      с вводом, являющимся копией зашифрованного текста с обратной связью
    • может изменять количество битов обратной связи, жертвуя эффективностью для простоты
      использовать
    • снова ошибки распространяются на несколько блоков после ошибки

    Дэвис Рис 4.7 стр. 88 и
    Рис 4.8 p89

    ОФБ
    • также является потоковым режимом, но предназначен для использования там, где обратная связь об ошибке является
      проблема, или где шифрование должно быть выполнено до того, как сообщение будет
      имеется в наличии
    • внешне похож на CFB, но обратная связь исходит от вывода
      блочный шифр и не зависит от сообщения, вариант Вернама
      шифр
    • снова нужен IV
    • Отправитель и получатель должны оставаться синхронизированными, и существует некоторый метод восстановления.
      необходимо, чтобы это произошло
    • , хотя изначально указывается с изменяющейся m-битовой обратной связью в
      стандартов, последующие исследования показали, что только 64-битный OFB должен
      когда-либо использовались (и в любом случае это наиболее эффективное использование), см.

    D Davies, G Parkin, «Средний размер цикла ключевого потока в
    Шифрование с обратной связью по выходу »в« Достижения в криптологии — Crypto 82, Plenum »
    Press, 1982, pp97-98

    Davies Рис.4.12 п.94

    Слабые ключи DES

    • со многими блочными шифрами есть некоторые ключи, которых следует избегать,
      из-за пониженной сложности шифра
    • эти ключи таковы, что один и тот же подключ генерируется более чем в одном
      круглые, и они включают:
    Weak Keys
    • Один и тот же подключ генерируется для каждого раунда
    • DES имеет 4 слабых ключа
    Полу-слабые ключи
    • только два подключа генерируются в альтернативных раундах
    • DES имеет 12 таких ключей (в 6 парах)
    Полу-полуслабые ключи
    • имеют четыре сгенерированных подключа
    • ни один из них не вызывает проблем, так как они составляют крошечную долю всех
      доступные ключи
    • , однако их НЕОБХОДИМО избегать любой программой генерации ключей [2]

    Принципы проектирования DES

    • Хотя стандарт DES является общедоступным, используются следующие критерии проектирования:
      засекречены и еще не выпущены
    • некоторая информация известна, и было выведено больше

    L P Brown, «Предлагаемый дизайн для расширенного DES», в Computer
    Безопасность в век информации, W.Дж. Каэлли (редактор), Северная Голландия, стр. 9-22,
    1989 г.

    Л. П. Браун, Дж. Р. Себери, «Проектирование ящиков перестановок в типе DES
    Криптосистемы », в« Достижения в криптологии — Eurocrypt ’89, конспекты лекций в
    Computer Science, vol 434, pp 696-705, J.J. Quisquater, J. Vanderwalle (ред.),
    Springer-Verlag, Берлин, 1990.

    Л. П. Браун и Дж. Р. Себери, «Планирование ключей в криптосистемах типа DES», в
    Достижения в криптологии — Auscrypt ’90, Lecture Notes in Computer Science, vol.
    453, стр 221-228, J.Seberry, J. Pieprzyk (ред.), Springer-Verlag, Berlin, 1990.

    • кратко рассмотрит основные результаты, более подробный анализ см.
      вышеуказанные документы
    DES S-Box Design Criteria
    • каждый S-блок может рассматриваться как четыре функции замещения
      • эти функции 1-1 отображают входы 2, 3, 4, 5 на выходные биты
      • конкретная функция выбирается битами 1,6
      • это обеспечивает функцию автоклава
    Критерии проектирования DES
    • было использовано 12 критериев, в результате около 1000
    • возможных S-Box, из которых разработчики выбрали 8
    • эти критерии засекречены СЕКРЕТНО
    • однако некоторые из них стали известны
    • Следующие критерии проектирования:

    R1: Каждый ряд S-блока представляет собой
    перестановка от 0 до 15

    R2: S-Box не является линейной аффинной функцией входа

    R3: Изменение одного входного бита на S-блок приводит к изменению как минимум двух
    выходные биты

    R4: S (x) и S (x + 001100) должны отличаться минимум на 2 бита

    • Следующее, как считается, вызвано критериями проектирования

    R5: S (x)
    [[pi]] S (x + 11 ef 00) для любого выбора e и f

    R6: S-блоки были выбраны, чтобы минимизировать разницу между
    количество единиц и нулей в любом выходе S-блока, когда любой отдельный вход поддерживается постоянным

    R7: Выбранные S-блоки требуют значительно больше минтермов, чем случайные
    выбор потребует

    Мейер Таблицы 3-17, 3-18

    Таблицы перестановок DES
    • В DES используется 5 перестановок:
      • IP и IP ^ (- 1), P, E, PC1, PC2
    • их критерии проектирования являются СЕКРЕТНЫМИ
    • было отмечено, что IP и IP ^ (- 1) и PC1 служат
      нет криптологической функции, когда DES используется в режимах ECB или CBC, так как поиск
      могут быть выполнены в пространстве, созданном после того, как они были применены
    • E, P, и PC2 в сочетании с S-Box должны поставлять
      требуемая зависимость выходных битов от входных и ключевых битов
      ( лавина и полнота эффекты)
    Зависимость зашифрованного текста от ввода и ключа
    • роль P, E, и PC2 распределяет выходы
      S-блоки, так что каждый выходной бит становится функцией всех входных битов в виде
      как можно меньше раундов
    • Карл Мейер (в Meyer 1978 или Meyer & Matyas 1982) выполнил это
      анализ текущего дизайна DES
    Зависимость зашифрованного текста от открытого текста
    • определяют G_ (i, j) массив 64 * 64, который показывает зависимость вывода
      биты X (j) на входных битах X (i)
    • исследуйте G_ (0, j) , чтобы определить, насколько быстро происходит полная зависимость
      достигнуто
    • для сборки G_ (0,1) используйте следующий

    L (i) = R (i-1)

    R (i) = L (i-1) (+) f (K (i), R (i-1))

    • DES P достигает полной зависимости после 5 раундов
    • []
    Зависимость шифротекста от ключа
    • Карл Мейер также выполнил этот анализ
    • определяют F_ (i, j) массив 64 * 56, который показывает зависимость вывода
      биты X (j) на ключевых битах U (i) (после использования PC1)
    • исследуйте F_ (0, j) , чтобы определить, насколько быстро происходит полная зависимость
      достигнуто
    • DES PC2 достигает полной зависимости после 5 раундов
    Key Scheduling и PC2
    • Ключевое расписание
      • является важным компонентом конструкции
      • должен предоставлять разные ключи для каждого раунда, в противном случае безопасность может быть
        скомпрометированы (см.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2021 © Все права защищены. Карта сайта