Программная реализация методы шифрования Цезаря и Вижинера

Министерство сельского  хозяйства Российской Федерации

 

Кафедра компьютерных технологий и систем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине:

Информационная безопасность и защита информации

 

на тему:

Программная реализация методы шифрования

Цезаря и Вижинера

 

 

 

 

Выполнил студент

 

 

Руководитель :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………..3

1.1. Исторические основы криптологии…………………………………………………        4

1.2. Криптология в современном мире………………………………………………………..5

2. Криптология                                                                                                                        7

2.1. Основные понятия  криптологии                                                                                         7

2.2. Требования к криптосистемам                                                                                          . 9

2.3. Симметрические криптосистемы………………………………………………………...10

2.3.1. Метод Цезаря………………………………………………………………………….12

2.3.2. Системы шифрования Вижинера…………………………………………………… 13

2.3.3. Гаммирование………………………………………………………………………….14

2.4. Криптография с  открытым ключом………………………………………………………15

2.4.1. Система RSA…………………………………………………………………………..17

2.4.1.1. Генерация ключа………………………………………………………………….17

2.4.1.2. Шифрование/дешифрование……………………………………………………..18

2.4.2. Алгоритм Эль-Гамаля…………………………………………………………….…..19

2.4.2.1. Общие сведения…………………………………………………………………..19

2.4.2.2. Шифрование сообщений…………………………………………………………20

3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КРИПТОЛОГИИ…………………………………21

3.1. Цифровая подпись………………………………………………………………………...21

3.1.1. Общие положения…………………………………………………………………….21

3.1.2. Алгоритм DSA………………………………………………………………………...23

3.2. Алгоритм DES………………………………………………………………………….…25

3..2.1. Генерация ключа……………………………………………………………………..25

4. ПОСТАНОВКА  И РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ………………………………………………….26

4.1. Краткая характеристика  среды Visual Studio 2010………………………………….....26

4.2. Алгоритм решения задачи…………………………………………………………….....27

4.2.1. Модуль программы…………………………………………………………………..27

4.2.2. Модуль шифровании/дешифрования……………………………………………….27

4.2.3. Процедура кодирования символа…………………………………………………...30

4.3. Результаты работы  программы………………………………………  ………………….31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………33

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………..34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

1. Исторические основы криптологии

Понятие "Безопасность" охватывает широкий круг интересов как отдельных  лиц, так и целых государств. В  наше мобильное время видное место  отводится проблеме информированной безопасности, обеспечению защиты конфиденциальной информации от ознакомления с ней конкурирующих групп.

О важности сохранения информации в тайне знали уже в древние  времена, когда с появлением письменности появилась и опасность прочтения ее нежелательными лицами.

Существовали три основных способа защиты информации. Один из них предполагал защиту ее чисто силовыми методами: охрана документа - носителя информации - физическими лицами, передача его специальным курьером и т.д. Второй способ получил название "стеганография" (латино-греческое сочетание слов, означающих в совокупности "тайнопись"). Он заключался в сокрытии самого факта наличия информации. В данном случае использовались так называемые симпатические чернила. При соответствующем "проявлении" бумаги текст становится видимым. Один из примеров сокрытия информации приведен в трудах древнегреческого историка Геродота. На голове раба, которая брилась наголо, записывалось нужное сообщение. И когда волосы его достаточно отрастали, раба отправляли к адресату, который снова брил его голову и считывал полученное сообщение.

Третий способ защиты информации заключался в преобразовании смыслового текста в некий набор  хаотических знаков (или букв алфавита). Получатель данного донесения имел возможность преобразовать его  в то же самое осмысленное сообщение, если обладал ключом к его построению. Этот способ защиты информации называется криптографическим. Криптография - слово греческое и в переводе означает "тайнопись". По утверждению ряда специалистов криптография по возрасту - ровесник египетских пирамид. В документах древних цивилизаций - Индии, Египта, Месопотамии - есть сведения о системах и способах составления шифрованных писем.

 Наиболее полные  и достоверные сведения о шифрах  относятся к Древней Греции.

Основное понятие криптографии - шифр (от арабского "цифра"; арабы первыми стали заменять буквы на цифры с целью защиты исходного текста). Секретный элемент шифра, недоступный посторонним, называется ключом шифра. Как правило, в древние времена использовались так называемые шифры замены и шифры перестановки.

Историческим примером шифра замены является шифр Цезаря (1 век до н.э.), описанный историком Древнего Рима Светонием. Гай Юлий Цезарь использовал в своей переписке шифр собственного изобретения. Применительно к современному русскому языку он состоял в следующем. Выписывался алфавит: А, Б, В, Г, Д, Е, ..., ; затем под ним выписывался тот же алфавит, но со сдвигом на 3 буквы влево.

Таким образом, можно  утверждать, что основы криптологии  были заложены еще в древности и, естественно, после многовекового развития нашли широкое применение в современной жизни.

 

2. Криптология в современном мире

На протяжении всей своей  многовековой истории, вплоть до совсем недавнего времени, это искусство  криптологии немногим, в основном верхушке общества, не выходя за пределы резиденций глав государств, посольств и – конечно же – разведывательных миссий. И лишь несколько десятилетий назад все изменилось коренным образом – информация приобрела самостоятельную коммерческую ценность и стала широко распространенным, почти обычным товаром. Ее производят, хранят, транспортируют, продают и покупают, а значит – воруют и подделывают – и, следовательно, ее необходимо защищать. Современное общество все в большей степени становится информационно–обусловленным, успех любого вида деятельности все сильней зависит от обладания определенными сведениями и от отсутствия их у конкурентов. И чем сильней проявляется указанный эффект, тем больше потенциальные убытки от злоупотреблений в информационной сфере, и тем больше потребность в защите информации.

Среди всего спектра  методов защиты данных от нежелательного доступа особое место занимают криптографические  методы. В отличие от других методов, они опираются лишь на свойства самой информации и не используют свойства ее материальных носителей, особенности узлов ее обработки, передачи и хранения. Образно говоря, криптографические методы строят барьер между защищаемой информацией и реальным или потенциальным злоумышленником из самой информации. Конечно, под криптографической защитой в первую очередь подразумевается шифрование данных. Раньше эта операция выполнялось человеком вручную или с использованием различных приспособлений. Поэтому развитие криптологии сдерживалось проблемой реализации шифра.

Почему же проблема использования  криптографических методов в информационных системах (ИС) стала в настоящий момент особо актуальна? С одной стороны, расширилось использование компьютерных сетей, в частности глобальной сети Интеpнет, по которым передаются большие объемы информации государственного, военного, коммерческого и частного характера, не допускающего возможность доступа к ней посторонних лиц. С другой стороны, появление новых мощных компьютеров, технологий сетевых и нейронных вычислений сделало возможным дискредитацию криптографических систем еще недавно считавшихся практически не раскрываемыми.

 

2. Криптология

 

2.1. Основные понятия криптологии

Криптология разделяется  на два направления - криптографию и криптоанализ. Цели этих направлений прямо противоположны. Криптография занимается поиском и исследованием математических методов преобразования информации.

Сфера интересов криптоанализа - исследование возможности расшифровывания информации без знания ключей.

Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:

1. Симметричные криптосистемы.

2. Криптосистемы с  открытым ключом.

3. Системы электронной  подписи.

4. Управление ключами.

Основные направления  использования криптографических  методов - передача конфиденциальной информации по каналам связи (например, электронная почта), установление подлинности передаваемых сообщений, хранение информации (документов, баз данных) на носителях в зашифрованном виде.

Криптографические методы защиты информации в автоматизированных системах могут применяться как для защиты информации, обрабатываемой в ЭВМ или хранящейся в различного типа ЗУ, так и для закрытия информации, передаваемой между различными элементами системы по линиям связи. Криптографическое преобразование как метод предупреждения несанкционированного доступа к информации имеет многовековую историю. В настоящее время разработано большое количество различных методов шифрования, созданы теоретические и практические основы их применения. Подавляющие число этих методов может быть успешно использовано и для закрытия информации.

Итак, криптография дает возможность преобразовать информацию таким образом, что ее прочтение (восстановление) возможно только при знании ключа.

В качестве информации, подлежащей шифрованию и дешифрованию, рассматриваются

 тексты, построенные на некотором алфавите. Под этими терминами понимается следующее.

Алфавит - конечное множество используемых для кодирования информации знаков.

Текст - упорядоченный набор из элементов алфавита.

В качестве примеров алфавитов, используемых в современных ИС можно привести следующие:

· алфавит Z₃₃ - 32 буквы русского алфавита и пробел;

· алфавит Z₂₅₆ - символы, входящие в стандартные коды ASCII и КОИ-8;

· бинарный алфавит - Z₂ = {0,1};

· восьмеричный алфавит или шестнадцатеричный алфавит;

Шифрование - преобразовательный процесс: исходный текст, который носит также название открытого текста, заменяется шифрованным текстом.

Дешифрование - обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный.

Ключ - информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и дешифрования текстов.

Криптографическая система представляет собой семейство T преобразований открытого текста. Члены этого семейства индексируются, или обозначаются символом k; параметр k является ключом. Пространство ключей K - это набор возможных значений ключа. Обычно ключ представляет собой последовательный ряд букв алфавита.

Криптосистемы разделяются  на симметричные и с открытым ключом.

В симметричных криптосистемах и для шифрования, и для дешифрования используется один и тот же ключ.

В системах с открытым ключом используются два ключа - открытый и закрытый, которые математически связаны друг с другом. Информация шифруется с помощью открытого ключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается с помощью закрытого ключа, известного только получателю сообщения.

Термины распределение ключей и управление ключами относятся к процессам системы обработки информации, содержанием которых является составление и распределение ключей между пользователями.

Электронной (цифровой) подписью называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения.

Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию без знания ключа(т.е. криптоанализу). Имеется несколько показателей криптостойкости, среди которых:

- количество всех возможных  ключей;

- среднее время, необходимое  для криптоанализа. 

Преобразование T_k определяется соответствующим алгоритмом и значением параметра k. Эффективность шифрования с целью защиты информации зависит от сохранения тайны ключа и криптостойкости шифра.

Процесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищенность и т.д. Программная реализация более практична, допускает известную гибкость в использовании.