Михаил Адаменко - Основы классической криптологии. Секреты шифров и кодов

Естественно, что понятие стойкости шифра является основополагающим для криптографии. Тем не менее получить обоснованные оценки стойкости того или иного шифра в настоящее время довольно сложно. В поисках решения этой проблемы специалисты в области криптоанализа обычно идут двумя путями, а именно теоретическим и практическим.

Во-первых, проводится так называемое теоретическое обоснование стойкости шифра, которое заключается в получении количественных оценок трудоемкости его вскрытия. Для решения этой задачи современная криптография использует развитый математический аппарат с широким использованием достижений теории вероятностей, математической статистики, логики, теории чисел и дискретной математики.

Во-вторых, стойкость конкретного шифра оценивается чисто практически, а именно путем всевозможных попыток его вскрытия. При этом стойкость того или иного шифра в значительной степени зависит от квалификации криптоаналитиков, атакующих этот шифр. Такую процедуру специалисты иногда называют проверкой стойкости. Значительную роль при выполнении этой проверки играет продумывание различных предполагаемых возможностей, с помощью которых противник может атаковать шифр.

Разработкой методов и способов теоретического обоснования стойкости того или иного шифра занимаются высококвалифицированные специалисты-математики. В то же время выполнить практическую проверку какого-либо простейшего шифра может попробовать любой желающий. При этом рекомендуется придерживаться определенной последовательности действий.

Во-первых, следует четко понимать, от какого незаконного пользователя предполагается защищать информацию с помощью проверяемого шифра. При этом желательно представлять, что именно этот незаконный пользователь может узнать или уже знает о данном шифре. Не менее важно хотя бы приблизительно предполагать, какие силы и средства могут быть применены для вскрытия шифра. Так, например, два одноклассника при переписке могут применять один из шифров, рассмотренных в следующих главах этой книги. Для защиты информации от третьего одноклассника, выступающего в роли незаконного пользователя, они могут воспользоваться, например, шифром Цезаря. При этом законным пользователям желательно хотя бы знать, нет ли в распоряжении незаконного пользователя точно такой же книги. А если нет, то не может ли он ее приобрести в ближайшем книжном магазине?

Во-вторых, при практической проверке стойкости того или иного шифра необходимо мысленно поставить себя на место предполагаемого незаконного пользователя и попробовать с его позиции атаковать шифр. При этом следует попытаться придумать несколько вариантов действий или алгоритмов с учетом сил, средств и возможностей противника На этом этапе проверки лучше переоценить, чем недооценить интеллектуальные способности незаконного пользователя.

В-третьих, из нескольких придуманных вариантов действий необходимо выбрать наилучший и с его помощью попробовать разгадать шифр.

Естественно, если с применением приведенной методики шифр будет сравнительно быстро взломан, то его стойкость минимальна Такой шифр для защиты информации лучше не использовать.

Конечно же, при разработке шифров специалисты стремятся добиться как можно большего уровня его стойкости и продлить время его использования. Это необходимо в первую очередь для того, чтобы тот или иной шифр можно было использовать для шифрования как можно большего количества сообщений. Однако может возникнуть ситуация, когда незаконный пользователь уже вскрыл шифр, читает все секретные сообщения. При этом законный пользователь может о вскрытии шифра даже и не догадываться.

Поэтому криптографы придумали сменный элемент шифра, который назвали криптографическим ключом. Его значение примерно такое же, как и у обычного ключа от замка двери или сейфа.

Так, например, если кто-нибудь захочет проникнуть в чужую квартиру, то ему для того чтобы открыть замок, надо во-первых, знать принцип устройства замка, а во-вторых, подобрать ключ. В этом примере замок условно можно сравнить со способом шифрования, то есть с шифром. Незваный гость может разгадать устройство и принцип действия замка, а незаконный пользователь может взломать шифр. Но для того чтобы попасть в квартиру, чужаку потребуется еще и подобрать ключ. Точно так же для расшифровки конкретного секретного сообщения незаконный пользователь должен знать ключ использованный для шифровки данного сообщения с помощью этого шифра. Конечно, предлагаемое разъяснение применимо только в том случае, если шифр подразумевает использование ключей.

Возможно, вору удалось открыть замок с помощью подобранного ключа. Однако это не означает, что он сможет постоянно посещать эту квартиру. Хозяин квартиры может сменить или весь замок, или только лишь соответствующий элемент замка вместе с ключом, не меняя весь замок. Конечно же, выгоднее заменить в замке лишь одну деталь, чтобы избежать лишних затрат на покупку нового замка. Кстати, в большинстве замков такой внутренний элемент, заменяемый при смене ключей, называют личинкой.

Аналогичную операцию можно провести и с шифром. После его вскрытия законный пользователь имеет две возможности. Или заменить полностью шифр, или же заменить только ключ. Следует отметить, что чаще всего второй путь не менее эффективен, чем первый, хотя значительно проще и дешевле. Даже если незаконный пользователь понял способ шифрования и подобрал ключ для чтения определенного сообщения, шифр можно применять еще долгое время, периодически меняя ключи.

Итак, криптографический ключ — это специальный сменный элемент шифра который применяется для шифрования конкретного сообщения.

Разнообразные ключи в шифрах применяются с глубокой древности. Более подробно о них будет рассказано в соответствующей главе. Однако пока отметим, что в древнегреческом шифре «Сцитала» ключом являлся диаметр соответствующей палочки, в шифре Цезаря — цифра определяющая перемещение букв криптограммы относительно букв открытого текста а в шифре Виженера — какое-либо слово или фраза.

Принцип, способ шифрования или, например, сам шифр могут стать известными незаконному пользователю. В его руки может попасть даже шифровальная машина как, например, в истории с немецкой машиной «Энигма», попавшей во время Второй мировой войны к англичанам. Однако этого будет, скорее всего, недостаточно для того, чтобы незаконный пользователь получил возможность читать все секретные сообщения, зашифрованные с помощью этого шифра или шифровальной машины. Достаточно заменить ключ, от которого существенно зависят применяемые преобразования информации, и все усилия противника будут безрезультатны до тех пор, пока ему не станет известен новый ключ.