Шифрование с помощью аналитических преобразований

Достаточно надежное закрытие информации может обеспечиваться при использовании для шифрования аналитических преобразований. Для этого можно применять методы алгебры матриц, например, умножение матрицы на вектор по правилу

||a|| b = C =

Рис. 18.5. Схема шифрования перестановкой по маршрутам Гамильтона. Открытый текст "КРИПТОГР", зашифрованный текст —
"ТОРКИПРГ" (вверху) и "ТКИПРОРГ" (внизу)

Если матрицу ||a|| использовать в качестве ключа, а вместо компонента вектора b подставить символы исходного текста, то компоненты вектора C будут представлять собой символы зашифрованного текста.

Используем в качестве примера этого метода квадратную матрицу третьего порядка, которая будет играть роль ключа:

Заменим буквы алфавита цифрами, соответствующими их порядковому номеру в алфавите: А = 0; Б = 1; В = 2 и т.д. Тогда тексту ВАТАЛА (текст произвольный) будет соответствовать последовательность 3, 0, 19, 0, 12, 0. По принятому алгоритму шифрования выполним необходимые действия:

´ =, ´ =

Таким образом, зашифрованный текст будет иметь следующий вид:

99, 62, 28, 96, 60, 24

Расшифровывание осуществляется с использованием того же правила умножения матрицы на вектор, только в качестве основы берется матрица, обратная той, с помощью которой осуществляется закрытие, а в качестве вектора-сомножителя — соответствующее количество символов закрытого текста. Значениями вектора-результата будут цифровые эквиваленты знаков открытого текста.

Шифрование методом гаммирования

Суть этого метода состоит в том, что символы шифруемого текста последовательно складываются с символами некоторой специальной последовательности, которая называется гаммой. Иногда такой метод представляют как наложение гаммы на исходный текст, поэтому он получил название “гаммирование”.

Процедуру наложения гаммы на исходный текст можно осуществить двумя способами. В первом способе символы исходного текста и гаммы заменяются цифровыми эквивалентами, которые затем складываются по модулю К, где К — количество символов в алфавите, т.е. t_c = (t_p + t_g) mod К, где t_c, t_p, t_g — символы соответственно зашифрованного текста, исходного текста и гаммы.

При втором способе символы исходного текста и гаммы представляются в виде двоичного кода, а затем соответствующие разряды складываются по модулю 2. Вместо сложения по модулю 2 при гаммировании можно использовать другие логические операции, например преобразование по правилу логической эквивалентности или логической неэквивалентности. Такая замена равносильна введению еще одного ключа, которым является выбор правила формирования символов зашифрованного сообщения из символов исходного текста и гаммы.

Стойкость шифрования методом гаммирования определяется главным образом свойствами гаммы — длительностью периода и равномерностью статистических характеристик. Последнее свойство обеспечивает отсутствие закономерностей в появлении различных символов в пределах периода.

Разделяют две разновидности гаммирования — с конечной и бесконечной гаммой. При хороших статистических свойствах гаммы стойкость шифрования определяется только длиной ее периода. При этом если длина периода гаммы превышает длину шифруемого текста, то такой шифр теоретически является абсолютно стойким. Это, однако, не означает, что дешифрирование такого текста вообще не возможно: при наличии некоторой дополнительной информации исходный текст может быть частично или полностью восстановлен даже при использовании бесконечной гаммы.

В качестве бесконечной гаммы может быть использована любая последовательность случайных символов, например, последовательность цифр числа p или е. При шифровании с помощью ЭВМ последовательность гаммы формируется с помощью датчика псевдослучайных чисел. В настоящее время разработаны алгоритмы работы таких датчиков, которые обеспечивают удовлетворительные характеристики.