Криптографическая защита информации (стр. 6 )

Выходными данными являются сам магический квадрат, его размер, магический квадрат из букв и шифрованный текст.

2.5  Блочные шифры простой замены (шифр Плейфера)

Описание задачи

Простейший блочный шифр оперирует с биграммными шифрвеличинами. Одними из первых таких шифров были биграммные шифры Порта и Плейфера. Приведем описание шифра Плейфера, нашедшего широкое применение в начале нашего века.

Основой шифра Плейфера является прямоугольная таблица, в которую записан систематически перемешанный алфавит (для удобства запоминания). Правило зашифрования состоит в следующем.

Буквы биграммы (i, j), i<>j (являющейся шифрвеличиной) находятся в данной таблице. При зашифровании биграмма (i, j) заменяется биграммой (k, l), где k и l определяются в соответствии с правилами 1–3.

1.  Если i и j не лежат в одной строке или одном столбце, то их позиции образуют противоположные вершины прямоугольника. Тогда k и l – другая пара вершин, причем k – вершина, лежащая в той же строке, что и i.

2.  Если i и j лежат в одной строке, то k и l – буквы той же строки, расположенные непосредственно справа от i и j соответственно. При этом если одна из букв – последняя в строке, то считается, что ее “правым соседом” является первая буква той же строки.

3.  Аналогично, если i и j лежат в одном столбце, то они заменяются их “соседями снизу”.

Наглядно правило зашифрования можно проиллюстрировать следующим образом.

В случае 1:

	…		…
…	i		k	…
	…	…	…
…	l		j	…
	…		…

В случае 2:

I

k

..

j

l

k

j

l

j

В случае 3:

	…				k
	i				…
	k				j
…	…	…		…	l	…
	j				…
	l
	…				i

При зашифровании открытый текст представляется в виде последовательности биграмм. Если текст имеет нечетную длину или содержит биграмму, состоящую из одинаковых букв, то в него добавляются “пустышки” следующим образом. “Пустышкой” является некоторая редкая для данного типа текста буква (или знак), которая вставляется между одинаковыми буквами биграммы или добавляется в текст для того, чтобы его длина стала четной. Такие изменения открытого текста, как правило, не мешают при расшифровании. Проиллюстрируем сказанное следующим примером.

Пусть шифр использует прямоугольник размером 5 x 6, в который записан систематически перемешанный русский 30 буквенный алфавит на основе ключевого слова командир:

к	о	м	а	н	д
и	р	б	в	г	е
ж	з	л	п	с	т
у	ф	х	ц	ч	ш
щ	ь	ы	э	ю	я

Зашифруем фразу “автором метода является Уитстон”. В качестве “пустышки” будем использовать редкую букву ф.

Представим фразу в виде последовательности биграмм:

АВ ТО РО МФ МЕ ТО ДА ЯВ ЛЯ ЕТ ТЯ УИ ТС ТО НФ

(Нам пришлось дважды вставить “пустышку”.)

В соответствии со сформулированными правилами получаем шифртекст:

ВП ЗД ЗР ОХ ДБ ЗД КН ЭЕ ТЫ ТШ ТЮ ЩЖ ЖТ ЗД ОЧ

или без пробелов

впздзрохдбздкнэетытштющжжтздоч

Криптоанализ шифра Плейфера опирается на частотный анализ биграмм, триграмм и четырехграмм шифртекста и особенности замены шифрвеличин на шифробозначения, связанные с расположением алфавита в прямоугольнике. При этом существенную информацию о заменах дает знание того, что используется систематически перемешанный алфавит.

Описание логической структуры

Для шифрования текста методом Плейфера, выполним следующие действия:

-  водим 30 буквенный алфавит, ключ и шифрованный текст;

-  вычисляем количество знаков в ключе;

-  убираем буквы в алфавите, которые встречаются в ключе;

-  создаем перемешанный буквенный алфавит на основе ключевого слова;

-  перемешанный буквенный алфавит распределяем в массив;

-  вычисляем кол-во знаков в шифруемом тексте;

-  представим фразу в виде последовательности биграмм;

-  разбиваем текст на массив;

-  шифруем методом Плейфера;

-  выводим перемешанный алфавит, текст в виде последовательности биграмм, шифр текст и шифр текст без пробелов.

Объекты CODEPLAPHER.FRM и значения их свойств
Тип и номер1	Свойство	Значение
Form
	Name	frmCodePlapher
	BorderStyle	4 – Fixed ToolWindows
	Caption	Шифр Плейфера
	MaxButton	0 – False
	MDIChild	-1 – True
	MinButton	0 – False
	ShowInTaskbar	0 – False
Label
1	Name	lblTitle
	Alignment	2 – Center
	Caption	БЛОЧНЫЕ ШИФРЫ ПРОСТОЙ ЗАМЕНЫ шифр Плейфера)
	Font
		Underline	-1 – True
Label
2	Name	lblEntrance
	Caption	1. Введите шифруемый текс:
	Font
		Underline	-1 – True
TextBox
3	Name	txtEntrance
	Alignment	2-Center
	Font
		Name	Courier New
Label
4	Name	lblKey
	Caption	2. Введите ключ (буквы не должны повторятся)
	Font
		Underline	-1 – True
TextBox
5	Name	txtKey
	Alignment	2-Center
	Font
		Name	Courier New
CommandButton
6	Name	cmdCodePlapher
	Caption	Шифр Плейфера
TextBox
7	Name	txtAlphabetInArray
	Font
		Name	Courier New
	MultiLine	-1 – True
Label
8	Name	lblBigramma
	Caption	Представление фразы в виде последовательности биграмм:
	Font
		Underline	-1 – True
TextBox
9	Name	txtBigramma
	Alignment	2-Center
	Font
		Name	Courier New
Label
10	Name	lblCodePlapher
	Caption	Полученный шифртекст
	Font
		Underline	-1 – True
TextBox
11	Name	txtCodePlapher
	Alignment	2-Center
	Font
		Name	Courier New
Label
12	Name	lblCodePlapher1
	Caption	Или без пробелов
	Font
		Underline	-1 – True
TextBox
13	Name	txtCodePlapher1
	Alignment	2-Center
	Font
		Name	Courier New
1 Номер указанный в первой колонке, соответствует порядковому номеру объекта на форме (рис. )

Исходный код CODEPLAPHAR.FRM

Option Explicit Private Sub cmdCodePlapher_Click() 'Описываем переменные Dim Alphabet As String 'Алфавит Dim Key As String 'Ключевое слово Dim AlphabetInArray() As String 'Алфавит в массиве Dim TextAsBigramm As String 'Текст в виде последовательности биграмм Dim TextAsBigrammInArray() As String 'Текст в массиве Dim MarksInKey As Integer 'Число знаков в ключе Dim MarksInText As Integer 'Число знаков в тексте Dim EntranceText As String 'Шифруемый текст Dim CodePlapher() As String 'Шифрованный текст Dim Text$, A$, B$ Dim x%, i%, j%, s1%, s2%, t1%, t2% 'Вводим 30 буквенный алфавит Alphabet = "АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЫЭЮЯ" 'Вводим ключ 'и преобразуем прописные буквы в строчные Key = StrConv(txtKey, vbUpperCase) 'Вычисляем количество знаков в ключе MarksInKey = CInt(Len(Key)) 'Проверяем, чтобы не было в ключе одинаковых букв For i = 1 To MarksInKey A = Mid(Key, i, 1) For j = i + 1 To MarksInKey B = Mid(Key, j, 1) If A = B Then MsgBox "В ключе имеются одинаковые буквы. " _ & "Введите другое ключевое слово", , "Ошибка в ключе" Exit Sub End If Next j Next i 'Проверям, есть ли подобные знаки в алфавите как в ключе For i = 1 To MarksInKey Text = Mid(Key, i, 1) x = InStr(Alphabet, Text) If x = 0 Then MsgBox "Знак '" & Text & "' не найден в алфавите. " _ & "Введите другое ключевое слово.", , "Ошибка в ключе" Exit Sub End If Next i 'Убираем буквы в алфавите, 'которые встречаются в ключе For i = 1 To MarksInKey Text = Mid(Key, i, 1) Alphabet = Replace(Alphabet, Text, "") Next i 'Создаем перемешанный буквенный алфавит 'на основе ключевого слова Alphabet = Key & Alphabet 'Перемешанный буквенный алфавит 'распределяем в массив ReDim AlphabetInArray(5, 6) x = 1 For i = 1 To 5 For j = 1 To 6 AlphabetInArray(i, j) = Mid(Alphabet, x, 1) x = x + 1 Next j Next i 'Считываем шифруемый текст EntranceText = txtEntrance. Text & " " 'Вычисляем кол-во знаков в тексте MarksInText = CInt(Len(EntranceText)) 'Представим фразу 'в виде последовательности биграмм, 'преобразовав строчные буквы в прописные Text = "": j = 1 For i = 1 To MarksInText If j Mod 2 <> 0 Then If Mid(EntranceText, i, 1) <> " " Then Text = Text & Mid(EntranceText, i, 1) j = j + 1 End If ElseIf j Mod 2 = 0 Then If Mid(EntranceText, i, 1) = " " Then Text = Text & "Ф" j = j + 1 Else Text = Text & Mid(EntranceText, i, 1) j = j + 1 End If End If Next i TextAsBigramm = StrConv(Text, vbUpperCase) 'Вычисляем кол-во знаков в тексте MarksInText = CInt(Len(TextAsBigramm)) 'Разбиваем текст на массив ReDim TextAsBigrammInArray(MarksInText / 2, 2) x = 1 For i = 1 To MarksInText / 2 For j = 1 To 2 TextAsBigrammInArray(i, j) = Mid(TextAsBigramm, x, 1) x = x + 1 Next j Next i 'Шифруем ReDim CodePlapher(MarksInText / 2, 2) For x = 1 To MarksInText / 2 A = TextAsBigrammInArray(x, 1) B = TextAsBigrammInArray(x, 2) 'Находим букву в массиве алфавита For i = 1 To 5 For j = 1 To 6 If AlphabetInArray(i, j) = A Then s1 = i: t1 = j ElseIf AlphabetInArray(i, j) = B Then s2 = i: t2 = j End If Next j Next i 'Выполняем замену по правилам: 'Правило 1 If s1 <> s2 And t1 <> t2 Then CodePlapher(x, 1) = AlphabetInArray(s1, t2) CodePlapher(x, 2) = AlphabetInArray(s2, t1) 'Правило 2 ElseIf s1 = s2 Then If t1 = 6 Then CodePlapher(x, 1) = AlphabetInArray(s1, 1) Else CodePlapher(x, 1) = AlphabetInArray(s1, t1 + 1) End If If t2 = 6 Then CodePlapher(x, 2) = AlphabetInArray(s2, 1) Else CodePlapher(x, 2) = AlphabetInArray(s2, t2 + 1) End If 'Правило 3 ElseIf t1 = t2 Then If s1 = 5 Then CodePlapher(x, 1) = AlphabetInArray(1, t2) Else CodePlapher(x, 1) = AlphabetInArray(s1 + 1, t2) End If If s2 = 5 Then CodePlapher(x, 2) = AlphabetInArray(1, t1) Else CodePlapher(x, 2) = AlphabetInArray(s2 + 1, t1) End If End If Next x 'Выводим перемешанный алфавит Text = "" For i = 1 To 5 For j = 1 To 6 Text = Text & AlphabetInArray(i, j) & " " Next j Text = Text & vbCrLf Next i txtAlphabetInArray. Text = Text 'Выводим текст в виде последовательности биграмм Text = "" For i = 1 To MarksInText / 2 For j = 1 To 2 Text = Text & TextAsBigrammInArray(i, j) Next j Text = Text & " " Next i txtBigramma. Text = Text 'Выводим шифр текст Text = "" For i = 1 To MarksInText / 2 For j = 1 To 2 Text = Text & CodePlapher(i, j) Next j Text = Text & " " Next i txtCodePlapher. Text = Text 'Выводим шифр текст без пробелов txtCodePlapher1.Text = StrConv(Replace(Text, " ", ""), vbProperCase) End Sub

Входные и выходные данные

Входными данными являются 30 буквенный алфавит, ключ и шифруемый текст.