«Загадочная криптография» (стр. 1 )

Республиканской этап конференции учащихся 5-8 классов

Малые чтения НОУ «Сигма»

«Первые шаги в науку»

Секция «Информатика»

«Загадочная  криптография» 

Работу выполнила: 

ученица 7 «А»  МКОУ СОШ №10 г. Баксана

Научный руководитель:

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Что изучает криптография?

Периоды развития науки……………………………………….………….5 Способы шифрования информации………………………………………9 Шифровальные устройства………………………………………………10 Знаменитые шифры……………………………………………………….14

Заключение……………………...……………………………………………….26

Литература……………………………………………………………………….28

Введение.

Испокон веков не было ценности большей, чем информация. Сегодня мы живем в веке информатики и информатизации. Современные технологии дают возможность передавать и хранить все большие объемы информации. Но это благо имеет и оборотную сторону. Информация становится более уязвимой по разным причинам. С зарождением человеческой цивилизации возникло умение сообщать информацию одним людям так, чтобы она не становилась известной другим. Пока люди использовали для передачи сообщений исключительно голос и жесты, сделать это обычно не составляло особого труда - нужно было лишь исключить присутствие в непосредственной близости от разговаривающих тех людей, для которых сообщаемые сведения не предназначены. Однако иногда внешние факторы накладывали на поведение собеседников ограничения, не позволявшие им укрыться от посторонних ушей и глаз для проведения конфиденциальной беседы. Для действия в подобных обстоятельствах была создана, а точнее сложилась сама собой, система кодированных речью или жестами сообщений. С возникновением письменности задача обеспечения секретности и подлинности передаваемых сообщений стала особенно актуальной.

Исторический процесс развития средств и методов защиты тайных посланий выработал три основных способа такой защиты.
Первый способ защиты информации - это физическая защита от противника материального носителя информации (пергамент, бумага, магнитная лента, физические каналы передачи: проводная линия связи, радиоканал, вибро-акустический канал и так далее). Одновременно появляются приемы и способы, затрудняющие перехват сообщений. Главную роль здесь играет выбор канала связи, труднодоступного для перехвата (ласточки, голуби, курьеры, кабельные линии связи и так далее). Второй способ защиты информации - это стеганография (стеганография в переводе с латинско-греческого - тайнопись). Используется для определения метода защиты, основанного на попытке сокрытия от противника самого факта наличия интересующей его информации. Третий способ защиты информации - наиболее надежный и распространённый в наши дни - криптография, (в переводе с греческого это слово также означает «тайнопись»). В этом случае в перехваченном сообщении противник видит хаотичный набор знаков, так что смысл сообщения ему остается неясным.

В настоящее время защита информации одна из самых технологичных и засекреченных областей современной науки. Поэтому тема современна и актуальна.

Объект исследования – криптография.

Предмет исследования – методы шифрования.

Цель проекта: изучить основные приемы построения шифров.

Задачи проекта:

изучить историю развития криптографии, проанализировать методы шифрования в разные периоды истории человечества. рассмотреть самые значимые шифры и определить их роль в развитии криптографии.

Глава 1. Что изучает криптология?.

Издавна люди изыскивали способы уберечь некоторые важные сообщения от посторонних глаз. Рассказывают, как один царь обрил голову гонца, написал на ней послание и отослал гонца к своему союзнику лишь тогда, когда волосы на его голове отросли. Развитие химии дало удобное средство для тайнописи: симпатические чернила, записи которыми не видны до тех пор, пока бумагу не нагреют или обработают каким-нибудь химикатом. Но чаще стали применять шифры: сначала ими пользовались пираты, отмечая расположение кладов, алхимики, купцы, заговорщики. Впоследствии - дипломаты, стремящиеся сохранить тайны переговоров, военачальники, скрывающие от противника отданные распоряжения, разведчики и другие.

Шифр – это какая-либо система преобразования текста для обеспечения секретности передаваемой информации.

Шифр может представлять собой совокупность условных знаков (условная азбука из цифр или букв) либо алгоритм кодирования с использованием обычных цифр и букв. Процесс засекречивания сообщения с помощью шифра называется шифрованием. Наука о создании и использовании шифров называется криптографией. Шифрование – это приведение информации к такому виду, когда содержимое исходного текста невозможно прочитать и трудно раскрыть без знания ключа, а дешифрование – это процесс привидения информации к исходному виду. Ключ – это информация, с помощью которой выполняется шифрование и дешифрование сообщения. Результатом шифрования является шифрограмма или криптограмма.

Периоды развития науки.

История криптографии насчитывает около 4 тыс. лет. Первым упоминанием об использовании криптографии принято считать использование специальных иероглифов около 3900 лет назад в Древнем Египте. Хотя целью было не затруднить чтение текста — скорее наоборот, с помощью необычности и загадочности привлечь внимание читателя и прославить вельможу Хнумхотепа Второго.

Методы секретной переписки были изобретены независимо в различных государствах Древнего Востока, таких как Египет, Китай и Шумер, хотя сегодня очень трудно судить об уровне развития криптографии в этих обществах. Клинопись, рисуночное и иероглифическое письмо само по себе было крайне сложно и требовало длительного обучения, так что вопрос о шифровании сообщений часто попросту не поднимался, так как круг грамотных лиц был весьма ограничен.

В качестве основного критерия периодизации можно использовать технологические характеристики используемых методов шифрования.

Историю криптографии можно разделить на 4 этапа:

Наивная криптография; Формальная криптография; Научная криптография; Компьютерная криптография.

Для наивной криптографии (с 3 тыс. до н. э. - до нач. 16 века) характерно использование любых (обычно примитивных) способов запутывания противника относительно содержания шифруемых текстов. На начальном этапе для защиты информации использовались методы кодирования и стенографии. Большинство из используемых шифров сводились к перестановке или моноалфавитной подстановке – основной принцип состоял в замене алфавита исходного текста другим алфавитом через замену букв другими буквами или символами.

Одним из первых зафиксированных примеров является шифр Цезаря, состоящий в замене каждой буквы исходного текста на другую, отстоящую от нее в алфавите на определенное количество позиций.

Другой шифр, полибианский квадрат, авторство которого приписывается греческому писателю Полибию, является общей моноалфавитной подстановкой, которая проводится с помощью случайно заполненной алфавитом квадратной таблицей. Каждая буква исходного текста заменяется на букву, стоящую в квадрате снизу от нее.

Этап формальной криптографии (кон. XV века - нач. XX века) связан с появлением формализованных и относительно стойких к ручному криптоанализу шифров. В европейских странах это произошло в эпоху Возрождения, когда развитие науки и торговли вызвало спрос на надежные способы защиты информации. Важная роль на этом этапе принадлежит Леону Батисте Альберти, итальянскому архитектору, который одним из первых предложил многоалфавитную подстановку. Данный шифр, получивший имя дипломата XVI века Блеза Вижинера, состоял в последовательном «сложении» букв исходного текста с ключом (процедуру можно облегчить с помощью специальной таблицы). Его работа «Трактат о шифре» считается первой научной работой по криптологии. Одной из первых печатных работ, в которой обобщены и сформулированы известные на тот момент алгоритмы шифрования является труд «Полиграфия» немецкого аббата Иоганна Трисемуса. Ему принадлежат два небольших, но важных открытия: способ заполнения полибианского квадрата (первые позиции заполняются с помощью легко запоминаемого ключевого слова, остальные - оставшимися буквами алфавита) и шифрование пар букв (биграмм). Простым, но стойким способом многоалфавитной замены (подстановки биграмм) является шифр Плейфера, который был открыт в начале XIX века Чарльзом Уитстоном. Уитстону принадлежит и важное усовершенствование - шифрование ««двойным квадратом». Шифры Плейфера и Уитстона использовались вплоть до первой мировой войны, так как с трудом поддавались ручному криптоанализу. В XIX веке голландец Керкхофф сформулировал главное требование к криптографическим системам, которое остается актуальным и поныне: секретность шифров должна быть основана на секретности ключа, но не алгоритма. Наконец, последним словом в донаучной криптографии, которое обеспечили еще более высокую криптостойкость, а также позволило автоматизировать (в смысле механизировать) процесс шифрования стали роторные криптосистемы. Одной из первых подобных систем стала изобретенная в 1790 году Томасом Джефферсоном, будущим президентом США механическая машина. Многоалфавитная подстановка с помощью роторной машины реализуется вариацией взаимного положения вращающихся роторов, каждый из которых осуществляет «прошитую» в нем подстановку. Практическое распространение роторные машины получили только в начале XX века.

Одной из первых практически используемых машин, стала немецкая Enigma, разработанная в 1917 году Эдвардом Хеберном и усовершенствованная Артуром Кирхом. Роторные машины активно использовались во время второй мировой войны.

Помимо немецкой машины Enigma использовались также устройства Sigaba (США), Турех (Великобритания), Red, Orange и Purple2 (Япония). Роторные системы - вершина формальной криптографии, так как относительно просто реализовывали очень стойкие шифры. Успешные криптоатаки на роторные системы стали возможны только с появлением ЭВМ в начале 40-х годов.

Четвёртый период — с середины до 70-х годов XX века — период перехода к математической криптографии. В работе Шеннона появляются строгие математические определения количества информации, передачи данных, энтропии, функций шифрования. Обязательным этапом создания шифра считается изучение его уязвимости к различным известным атакам — линейному и дифференциальному криптоанализу. Однако до 1975 года криптография оставалась «классической», или же, более корректно, криптографией с секретным ключом.