Реферат: Міністерство освіти І науки україни одеський національний політехнічний університет методичні вказівки

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ

ЗА КУРСОМ «ЗАХИСТ ІНФОРМАЦІЇ»


Одеса ОНПУ 2009

МІНЕСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ

ЗА КУРСОМ «ЗАХИСТ ІНФОРМАЦІЇ»

для студентів спеціальності 6.040302 - Інформатика


Затверджено

на засіданні кафедри ІММЗІС

протокол №2 від 29 вересня 2009р.


Одеса ОНПУ 2009

Методичні вказівки до лабораторних робіт за темою «Криптографічні алгоритми» за курсом «Захист інформації» для студентів спеціальності 6.040302. / Укл. О.Ю. Лебедєва - Одеса: ОНПУ, 2009 — 8 с.


Укладач: О.Ю. Лебедєва


ЗМІСТ

Розділ 1. Шифри простої заміни 4

Теоретичні відомості. Шифр Цезаря 4

Завдання до лабораторної роботи №1 4

Теоретичні відомості. Шифр Віженера 4

Завдання до лабораторної роботи №2 5

Розділ 2. Шифри складної заміни 6

Теоретичні відомості. Парний шифр 6

Завдання до лабораторної роботи №3 6

Теоретичні відомості. Шифр підстановки (квадрат Полібія) 6

Завдання до лабораторної роботи №4 7

Теоретичні відомості. XOR-кодування. (Схема С. Р. Вернама) 7

Завдання до лабораторної роботи №5 7

Розділ 3. Шифри перестановки 8

Теоретичні відомості. Постовпцова транспозиція 8

Завдання до лабораторної роботи №6 8

Список літератури 8



^ Розділ 1. Шифри простої заміни

Лабораторна робота № 1.

Тема: Ознайомлення з методом шифрування даних «Шифр Цезаря».

Мета: Знати та вміти використовувати метод шифрування даних «Шифр Цезаря»

^ Теоретичні відомості. Шифр Цезаря
Шифр Цезаря (Caezar, 100-44 рр. до н.е.) реалізує кодування фрази шляхом «зрушення» усіх букв фрази на певне число kk (у оригінальному шифрі Цезаря це число kk дорівнювало 3). Якщо буква шифрованої фрази має в алфавіті позицію jj, то вона в «шифровці» замінюватиметься буквою, що знаходиться в алфавіті на позиції jj + kk.

Нехай kk = 3 і фразою для шифрування буде «i remember that september». Використовуватимемо латинські букви із стандартним проходженням букв в алфавіті. Результати шифрування вказаної вище фрази показані нижче в таблиці:


1

i



r

e

m

e

m

b

e

r



t

h

a

t



2

9

0

18

5

13

5

13

2

5

18

0

20

8

1

20

0

3

12

3

21

8

16

8

16

5

8

21

3

23

11

4

23

3

4

12

3

21

8

16

8

16

5

8

21

3

23

11

4

23

3

5

l

c

u

h

p

h

p

e

h

u

c

w

k

d

w

c




1

s

e

p

t

e

m

b

e

r

2

19

5

16

20

5

13

2

5

18

3

22

8

19

23

8

16

5

8

21

4

22

8

19

23

8

16

5

8

21

5

v

h

s

w

h

p

e

h

u


Пояснення до таблиці:

1-й рядок - фраза для шифрування;

2-й рядок - номери букв фрази для шифрування в латинському алфавіті;

3-й рядок - номери букв фрази для шифрування, збільшені на 3;

4-й рядок - результат «ділення по модулю 27» чисел 3-го рядка;

5-й рядок - зашифрована фраза.

^ Завдання до лабораторної роботи №1
Написати програму для шифрування любої інформації, яка зберігається у файлі за допомогою метода «Шифр Цезаря». Необхідно реалізувати як шифрування так і дешифрування.


^ Лабораторна робота № 2.

Тема: Ознайомлення з методом шифрування даних «Шифр Віженера».

Мета: Знати та вміти використовувати метод шифрування даних «Шифр Віженера»

^ Теоретичні відомості. Шифр Віженера
Шифр Віженера реалізує кодування фрази шляхом «індивідуального зрушення» букв, причому величина зрушень визначається номерами (положенням) букв в ключовому слові (фразі). Візьмемо, наприклад, ключове слово «leonid» (латиниця) і кодовану фразу «I remember that September». Букви ключового слова мають наступні номери в латинському алфавіті: 12,5,15,14,9,4. Шифрування по Віженеру полягає в «зрушенні» першої букви кодованої фрази на 12 позицій, тобто в заміні букви «i» (9-а позиція) на букву «u», що знаходиться в 9+12=21-й позиції, в заміні пропуску « » (другої букви кодованої фрази, 0-а позиція) на букву «e», що знаходиться в 0+5=5-й позиції і так далі. При «вичерпанні» букв ключового слова, останнє використовується знову і знову до тих пір, поки не будуть закодовані всі букви кодованої фрази. Результати шифрування вказаної вище фрази показані нижче в таблиці:


1

i

 

r

e

m

e

m

b

e

r

 

t

h

a

t

 

2

9

0

18

5

13

5

13

2

5

18

0

20

8

1

20

0

3

l

e

o

n

i

d

l

e

o

n

i

d

l

e

o

n

4

12

5

15

14

9

4

12

5

15

14

9

4

12

5

15

14

5

21

5

33

19

22

9

25

7

20

32

9

24

20

6

35

14

6

21

5

6

19

22

9

25

7

20

5

9

24

20

6

8

14

7

u

e

f

s

v

i

y

g

t

e

i

x

t

f

h

n




1

s

e

p

t

e

m

b

e

r

2

19

5

16

20

5

13

2

5

18

3

i

d

l

e

o

n

i

d

l

4

9

4

12

5

15

14

9

4

12

5

28

9

28

25

20

27

11

9

30

6

1

9

1

25

20

0

11

9

3

7

a

i

a

y

t

 

k

i

c



Пояснення до таблиці.

1-й рядок - фраза для шифрування;

2-й рядок - номери букв фрази для шифрування в латинському алфавіті;

3-й рядок - ключове слово з довжиною рівній довжині фрази;

4-й рядок - номери букв ключового слова в алфавіті;

5-й рядок - сума номерів 2-го і 4-го рядків у відповідних стовпцях;

6-й рядок - результат «ділення по модулю 27» чисел 5-го рядка;

7-й рядок - зашифрована фраза.


Таким чином, «шифровка» матиме вигляд «uefsviygteixtfhnaiayt kic».

Декодування «шифровки» проводимо «аналогічно» кодуванню фрази.

^ Завдання до лабораторної роботи №2
Написати програму для шифрування любої інформації, яка зберігається у файлі за допомогою метода «Шифр Віженера». Необхідно реалізувати як шифрування так і дешифрування.

^ Розділ 2. Шифри складної заміни

Лабораторна робота № 3.

Тема: Ознайомлення з методом шифрування даних «Парний шифр».

Мета: Знати та вміти використовувати метод шифрування даних «Парний шифр»

^ Теоретичні відомості. Парний шифр
Ключем є фраза, що містить не менше половини різних букв алфавіту повідомлення. Підписуючи під цими буквами букви в алфавітному порядку, що не увійшли до ключа, отримуємо розбиття букв алфавіту на пари. Кодування - заміна кожної букви початкового повідомлення на її парну.

Наприклад: вибираючи як ключ фразу «железный шпиц дома лежит», отримаємо розбиття основних букв російського алфавіту на пари, як вказано нижче



Тому повідомлення «Встреча отменяется, явка раскрыта», переходить в наступний шифротекст: «ЕЫЯНВ ЦЮЬЯЭ ВРТВЯ ЫТТЕЗ ЮНЮЫЗ НСЯЮ»

Очевидно, що як ключ можна також використовувати будь-яку фразу, в якій є не менше 15 різних букв основного алфавіту


^ Завдання до лабораторної роботи №3
Написати програму для шифрування любої інформації, яка зберігається у файлі за допомогою метода «Парний шифр».Шифрувати на основі матриці-ключа (російський алфавіт, розділові знаки, цифри). Необхідно реалізувати як шифрування так і дешифрування.


^ Лабораторная работа № 4.

Тема: Ознайомлення з методом шифрування даних «Шифр підстановки (квадрат Полібія)».

Мета: Знати та вміти використовувати метод шифрування даних «Шифр підстановки (квадрат Полібія)»

^ Теоретичні відомості. Шифр підстановки (квадрат Полібія)
Алфавіт початкового повідомлення записати у вигляді матриці. Кожну букву кодувати парою чисел (рядок, стовпець).

Наприклад, візьмемо квадрат 5х5, стовпці і рядки якого нумерувалися від 1 до 5. У кожну клітка цього квадрата записувалася одна буква.



Зашифруємо фразу Декарта «Cogito, ergo sum» («Я мислю, отже, існую»). Тоді результатом буде послідовність чисел



^ Завдання до лабораторної роботи №4
Написати програму для шифрування любої інформації, яка зберігається у файлі за допомогою метода «Шифр підстановки (квадрат Полібія)».Шифрувати на основі матриці-ключа (російський алфавіт, розділові знаки, цифри). Необхідно реалізувати як шифрування так і дешифрування.


^ Лабораторная работа № 5.

Тема: Ознайомлення з методом шифрування даних «XOR-кодування. (Схема С. Р. Вернама)».

Мета: Знати та вміти використовувати метод шифрування даних «XOR-кодування. (Схема С. Р. Вернама)»

Теоретичні відомості. XOR-кодування. (Схема С. Р. Вернама)
Представити повідомлення і ключ в двійковому вигляді. Кожен біт повідомлення перетвориться з використанням нового біта ключа за наступним правилом : 0+0=0, 0+1=1, 1+0=1, 1+1=0.

^ Завдання до лабораторної роботи №5
Написати програму для шифрування любої інформації, яка зберігається у файлі за допомогою метода «XOR-кодування. (Схема С. Р. Вернама)». Шифрувати на основі матриці-ключа (російський алфавіт, розділові знаки, цифри). Необхідно реалізувати як шифрування так і дешифрування.

^ Розділ 3. Шифри перестановки

Лабораторная работа № 6.

Тема: Ознайомлення з методом шифрування даних «Постовпцова транспозиція».

Мета: Знати та вміти використовувати метод шифрування даних «Постовпцова транспозиція»

^ Теоретичні відомості. Постовпцова транспозиція
Вибирається слово-ключ. Формується матриця, з числом стовпців рівним числу букв в ключі. Початкове повідомлення посимвольний заноситься в цю матрицю. Потім стовпці цієї матриці переставляються відповідно до алфавітного порядку букв слова-ключа.

Наприклад: зашифруємо фразу «Дела давно минувших дней преданья старины глубокой». З ключовим словом «Пушкин». Використовуючи розташування букв цього ключа в алфавіті, отримаємо набір чисел [4 5 6 2 1 3]



Тоді шифрована фраза має вигляд:

дихрянов амипьибб андесыкг двундтго енвеаалй лошйнруа

^ Завдання до лабораторної роботи №6
Написати програму для шифрування любої інформації, яка зберігається у файлі за допомогою метода «Постовпцова транспозиція». Необхідно реалізувати як шифрування так і дешифрування.


Список літератури
В.Жельников. Криптография от папи руса до компьютера. - М.: ABF, 1996. - 330 с.

Нечаев В.И. Элементы криптографии: Основы теории защиты информации. М.: Высш. шк., 1999. 108 с.

Молдовян А.А., Молдовян Н.А., Советов Б.Я. Криптография. - Спб.: издательство Лань, 2000.

Дориченко С.А., Ященко В.В. 25 этюдов о шифрах. - М.:ТЕИС, 1994.