Кодирование и шифрование

Шифры делятся на теоретически стойкие, практически стойкие и нестойкие. Если с последним более-менее понятно, то рассмотрим первые два. Внимание, если Вам лень читать узкопрофильную терминологию и разъяснения, в конце статьи я написал Вам всё очень просто и кратко

При рассмотрении вопроса о теоретической стойкости шифров отвлекаются от реальных временных и сложностных затрат по вскрытию шифра (что определяет подход к практи­ческой стойкости). Во главу угла ставится принципиальная возможность получения некоторой информации об открытом тексте или использованном ключе. Впервые такой подход ис­следовал Клод Шеннон. Он рассматривал уже знако­мую нам модель шифра и единственную криптоатаку на осно­ве шифртекста. Проследим за его рассуждениями.

Конечной целью работы криптоаналитика является текст сообщения или ключ шифрования. Одна­ко весьма полезной может быть даже некоторая вероятност­ная информация об открытом тексте.

Например, уже предпо­ложение о том, что открытый текст написан по-английски, предоставляет криптоаналитику определенную априорную информацию об этом сообщении даже до того, как он увидит шифртекст.

Так, например, он заранее знает, что слово «hello» является более вероятным началом сообщения, чем, скажем, набор букв «abode». Поэтому первая цель криптоанализа со­стоит в том, чтобы увеличить количество этой априорной информации, относящейся к каждому возможному открытому тексту таким образом, чтобы истинный открытый текст сде­лать более вероятным после получения шифртекста, хотя, ко­нечно, и не обязательно точным.

Пусть, например, криптоаналитик перехватил текст «abccd» и знает (или предполагает), что он был зашифрован при помощи шифра простой замены (рассмотрим позже, что это). Этот шифртекст говорит ему о том, что открытый текст состоит из пяти букв, третья и четвертая из которых являются одинаковыми, а остальные отличными от этой буквы и разными.

Хотя он не может быть уверенным, что этим словом является «hello» (это может быть еще «lessy» или что-то подобное), тем не менее апостериор­ные вероятности таких открытых текстов возрастают относительно их априорных вероятностей. Криптоаналитик, кроме того, полностью уверен (в предположении, что использова­лась именно простая замена) в том, что этот открытый текст не может быть ни словом «after», ни словом «catch», и, таким образом, апостериорная вероятность обоих этих открытых текстов сокращается до нуля, даже вне зависимости от их ап­риорных вероятностей.

Шеннон назвал шифр совершенным, если для любого от­крытого текста знания, которые могут быть получены из со­ответствующего ему шифртекста, не раскрывают никакой ин­формации об открытом тексте, за исключением, возможно, его длины.

Другими словами, для совершенных шифров апо­стериорные вероятности открытых текстов (вычисленные по­сле получения криптограммы) совпадают с их априорными вероятностями.

В своей работе К. Шеннон, помимо исследований по теоретической стойкости, рассматривал также вопрос о практической стойкости шифров. Он рассуждал следующим образом (рассматривая, как и ранее, криптоатаку на основе одного шифртекста на шифр, не являющийся совершенным).

После того как объем перехвата (у) превзойдет расстояние единственности (естественно, предполагается, что для рассматриваемого шифра оно существует!), обычно будет существовать единственное решение (х или k) криптограммы. Задача дешифрования и состоит в нахождении этого единственного решения, имеющего высокую вероятность (p(x/y) или p(k/y)). До того как объем перехвата достигнет расстояния единственности, задача состоит в нахождении всех решений, имеющих большую вероятность (по сравнению с остальными решениями), и, конечно, в определении вероятностей этих решений.

Несмотря на то, что эти решения можно в принципе най­ти, поочередно перебирая, например, все ключи при расшифровании, для различных шифров нужно будет затратить для этого весьма различающиеся объемы работы. Средний объем работы W(N), необходимый для определения ключа по криптограмме, состоящей из N букв, измеренный в удобных элементарных операциях, К. Шеннон предложил назвать ра­бочей характеристикой шифра.

Это среднее значение берется по всем сообщениям и всем ключам с соответствующими им вероятностями. Функция W(N) характеризует средние затра­ты (временные и материальные), необходимые для практического дешифрования криптограммы. Подобную характери­стику можно рассматривать не только для одной рассматриваемой криптоатаки, но и для других постановок задач криптоанализа.

Следует различать криптографические методы сокрытия информации (шифрование) и кодировани

Кодирование – представление информации в альтернативном виде. Если проводить аналогию между шифрованием и кодированием, то кодирование – это бесключевое шифрование, в котором преобразование построено на алгоритме кодирования или кодовой таблице. Различают:

• общедоступные кодовые системы, предназначенные для преобразования информации в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической обработки (азбука Морзе, Unicode, штрихкод);
• секретные кодовые системы, предназначенные, как и криптографические системы, для обеспечения конфиденциальности (номенклаторы, «Код Госдепартамента», «Американский код для окопов», «Речные коды : Потомак»).

Параллельно с этим развивается теория кодирования - научное направление, которое разрабатывает и изучает методы защиты информации от случайных искажений в каналах связи.

Таким образом, в настоящее время, термины кодирование и шифрование применяются для обозначения самостоятельных научных направлений, и употреблять их как синонимы некорректно.

Еще проще, или "отсебятина", кодирование - процесс предоставления информации в удобном виде, которое известно всем и вообще не составляет труда для кодирования/декодирования. В кодировании есть только открытый и закрытый текст. В шифровании же, помимо открытого и закрытого текста, ОБЯЗАТЕЛЬНО должен присутствовать секретный параметр, т.е. ключ.

Как устроена криптография

Примененная писцом система «тайнописи» основывалась на изменении начертания отдельных (не всех) иероглифов. Поэтому вырезанная в камне надпись не была тайнописью в полном понимании этого слова и не является полноценным шифром. Писец всего лишь попытался придать ей больше важности. По египетским верованиям, тот, кто читал надписи на гробнице, способствовал вечной загробной жизни усопшего. Фактически это была головоломка, требующая большего времени, нежели чтение просто текста, заставляющая задуматься и вызывающая у прохожего желание разгадать скрытый смысл.

Но постепенно многие записи начинают преследовать и другую, важную для криптографии цель — секретность. В некоторых случаях секретность была нужна для усиления колдовской силы поминальных текстов.

А в наше время люди начали, например, зашифровывать свое имя на автомобильных номерах. Особенно широкое распространение мода на «личные» номера получила в Европе и США. Хоть какое-то развлечение в пробках! Стоишь и от нечего делать разгадываешь номер-ребус впереди идущей машины: как зовут владельца, кто он по профессии. Но почему же не написать свое имя просто, без всяких загадок?

Так как уникальный номер, например с именем «Игорь», может быть только один, то всем остальным Игорям приходится действовать подобно упомянутому выше древнеегипетскому писцу: изменять начертания отдельных (или всех) букв.

Попробуем разгадать некоторые такие номера. Они не выдуманы и принадлежат реальным людям.

• ALE55IA. Здесь все ясно: 5 очень похожа по начертанию на букву S, то есть зашифровано было имя Alessia (Алеся).
• A8RAM. На какую букву похожа 8? Очевидно, что на две буквы О! Если серьезнее, то на латинскую B. Ответ — Abram (Абрам).
• Внимательнее посмотрим на следующий европейский номер ART 157E. Что 5 — это S, мы уже знаем, а 1 (единица), может быть, латинское L? Получили ART LS7E. Что-то не так. Тогда I? Ответ становится очевиден: ARTIS7E — это artistе. Владелец машины решил указать, что он человек творческой профессии.
• А вот еще один профессиональный номер — D34 LER. Здесь чуть сложнее: 3 — это зеркальное отражение чуть измененной графически буквы Е. А на что похожа в английском языке цифра 4? Посмотрим еще раз на номер: DE4 LER — и ответ ясно виден. Дилер.
• Еще один замысловатый номер — 64ME. Маленькая подсказка: зашифровано то, что мы с вами сейчас делаем! Это game (игра).
• А вот любитель напитка богов, нектара — NEC74R.

И последний, самый сложный номер — PI4 NER.

Многие наверняка предположили, что это пионер. Но, увы, по-английски это слово пишется через О и с двумя буквами Е — pioneer. А может, владелец намекает, что его автомобиль PI4 NER (planer) летит как самолет или планер? Но самолет по-английски airplane, планер — glider (ох уж эти ложные друзья переводчика!). Или автомобилист подчеркивал, что он чертежник (англ. planner), решив, однако, не писать дважды букву N? В англо-русском словаре находим, что planer — строгальщик, рубанщик; уст. рубанок, фуганок. То есть владелец данного автомобиля, как и артист или дилер, указал свою рабочую профессию рубанщика.

Этюд II. Большой труд Аристотеля

В IV веке до н. э. древнегреческий философ и ученый Аристотель писал, что это « [большой] труд, потому что неясно, к чему что относится ».

Что же за великий труд подразумевал философ в данной сентенции?

Попробуйте найти ключ и дешифровать следующий текст:

угривтиненетихвглинесмолавеливдубенет

Возможно, вам поможет следующая аналогия. Одним из самых ранних известных примеров использования греческого алфавита является дипилонская надпись, записанная на древнегреческом керамическом сосуде, датируемом приблизительно 740 годом до н. э. Оригинальный ее текст:

ΗΟΣΝΥΝΟΡΧΕΣΤΟΝΠΑΝΤΟΝΑΤΑΛΟΤΑΤΑ ΠΑΙΖΕΙΤΟΤΟΔΕΚΛΜΙΝ

Буквальный перевод: «Кто ныне из всех танцоров наиболее изящно (резво) танцует, тому это…» Предполагается, что эта ваза служила призом в некоем танцевальном конкурсе.

Облегчим вышеприведенную задачу:

• угривтине нетихвглине смолавели вдубенет.

Мы, подобно дешифровщикам дипилонской надписи, всего лишь «разорвали» исходный текст и, таким образом, частично дискретно декодировали исходную фразу.

Теперь дешифруем текст окончательно. Внеся в него все знаки препинания и пробелы (это и есть ключ к решению данной задачи), получим:

• угри в тине, нет их в глине;
• смола в ели, в дубе — нет.

В заключение осталось только привести первоначальную цитату Аристотеля в более подробном виде: «Вообще написанное должно быть удобочитаемо и удобопонимаемо, а это одно и то же. Этими свойствами не обладает речь со многими союзами, а также речь, в которой трудно расставить знаки препинания, как, например, в творениях Гераклита — [большой] труд, потому что неясно, к чему что относится, к последующему или к предыдущему, как, например, в начале своей книги он говорит: “Относительно разума требуемого всегда люди являются непонятливыми”. Здесь неясно, к чему нужно присоединить знаком [