Классификация шифров, методы их раскрытия и взлома

Шифрование представляет собой процесс кодирования информации, который делает её труднодоступной для тех, для кого она не предназначена.

Как же те, кто должен получить информацию, могут её прочитать? Это происходит с помощью расшифровки, которая осуществляется с помощью специального ключа — описание применённого шифра.

Тем, у кого нет ключа, остаётся шанс попытаться дешифровать информацию самостоятельно, то есть взломать код. Одни шифры достаточно устойчивы к взлому, другие – нет.

Методы шифрования и их влияние на безопасность информации

Шифры замены

Шифр замены – это метод, при котором каждому символу, который подлежит шифрованию, сопоставляется другой символ. С простого - можно последовательно заменять буквы в начале алфавита на соответствующие им буквы в его конце: А заменяется на Я, Б – на Ю. Также можно использовать цифры, представляя буквы в виде их номеров в алфавите, а затем записывать их в двоичном формате. Однако, такой простой подход делает шифр уязвимым для взлома — его принцип очевиден.

Иногда буквы могут заменяться символами, которые не зависят от их расположения, например, при перемешивании алфавита и использовании кодов, основанных на номерах букв в перемешанном алфавите. Это усложняет шифрование и расшифровку, поскольку и отправитель, и получатель должны иметь общую кодовую таблицу, которую также необходимо хранить. На первый взгляд, такой шифр кажется надежным.

Тем не менее, шифры простой замены, в которых каждый символ всегда шифруется одним и тем же новым символом, могут быть легко взломаны с помощью частотного анализа. С помощью этого метода компьютер соотносит распространённые символы с наиболее частыми буквами языка и подбирает коды для оставшихся букв, чтобы текст выглядел осмысленным. Иногда знание темы сообщения и некоторых упоминаемых слов также помогает в расшифровке.

Можно усложнить шифр замены, применяя разные коды для одной буквы. Один из простых, но достаточно надежных способов — использовать известное литературное произведение в качестве ключа и кодировать буквы с помощью пары чисел — номера строки и позиции символа в строке.

Шифры перестановки

Анаграммы — головоломки, состоящие из перемешивания букв в словах. Короткую анаграмму разгадать проще.

Если все буквы текста перемешать по сложной схеме, человеку будет тяжело расшифровать его, а компьютеру – еще сложнее. Такие шифры использовались людьми с древних времён для секретной переписки.

Стеганография — шифры-невидимки

У всех вышеперечисленных шифров есть недостаток: каждый, увидев зашифрованное сообщение, сразу поймёт, что это таковое. Это не всегда благоприятно, так как отправитель или получатель таких сообщений вызывает подозрение. Можно ли создать шифр, который не будет напоминать шифр?

Стеганография представляет собой метод, при котором скрывается сам факт передачи шифрованного сообщения.

В литературных произведениях и фильмах можно найти множество примеров стеганографии.

Как можно замаскировать зашифрованный текст? Например, можно использовать изображения в качестве кодов для букв.

Также есть буквы стеганографии, например, так называемый книжный шифр. Человек получает через почту книгу, которая выглядит обычной. Однако, если внимательно просмотреть страницы под светом, можно увидеть маленькие отверстия около определённых букв, вероятно, сделанные тонкой булавкой. Эти помеченные буквы формируют зашифрованное сообщение.

Чаще всего в стеганографии кодируют не буквы, а слова или целые фразы. Ранее мы упоминали пример связанный с комнатным цветком — положение цветка на подоконнике символизировало определённую ситуацию. Существует множество примеров тайной переписки, где одни слова обозначают совершенно другие понятия. В письме иностранного дипломата из России в XVIII веке фразы "Соболь вдруг в цене упал" и "чернобурая лисица нынче в моде" могли означать опалу одного царедворца и возвышение другого. Естественно, такие коды следует заранее согласовывать и запоминать.

Ещё одним способом стеганографии в письмах является сокрытие слов сообщения среди других так, чтобы текст выглядел осмысленно. Например, в одном из рассказов Артура Конан Дойла смысл несёт только каждое третье слово текста. Этот код легко расшифровать (ключом будет число), а вот само шифрование требует креативности.