Шифр Цезаря на страже IT безопасности

215
Шифр Цезаря на страже IT безопасности
Шифр Цезаря. Фото: vk.com
Ратмир Белов
Журналист-райтер

Учитывая то обстоятельство, что скорость обмена цифровыми данными в последние годы постоянно возрастает, на первое место выходит обеспечение информационной безопасности при получении, хранении и передаче данных.

Для того, чтобы минимизировать риски попадания информации в чужие руки, необходимо воспользоваться процедурой шифрования, чтобы доступ к данным смог получить только предполагаемый получатель. Одним из наиболее простых видов кодирования является шифр Цезаря.

Шифр Цезаря — это моноалфавитная кодировка, представляющая собой тип шифра подстановочного типа, отличающийся от других систем кодирования тем, что в открытом тексте каждая буква заменяется другой, взятой из алфавита и смещенной на определенное количество позиций.

Учитывая повсеместное применение интернет-технологий, проблемы с информационной безопасностью возникают все чаще, причем наибольшую важность защита конфиденциальной информации приобретает в интернет-банкинге. В подавляющем большинстве случаев провайдер обязан обеспечивать безопасность собственной инфраструктуры, равно как и защиту персональных данных и приложений клиентов, в то время как последние должны убедиться, что провайдером были предприняты все необходимые меры для обеспечения информационной безопасности.

Для того, чтобы минимизировать риски попадания персональных данных в чужие руки, данные необходимо преобразовать в нечитаемый вид, причем данная процедура осуществляется на стороне отправителя, после чего, уже на стороне получателя, происходит обратное преобразование в читаемый вид. Таким образом, можно утверждать, что проблема сохранения конфиденциальной информации представляет особую актуальность как для частных лиц, так и для крупных компаний.

Криптография

Наука защиты информации от попадания в чужие руки, за счет преобразования в форму, которую злоумышленники неспособны распознать как в процессе хранения, так и выдачи, существует уже более двух тысяч лет.

Само понятие криптология происходит от двух слов, означающих «скрытый» и «писать», что позволяет сделать общение непонятным для всех, за исключением предполагаемых получателей. Сообщение, которое предполагается к отправлению, называется открытым текстом, в то время как то, которое уже является фактически отправленным, представляет собой уже зашифрованный текст. Принято выделять два основных вида криптографии, предполагающие, в зависимости от типа ключей безопасности, применяемых с целью шифрования и последующей дешифровки данных, асимметричные и симметричные методы кодирования.

Симметричное шифрование

Криптография с симметричным ключом предполагает использование одного ключа как для шифрования, так и для дешифровки, причем данный метод известен еще как криптография с закрытым ключом, которые могут обновляться с целью получения дополнительных ключей.

Данный подход, по сравнению с асимметричным, является более эффективным и оперативным, а генерация ключа проводится соответствующим алгоритмом шифрования, который далее отправляется в секцию получателя. Метод симметричного шифрования пронизан целым рядом проблем, так как защищенных каналов в природе практически не существует, в связи с чем передача ключа осуществляется вместе с данными, что значительно снижает эффективность полосы пропускания, при этом увеличивая расходы.

Асимметричное шифрование

Данный тип шифрования принято называть криптографией с открытым ключом, причем используется два ключа, один из которых, используемый для шифрования, носит открытый характер и известен широкой общественности, в то время как второй, используемый для дешифровки, известен лишь пользователю соответствующего ключа и является закрытым. За счет связи ключей при помощи математических вычислений, данные, при шифровании которых применялся открытый ключ, могут быть дешифрованы только соответствующим ключом закрытого типа, за счет чего удается решить проблему симметричного шифрования управления ключами. Однако подобная особенность шифрования с открытым ключом, носящая уникальных характер, приводит к повышению степени уязвимости для атак.

Кроме того, методы асимметричного шифрования, требующие значительных вычислительных мощностей, по сравнению с симметричным шифрованием, практически в тысячу раз медленней. В качестве методов преобразования данных в нечитаемую форму обычно применяются методы, связанные с перестановкой и заменой. Одним из примеров метода подстановки как раз и является шифр Цезаря, который отличается достаточно простым алгоритмом шифрования и дешифрования. Для того, чтобы расшифровать систему, даже не нужно знать ключ шифрования, который достаточно легко взломать при помощи изменения порядка шифрования и изменения порядка алфавита.

В том случае, если достоверно известно, что при кодировке использовался шифр Цезаря, то для того, чтобы выполнить криптоанализ методом грубой силы, потребуется всего лишь перебрать 26 ключей, применительно к английскому языку, учитывая известность шифрования и дешифровки. Кроме того, если стала известна одна буква, то определив смещение можно достаточно оперативно расшифровать все сообщение. Одним из наиболее распространенных методов, используемых в криптоанализе, является «Частотный анализ», предполагающий, что в длинных текстах, причем для разных текстов одного языка, частота появления заданной буквы алфавита – не меняется. Особую известность метод частотного криптоанализа получил в 1822 году, в процессе дешифровки египетских иероглифов. Начиная с середины прошлого века, разработка подавляющей части алгоритмов шифрования осуществляется с учетом устойчивости к частотному криптоанализу, в связи с чем он, как правило, применяется в процессе обучения будущих криптографов.

Как расшифровать шифр Цезаря

Для того, чтобы прочитать сообщение, закодированное подобным шифром, взломщику достаточно знать только зашифрованный текст, причем могут иметь место две ситуации. Так, в первом случае, предполагается, что использовался достаточно простой шифр, но неизвестно, что применялся шифр Цезаря, в то время как во втором – шифр известен, однако значение сдвига неизвестно.

Первая ситуация позволяет осуществить взлом при помощи методов, применяемых для простого шифра подстановки, так как используя подобные решения, вроде частотного анализа, удастся достаточно оперативно заметить регулярность, применяемую в решении, исходя из чего можно сделать вывод, что используемая система кодирования представляет собой шифр Цезаря. Вторая ситуация отличается еще большей простотой, так как для, например, английского языка, существует лишь 25 вариантов сдвига, которые могут быть проверены при помощи метода грубой силы. Так, можно выписать отрывок текста, подвергшегося кодированию, в столбец всех вероятных сдвигов, используя технику, известную как «завершение простого компонента».

В том случае, если имеет место обычный текст, написанный на естественном языке, то вариант декодирования, скорее всего, будет единственным, в то время как при использовании достаточно коротких сообщений, возможен целый ряд вариантов расшифровки, учитывая различные сдвиги. Самое интересное заключается в том, что процедура, предусматривающая многократное шифрование, нисколько не повышает степень устойчивости к взлому.

Вывод

Шифр Цезаря является одним из простейших типов шифрования, зачастую сочетаемый с другими техниками. В настоящее время шифрование, причем как методом замены, так и перестановки, осуществляется при помощи компьютеров, а для того, чтобы получить достаточно безопасный и надежный шифр, следует использовать комбинацию классических методов.

Оценить
Обсудить Содержание