Криптография как метод кодирования и декодирования информации

Криптография как метод кодирования и декодирования информации

Криптография — это наука о защите информации от прочтения ее посторонними. Прочесть информацию невозможно без «ключа». Автор считает, что криптография востребована в наше время, так как без нее не обходится ни одно государство. Была поставлена цель — исследовать шифры с точки зрения науки.

Технические требования:

Порядок знакомства:

1. Рассмотреть документ 1.

2.Рассмотреть документ 2

Проект «Криптография как метод кодирования и декодирования информации»

Актуальность: криптография – наука о методах обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации. Криптография включает в себя методы шифрования информации, ассиметричные криптосистемы, системы электронной цифровой подписи, хеш-функции, управление ключами, получение скрытой информации, а также квантовую криптографию.

Этот проект был создан для того, чтобы расширить свои познания в области кодировки и различных шифров. Также, на данный момент, знания о шифрах могут помочь людям, работающим или же заинтересованным в сфере технологий и IT.

Цель: составление сборника с известными методами шифрования.

Задачи:

1. Найти и изучить информацию о криптографии.
2. Найти информацию о наиболее популярных методах кодирования информации.
3. Оформить презентацию.
4. Систематизировать полученные знания.
5. Собрать известные шифры в сборник.

Методы исследования:

1. Анализ известных методов шифрования.
2. Сравнение этих методов.

Проблемный вопрос: возможно ли скрыть определенную информацию в настоящее время?

Продукт проекта: сборник шифров.

Криптография как метод кодирования и декодирования информации

Научная работа по теме «Криптография как метод кодирования и декодирования информации» ученика МБОУ Школа № 75 ГО г.Уфы Макарова Ильи Александровича.

Криптография. Актуальность, цели, задачи работы

Криптография — это наука о способах и методах шифрования информации. Учитывая, что мы живём в XXI веке – веке информации и информационных технологий, обеспечение конфиденциальности информации посредством шифрования является важной составляющей современного мира.

Гипотеза: в XXI веке возможно сохранить конфиденциальность информации. в анные от раскрытия невозможно при несоблюдении пользователем базовых правил безопасности в интер

Цель: рассмотреть криптографию, как метод кодирования и декодирования информации.

Задачами научной работы являются:

1. Изучить понятие «криптография».
2. Познакомиться с историей криптографии.
3. Освоить основы криптографии, виды шифрования информации.
4. Познакомить с криптографией, как наукой в современном мире.
5. Написать код на языке программирования Python для кодирования и декодирования информации, использую шифр Цезаря.

В современном мире люди постоянно внедряют новые цифровые технологии в различные сферы жизни. Бумажный школьный журнал заменил электронный дневник, а врачи вносят данные болезни уже в электронные медицинские карты.

Люди в XXI веке всё больше начинают пользоваться новыми цифровыми гаджетами, которые существенно упрощают жизнь. Зачем идти в банк, если большинство операция можно совершить через Интернет-сайты банков?

Криптография и шифрование

Цифровизация мира требует усиленного контроля за данными, ведь никто не хочет, чтобы доступ к важному документу или личной переписке получили третьи лица.

Пользователи, как правило, не задумывается, что же происходит с информацией, когда они, например, отправили другу сообщение или получили письмо по электронной почте.

При отправке данных, в целях безопасности, они шифруются. После получения информации адресатом она расшифровывается.

Всё это изучает криптография — наука, которая призвана обеспечить конфиденциальность данных путем шифрования и сохранить их целостность. В связи со всеми вышеперечисленными факторами, криптография очень востребована в современном мире, а её изучение в данный момент считает перспективным.

Шифрование — это процесс изменения данных, при котором они становятся бесполезными для третьих лиц.

Исходный текст преобразовывается на основе определённого алгоритма или ключа в зашифрованный текст. Ключ – секретный набор данных, с помощью которых можно зашифровать, а затем расшифровать информацию.

В современной криптографии выделяют несколько наиболее распространённых алгоритмов шифрования:

• симметричный
• ассиметричный
• хеш-функции

Симметричное шифрование – единственный способ до изобретения ассиметричного шифрования. Он предполагает использовать пары ключей, которые одинаковы и заранее известны обоим участникам переписки.

Ассиметричное шифрование предусматривает использование двух разных пар ключей у участников обмена информацией – открытого и закрытого (секретного). Открытый передаётся по незащищённому каналу, закрытый хранится в секрете у одного из участников переписки. Расшифровать информацию, закодированную открытым ключом, можно только зная закрытый.

Хеш-функция — функция, которая преобразует входные данные в битовую строку установленной длины по определённому алгоритму. Главное особенность хеш-функций – необратимость, она работает лишь в одну сторону.

Симметричное и ассиметричное шифрования рассмотрено более подробно в своей работе дальше.

История криптографии

История криптографии насчитывает около 4 тысяч лет. Есть данные, что криптография вместе с письменностью, и способы тайной передачи информации были известны уже древним цивилизациям Индии, Египта и Месопотамии. Например, автор таблички с рецептом для изготовления глазури для гончарных изделий из Месопотамии использовал редкие обозначения, пропускал буквы, а имена заменял на цифры, чтобы скрыть написанное. В последствии имеются различные упоминания об использовании криптографии, чаще всего это относится к использованию в военном деле.

Древний мир

Так как люди умеют шифровать информацию ещё с древних времён, я рассмотрю наиболее популярные и известные шифры, используемые в Древнем мире.

Самый древний текст с элементами криптографии найден в гробнице древнеегипетского вельможи Хнумхотепа II, жившего почти 4000 лет назад. Среди иероглифов были использованы несколько необычные символы, которые скрывают прямое значение текста. Такой метод шифрования — шифр подстановки, который заключает в себе замену элементы исходного текста на другие по определённым правилам. Такие шифры получили название – моноалфавитные.

Древняя Греция

Скитала является одним из древнейших известных криптографических устройств. Известно, что она использовалась в войне Спарты против Афин в конце V века до н. э.

Скитала представляла собой длинный стержень, на который наматывалась лента из пергамента. На неё наносился текст вдоль оси устройства. После разматывания пергамента, текст становился нечитаем. Для его восстановления требовалась скитала такого же диаметра (рис. 1).

Позже скиталу взломал Аристотель с помощью конусообразной палки.

Криптография как метод кодирования и декодирования информации

Криптография как метод кодирования и декодирования. Криптография — это наука о защите информации от прочтения ее посторонними. Прочесть информацию невозможно без «ключа». Автор считает, что криптография востребована в наше время, так как без нее не обходится ни одно государство. Была поставлена цель — исследовать шифры с точки зрения науки. Все чаще люди пользуются компьютерными системами и сетями. Проблема защиты информации в компьютерных системах является важной и занимает одно из ключевых мест в современном мире. И это обусловлено такими причинами как:

• Большой объем информации обрабатываемой с помощью компьютеров
• Быстрое увеличение вычислительной мощности
• Резкое расширение количества пользователей.
• Распространение сетевых технологий.

И люди чаще всего пренебрегают защитой своей информации или защитой от не санкционированного доступа. И одно из решений этих проблем, является использование шифрования.

История криптографии насчитывает около 4 тысяч лет. В качестве основного критерия периодизации криптографии возможно использовать технологические характеристики используемых методов шифрования [1].

Первый период (приблизительно с 3-го тысячелетия до н. э.) характеризуется господством моноалфавитных шифров (основной принцип — замена алфавита исходного текста другим алфавитом через замену букв другими буквами или символами). Второй период (хронологические рамки — с IX века на Ближнем Востоке (Ал-Кинди) и с XV века в Европе (Леон Баттиста Альберти) — до начала XX века) ознаменовался введением в обиход полиалфавитных шифров. Третий период (с начала и до середины XX века) характеризуется внедрением электромеханических устройств в работу шифровальщиков. При этом продолжалось использование полиалфавитных шифров.

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.

Современный период развития криптографии (с конца 1970-х годов по настоящее время) отличается зарождением и развитием нового направления — криптография с открытым ключом. Её появление знаменуется не только новыми техническими возможностями, но и сравнительно широким распространением криптографии для использования частными лицами.

Правовое регулирование использования криптографии частными лицами в разных странах сильно различается — от разрешения до полного запрета.

Современная криптография образует отдельное научное направление [2] на стыке математики и информатики — работы в этой области публикуются в научных журналах, организуются регулярные конференции. Практическое применение криптографии стало неотъемлемой частью жизни современного общества — её используют в таких отраслях как электронная коммерция, электронный документооборот (включая цифровые подписи), телекоммуникации и других.

По виду воздействия на исходную информацию методы криптографического преобразования информации могут быть разделены на четыре группы:

1. Шифрование
2. Стенография
3. Кодирование
4. Сжатие
5. Процесс шифрования заключается в проведении обратимых математических, логических, комбинаторных и других преобразований исходной информации, в результате которых зашифрованная информация представляет собой хаотический набор букв, цифр, других символов и двоичных кодов.

Для шифрования информации используются алгоритм преобразования и ключ. Как правило, алгоритм для определенного метода шифрования является неизменным. Исходными данными для алгоритма шифрования служит информация, подлежащая зашифровыванию, и ключ шифрования. Ключ содержит управляющую информацию, которая определяет выбор преобразования на определенных шагах алгоритма и величины операндов, используемых при реализации алгоритма шифрования. Операнд – это константа, переменная, функция, выражение и другой объект языка программирования, над которым производятся операции.

1. В отличие от других методов криптографического преобразования информации, методы стеганографии позволяют скрыть не только смысл хранящейся или передаваемой информации, но и сам факт хранения или передачи закрытой информации. В основе всех методов стеганографии лежит маскирование закрытой информации среди открытых файлов, т.е. скрываются секретные данные, при этом создаются реалистичные данные, которые невозможно отличить от настоящих. Обработка мультимедийных файлов в информационных системах открыла практически неограниченные возможности перед стеганографией.

Графическая и звуковая информация представляются в числовом виде. Так, в графических объектах наименьший элемент изображения может кодироваться одним байтом. В младшие разряды определенных байтов изображения в соответствии с алгоритмом криптографического преобразования помещаются биты скрытого файла. Если правильно подобрать алгоритм преобразования и изображение, на фоне которого помещается скрытый файл, то человеческому глазу практически невозможно отличить полученное изображение от исходного. С помощью средств стеганографии могут маскироваться текст, изображение, речь, цифровая подпись, зашифрованное сообщение.

Скрытый файл также может быть зашифрован. Если кто-то случайно обнаружит скрытый файл, то зашифрованная информация будет воспринята как сбой в работе системы. Комплексное использование стеганографии и шифрования многократно повышает сложность решения задачи обнаружения и раскрытия конфиденциальной информации.

1. Содержанием процесса кодирование информации является замена исходного смысла сообщения (слов, предложений) кодами. В качестве кодов могут использоваться сочетания букв, цифр, знаков. При кодировании и обратном преобразовании используются специальные таблицы или словари. В информационных сетях кодирование исходного сообщения (или сигнала) программно-аппаратными средствами применяется для повышения достоверности передаваемой информации.

Часто кодирование и шифрование ошибочно принимают за одно и тоже, забыв о том, что для восстановления закодированного сообщения, достаточно знать правило замены, в то время как для расшифровки сообщения помимо знания правил шифрования, требуется ключ к шифру.

1. Сжатие информации может быть отнесено к методам криптографического преобразования информации с определенными оговорками. Целью сжатия является сокращение объема информации. В то же время сжатая информация не может быть прочитана или использована без обратного преобразования. Учитывая доступность средств сжатия и обратного преобразования, эти методы нельзя рассматривать как надежные средства криптографического преобразования информации. Даже если держать в секрете алгоритмы, то они могут быть сравнительно легко раскрыты статистическими методами обработки. Поэтому сжатые файлы конфиденциальной информации подвергаются последующему шифрованию. Для сокращения времени передачи данных целесообразно совмещать процесс