Невзламываемый шифр

Невзламываемый шифр

Невзламываемый шифр (шифр Вернама) – в криптографии целый класс систем с абсолютной криптографической стойкостью, широко известных под названием «одноразовые блокноты/вкладыши».[1].

Содержание

История создания

Соответствующий принцип был впервые отчетливо сформулирован американским ученым Гилбертом Вернамом примерно в 1917. Вернам занимался разработкой криптографических методов для использования в телетайпных машинах. В этой связи он предложил комбинировать открытый текст, представленный в виде отверстий в бумажной перфоленте, с данными, нанесенными на другую перфоленту и являющимися ключом к шифру. Ключ должен был состоять из отверстий, перфорированных в ленте случайным образом. Комбинация этих двух лент и составляла шифротекст.[2]

Описание

В оригинале, для получения шифротекста открытый текст объединяется операцией «исключающее ИЛИ» с ключом (называемым одноразовым блокнотом или шифроблокнотом). При этом ключ должен обладать тремя критически важными свойствами:

  1. быть истинно случайным;
  2. совпадать по размеру с заданным открытым текстом;
  3. применяться только один раз.

Возможно объединять не только биты сообщения с битами ключа, но и, например, буквы. Идею Вернама можно проиллюстрировать с привлечением шифра Виженера. Ключ для этого шифра, по мысли Вернама, должен был представлять собой случайную последовательность букв.

Ключ EVTIQWXQVVOPMCXREPYZ
Открытый текст ALLSWELLTHATENDSWELL
Шифротекст EGEAMAIBOCOIQPAJATJK
Шифрограмма EGEAM AIBOC OIQPA JATJK

Без знания ключа такое сообщение не поддается анализу. Даже если бы можно было перепробовать все ключи, в качестве результата мы получили бы все возможные сообщения данной длины плюс колоссальное количество бессмысленных дешифровок, выглядящих как беспорядочное нагромождение букв. Но и среди осмысленных дешифровок не было бы никакой возможности выбрать искомую. Когда случайная последовательность (ключ) сочетается с неслучайной (открытым текстом), результат этого (шифротекст) оказывается совершенно случайным и, следовательно, лишённым тех статистических особенностей, которые могли бы быть использованы для анализа шифра.[1]

Область применения

Примерный вид страницы шифроблокнота

На практике можно один раз физически передать носитель информации с длинным истинно случайным ключом, а потом по мере необходимости пересылать сообщения. На этом основана идея шифроблокнотов: шифровальщик при личной встрече снабжается блокнотом, каждая страница которого содержит ключ. Такой же блокнот есть и у принимающей стороны. Использованные страницы уничтожаются.

Кроме того, если есть два независимых канала, в каждом из которых вероятность перехвата низка, но отлична от нуля, шифр Вернама также полезен: по одному каналу можно передать зашифрованное сообщение, по другому — ключ. Для того чтобы расшифровать сообщение, перехватчик должен прослушивать оба канала.

Шифр Вернама может применяться, если есть односторонний защищённый канал: ключ передаётся в одну сторону под защитой канала, сообщения в другую сторону защищаются ключом.

Не является шифром Вернама, но близка к нему схема одноразовых кодов: например, кодовое слово «Альфа» означает «Возвращаюсь».

Достоинства метода

В 1949 году Клод Шеннон опубликовал работу, в которой доказал абсолютную стойкость шифра Вернама. Это по сути означает, что шифр Вернама является самой безопасной криптосистемой из всех возможных. При этом требования к реализации подобной схемы достаточно нетривиальны, поскольку необходимо обеспечить наложение уникальной гаммы, равной длине сообщения, с последующим её гарантированным уничтожением. В связи с этим коммерческое применение шифра Вернама не так распространено в отличие от схем с открытым ключом и он используется, в основном, для передачи сообщений особой важности государственными структурами.

Другое преимущество состоит в том, что ключ может быть распространён заранее, а также по более медленным и надёжным каналам связи, после чего шифрограмму можно совершенно безбоязненно пересылать по обычным каналам. В результате появления микропроцессоров и дискет для хранения и распространения компьютерных данных практическая значимость «одноразовых» шифров возросла, потому что порождение и сверка относительно большого числа ключей может теперь производиться автоматически.[3]

Недостатки метода

Получение «случайного» ключа – процесс весьма непростой. С помощью математических алгоритмов можно получать последовательности, обладающие многими свойствами, которые присущи «случайности»; однако эти последовательности не являются истинно случайными. Ещё одной проблемой, связанной с использованием шифров «одноразового вкладыша», является то, что под рукой всегда необходимо иметь достаточное количество ключей, которые могут понадобиться в дальнейшем для шифрования больших объёмов открытого текста. Реальный же объём текста зачастую трудно оценить заранее, в особенности это касается дипломатической и военной сферы, где ситуация способна меняться быстро и непредсказуемо. Это может приводить к нехватке ключей, что может заставить шифровальщика либо использовать ключ(и) повторно, либо полностью прервать шифрованную связь.[3]

  • Для работы шифра Вернама необходима истинно случайная последовательность нулей и единиц (ключ). По определению, последовательность, полученная с использованием любого алгоритма, является не истинно случайной, а псевдослучайной. То есть, нужно получить случайную последовательность неалгоритмически (например, используя распад ядер, создаваемый электронным генератором белый шум или другие достаточно случайные события).
  • Проблемой является тайная передача последовательности и сохранение её в тайне. Если существует надёжно защищённый от перехвата канал передачи сообщений, шифры вообще не нужны: секретные сообщения можно передавать по этому каналу.
  • Возможны проблемы с надёжным уничтожением использованной страницы. Этому подвержены как бумажные страницы блокнота, так и современные электронные реализации с использованием компакт-дисков или флэш-памяти.
  • Если третья сторона каким-нибудь образом узнает сообщение, она легко восстановит ключ и сможет подменить послание на другое такой же длины.
  • Шифр Вернама чувствителен к любому нарушению процедуры шифрования.

Применимость метода

Лёгкость порождения ключа – решающий фактор в том, что касается практической применимости шифров типа «одноразовых вкладышей». Ведь ключ должен быть точно такой же длины, что и шифруемое сообщение. Более того, никакой ключ нельзя использовать повторно, потому что данный факт часто может быть обнаружен с помощью статистических тестов и тогда те куски сообщения (или сообщений), в которых был использован тот же самый ключ, будут расшифрованы. То обстоятельство, что ключ может быть использован только один раз, и определяет «одноразовость» таких шифров. Прежде чем пересылать невзламываемую шифрограмму, необходимо передать получателю копию ключа. Поскольку ключ имеет ту же длину, что и открытый текст, одна проблема (надёжно засекреченная передача сообщения) оказывается просто замененной на другую такую же (надёжно засекреченное распространение ключа).[4]

Шифр Вернама в искусстве

Примечания

  1. ↑ 1 2 Криптография
  2. ↑ «Невзламывамый» шифр
  3. ↑ 1 2 Алферов А.П., Зубов А.Ю., Кузьмин А.С., Черемушкин А.В. Основы криптографии. М., 2000
  4. ↑ Жельников В. Криптография: от папируса до компьютера. М., 1997

Ссылки

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу

Полезное


Смотреть что такое "Невзламываемый шифр" в других словарях:

  • одноразовый блокнот — шифр Вернама Шифрование секретным ключом, где ключ является действительно случайной последовательностью битов, равной по длине шифруемому сообщению. Шифрование выполняется комбинированием ключа и сообщения по правилу XOR (exclusive OR); это… …   Справочник технического переводчика


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
… Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»