Техники за симетрично криптиране

Симетричното криптиране е техника, където един и същи ключ се използва за криптиране и декриптиране на данните. Шифърът на Цезар е една от най-простите техники за симетрично криптиране и разбира се, една от най-лесните за разбиване.

Оттогава криптографите са изобретили много други техники за криптиране, включително тези, които използваме днес, за да криптираме данни като пароли.

Френски криптографи са измислили Шифъра на Виженер в средата на първото десетилетие на XVI век. Шифърът се е считал за изключително силен и авторът Луис Карол дори го е нарекъл "неразбиваем" през 1868 г. Наистина е много по-силен от Шифъра на Цезар, но както можем да видим, със сигурност може да бъде разбит.

Шифърът на Виженер използва цяла дума като ключ за изместване за разлика от Шифъра на Цезар, който използва само една-единствена стойност за изместване.

Представи си, че искаме да криптираме фразата VERSAILLES и използваме за ключ за изместване CHEESE.

Първо ще трябва да повторим ключа за изместване, за да се изравни с всяка буква от фразата:

Сега заместваме всяка буква от оригиналния текст според таблицата на Виженер:

За първата буква "V" избираме реда, който започва с "V". След това, тъй като отговарящата буква от ключа за изместване е "C", се местим към колоната, която започва с буквата "C". Буквата, където се засичат редът "V" и колоната "C", е "X". Затова криптираме "V" като "X".

Буквата, където се засича редът "E" с колоната "H", е "L", така че криптираме "E" като "L".

Ако продължим по същия начин, ще получим криптирания текст "XLVWSMNSIW".

Представи си, че сме получили криптираното съобщение "NVYZJI" от наш съюзник и знаем, че е използвал Шифъра на Виженер с ключ за изместване "CHEESE".

Отново подравняваме криптираното съобщение с ключа за изместване.

Сега можем да извършим обратно заместване според таблицата:

Първо избираме реда на първата буква от ключа за изместване "C". След това продължаваме по този ред, докато намерим първата криптирана буква "N". Веднъж щом сме открили "N", поглеждаме да намерим заглавието на колоната: "L". Така декриптираме "N" като "L".

За следващата буква избираме реда "H" и намираме "V" на този ред. След това поглеждаме заглавието на тази колона и виждаме, че е "O".

Ако направим това за всяка буква от ключа за изместване и криптираното съобщение, ще декриптираме фразата като "LOUVRE".

Шифърът на Виженер е вид многобуквен шифър и е по-труден за разбиване от Шифъра на Цезар, заради това, че използва цяла дума за изместване.

Ако някой е прихванал съобщението и няма идея каква е думата, използвана за ключ за изместване, а иска да използва груба сила, за да разбие кода, ще трябва да пробва всички възможни съществуващи в света думи, а вероятно дори и измислени! За обикновен смъртен човек това може да отнеме цял един живот. Това е много повече работа, отколкото разбиването на Шифъра на Цезар с груба сила, където трябва да се пробват само 26 различни стойности за изместване.

Ами анализ на честотата? Дали съобщения, криптирани с Шифъра на Виженер, имат специален шаблон при разпределянето на буквите им?

Пробвай ти! Криптирай съобщението по-надолу и ще видиш анализ на честотата за оригиналното съобщение и за криптираното съобщение.

Забележи, че анализът на честотата на оригиналното съобщение е точно каквото бихме очаквали за съобщение на английски език: "E" е най-често срещаната буква и има много вариации за честотата на буквите.

Честотите в криптираното съобщение са много близки една до друга. Не можем да идентифицираме възможно "E", тъй като буквата "E" се криптира като различни букви на различни места в съобщението.

В началото на XIX век хората най-накрая са измислили различни начини да използват анализ на честотата, за да разбият шифъра. Например в дълги съобщения кратка дума като "THE" може да бъде криптирана като същите три букви няколко пъти (а не само веднъж) и това разкрива възможни дължини на ключа за изместване.

Сега, когато имаме мощни компютри, Шифърът на Виженер е сравнително лесен за дешифриране, тъй като компютър може бързо да тества милиони думи и може лесно да открие изтеклата информация в анализа на честотата.

В ерата на компютрите шифрите не могат да са просто трудни за разбиване от изобретателни хора, те трябва да са трудни и за разбиване от компютри, които могат да извършват милиарди изчисления на секунда.

За щастие, криптографите са изобретили техники за криптиране, които са сигурни в дигиталния свят, и продължават да ги усъвършенстват всяка година.

Един от най-честите стандарти за криптиране е AES-128, блоков шифър, одобрен от федералното правителство и използван често за сигурен пренос на файлове.

Какво го прави толкова сигурен?

Една от причините е, че всеки ключ е винаги дълъг 128 бита. Което означава, че има $2^{128}$‍ възможни ключа. Това е толкова:

Еха! Но чакай, има и още, AES шифърът изисква използването на поредица от 10 математически операции за всеки бит от ключа. Умножи числото горе по 10 и това е броят калкулации, които компютърът ще трябва да направи.

Най-бързият компютър може да изчислява около $145\times {10}^{15}$‍ операции в секунда. Това е толкова:

На най-бързия компютър все пак ще му отнеме 500 милиарда години, за да опита всеки възможен 128-битов ключ!

Ами анализ на честотата? Няма да сработи. AES шифърът не разкрива никаква информация за оригиналния текст, заради мнгоостъпковата поредица на операциите по блокове от битове.

AES шифрите и други модерни шифри може да не останат сигурни завинаги. Изследователите на сигурността прекарват времето си, като се опитват да намерят умни начини да разбият шифри и представят откритията си в блогове и на конференции.

Изследванията в областта на криптографията се извършват открито с надеждата, че широката публика ще открие възможен пробив в сигурността преди злонамерен кибер престъпник да открие такъв.

🙋🏽🙋🏻‍♀️🙋🏿‍♂️Имаш ли въпроси по тази тема? С радост ще ти отговорим—просто задай въпроса си по-долу!