Криптоанализ шифра — это поиск методов дешифровки зашифрованной информации без предназначенного для этого ключа.
Введение
Сегодня известно большое количество методик шифрования. В основном данные методы подразделяются на симметричные и асимметричные методы, однако уровень секретности информации основан не на тайном алгоритме, а на том, что ключ шифрования есть только у доверенных лиц. Ключ является важнейшим компонентом шифра, который отвечает за определение преобразования, используемого для шифровки конкретного сообщения. В современной действительности криптография обладает множеством разных применений, а именно, для трансляции информации, также она используется в сотовой связи, платном цифровом телевидении, при подключении к Wi-Fi и на транспорте для защиты билетов от подделок, и в банковских операциях, для электронного документооборота.
Одним из обязательных этапов формирования шифра является исследование его уязвимостей к разным известным атакам, то есть, криптоанализ.
Криптоанализ шифра
Прежде чем выполнять шифрование, следует осуществить анализ необходимости шифрования данных. Современные криптографические системы предоставляют возможность расшифровки информации по разным типам алгоритмов буквально мгновенно. Уровень развития информационных технологий может предложить высокий уровень шифрования, но одновременно и процессы дешифрования так же постоянно совершенствуются.
Даже при наличии определенной защищенности каналов связи, информацию могут перехватить злоумышленники прямо на принимающем устройстве. А далее, если информация не является зашифрованной должным образом, то ее могут расшифровать злоумышленники и нанести вред определенному объекту.
Передовые алгоритмы шифрования формируются таким образом, чтобы аналитики имели очень мало шансов определить секретный ключ, при помощи которого была выполнена шифровка данных. Любую систему шифрования, кроме абсолютно криптостойкой, можно взломать при помощи простого перебора всех вероятных ключей. Но выполнять такой перебор нужно будет до тех пор, пока не будет найден тот единственный ключ, который способен расшифровать сообщение. То есть, следует осуществить перебор n! ключей, однако все равно является сложным определить необходимый текст.
Невозможность взлома полным перебором абсолютно криптостойкого шифра так же базируется на необходимости найти в расшифрованном сообщении именно тот текст, который был зашифрован в криптограмме. Перебирая все вероятные ключи и используя их в абсолютно стойкой системе, криптоаналитик может получить большое количество различных возможных сообщений, которые могли быть зашифрованы (в них могут находиться и осмысленные сообщения).
Любые методы взлома шифра простой однобуквенной замены основаны на том обстоятельстве, что с точностью до переобозначений частотные характеристики m-грамм шифрованного и открытого текста являются одинаковыми. Причем, как правило, могут использоваться априорные частотные характеристики предполагаемого открытого текста. Подобные характеристики считаются более рельефными для литературного текста. Чем менее рельефным является распределение символов текста, тем более сложной будет задача вскрытия шифра простой замены.
Алгоритм взлома простой замены по тексту криптограммы является достаточно тяжело формализуемым. При любых попытках формализации может быть потерян какой-либо важный нюанс. По этой причине можно указать только главные идеи, которые лежат в основе подобного алгоритма. А именно, это подсчет частот встречаемости шифровальных обозначений, а также отдельных их сочетаний, к примеру, биграмм и триграмм подряд следующих знаков; выявление шифровальных обозначений, которые заменяют гласные и согласные буквы; формирование гипотез о значениях шифровальных обозначений и их проверка.
Когда длина текста является достаточно большой, то выявленные на первом этапе частоты могут оказаться близкими к табулированным значениям частот знаков. Отличным критерием может считаться читаемость восстанавливаемого открытого текста. При выполнении проверки гипотез о значениях шифровальных обозначений может быть полезным поиск в шифрованном тексте слов с характерной структурой, которые могут часто встречаться в открытом тексте.
Если при помощи указанных выше соображений произведено несколько идентификаций шифровальных обозначений, то последующая работа по взлому текста криптограммы не должна представлять особого труда. Тем не менее, когда известно, что применялся аффинный шифр, то известен критерий, который основан на близости матрицы биграмм данного текста t эталонной матрице биграмм открытого текста:
△(t) = (ДЧ(Г))п.п
Здесь n является числом букв алфавита.
Рассмотрим криптоанализ шифрованного текста. Для того чтобы с наибольшей точностью подобрать ключа шифрованного текста, следует проанализировать частотные характеристики данного текста и выполнить сравнение их со статистическими характеристиками русских букв в текстах.
Для этого следует отсортировать по убыванию частоты букв статистики и шифрованного текста и сопоставить их в качестве начального ключа. Такой метод может позволить точно расшифровать от двух до четырех символов исходного текста, что явно не хватит для полной расшифровки. По этой причине требуется дополнительный алгоритм, который состоит в получении биграмм шифрованного текста и сопоставления их с биграммами открытого литературного текста. А после этого необходимо произвести подсчет меры совпадения биграмм шифрованного текста с биграммами открытого текста путем перестановки символом в ключе между собой.
Для поиска ключа может использоваться перестановка в нем соседних символов, через один символ, через два символа, через пять символов. После того как осуществлена одна из перестановок, следует выбрать наименьшую меру, после которой следует выполнить поиск остальными методами до получения наименьшей меры.
