Шифр вертикальной перестановки — это способ симметричного шифрования, в котором компоненты исходного открытого текста меняются местами.
Общие сведения о шифрах и шифровании
Наука, занимающаяся проблемами, связанными с обеспечением безопасности систем связи с помощью методов шифровки сообщений, именуется криптологией. Эта наука занимается исследованиями по следующим основным направлениям:
- Криптография.
- Криптографический анализ.
Криптография выступает как наука о создании безопасных методик связи, а также о разработке устойчивых к взломам шифров. Эта наука занимается разработкой математических методологий, связанных с информационными преобразованиями.
Криптографический анализ – это раздел, который посвящен изучению возможности прочитать сообщение без использования ключа шифрования, то есть, по сути, он является разделом, связанным непосредственно с взломом шифров. Специалистов, занимающихся криптографическим анализом и изучением шифров, называют криптоаналитиками.
Шифр может считаться набором обратимых преобразований значительного количества открытых текстов, которые являются исходными сообщениями, на большое число шифрованных текстов, образованных для их защиты. Практический вид преобразований определяется ключом шифрования.
Шифрованием считается процесс применения специального шифра к открытому тексту. Дешифрованием может считаться процесс обратных применений шифра к зашифрованным текстам. Необходимо подчеркнуть, что дешифрованием является также попытка прочитать зашифрованный текст, без обладания ключом шифрования, то есть, фактически это может считаться взломом зашифрованного текста или шифра.
Под криптографической системой следует понимать семейство преобразований шифра и совокупность ключей, то есть, совокупность алгоритма и ключей шифрования. Сам по себе представленный алгоритм не может считаться криптосистемой, так как только дополненный схемами распределения и управления ключами он способен превратиться в систему.
Шифр вертикальной перестановки
Точных данных о времени возникновения шифра перестановки не существует. Одним из древнейших известных сегодня шифровальных устройств является устройство, именуемое Скитала. Достоверно известно, что система Скитала была использована в войне Спарты против Афин в конце пятого века до нашей эры.
Известно, что при выполнении шифрования и дешифрования методом шифра простой перестановки должна использоваться следующая таблица перестановок.
Рисунок 1. Таблица. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Первая строка является позицией символа в открытом тексте, вторая строка является позицией в шифрограмме. Это означает, что при длине сообщения n {\displaystyle n} символов, может существовать ровно n ! {\displaystyle n!\ } ключей.
Широко известными являются так называемые маршрутные перестановки, которые используют определенную геометрическую фигуру (плоскую или объемную). Преобразования заключаются в том, что отрезок открытого текста следует записать в такую фигуру по определенной траектории, а выписать по другой траектории.
Самым большим распространением обладают маршрутные шифры перестановки, которые основаны на прямоугольниках (таблицах). К примеру, сообщение может быть записано в прямоугольную таблицу по определенному маршруту, а именно, по горизонтали, начиная с верхнего левого угла, поочередно слева направо.
Широким распространением обладает также разновидность маршрутной перестановки, которая называется вертикальной перестановкой. В данном шифре тоже применяется прямоугольная таблица, в которую сообщение должно быть записано по строкам слева направо. Следует выписывать шифрограмму по вертикалям, причем столбцы должны выбираться в порядке, задаваемом ключом.
Рассмотрим пример использования маршрутной перестановки. Имеется следующий ключ: (3, 1, 4, 2, 5).
Имеется следующий открытый текст:
Рисунок 2. Текст. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Криптограмма имеет следующий вид:
рмупткмрнрнпррйсвиатеаиешоео
Заносить в последнюю строку таблицы «нерабочие» символы считается нецелесообразным, поскольку криптоаналитики, которые получат для расшифровки эту криптограмму, сразу получают информацию о длине числового ключа.
Шифр «поворотная решетка» или шифр Джероламо Кардано изначально представлял собой трафарет, имеющий отверстия, в которые нужно было записывать символы, слоги или слова сообщения. Далее трафарет нужно было убрать, а свободные места заполнить более или менее осмысленным текстовым содержанием. Данный метод засекречивания информации можно отнести к стеганографии.
Позже появился шифр «поворотная решетка», который стал первым транспозиционным (геометрическим) шифром. Невзирая на то, что имеет место значительная разница между изначальным предложением Кардано и шифром «поворотная решетка», способы шифрования, которые основаны на трафаретах, принято именовать «решетками Кардано».
Для того чтобы выполнить шифрование и дешифрование при помощи этого шифра, следует изготовить трафарет с вырезанными ячейками. Если наложить трафарет на таблицу того же размера четырьмя возможными методами, то его вырезы обязаны покрывать все клетки таблицы строго по одному разу.
При осуществлении шифрования следует трафарет наложить на таблицу. В видимые ячейки по заданному маршруту необходимо вписать символы открытого текста. Затем трафарет необходимо перевернуть три раза, причем каждый раз нужно проделывать и операцию заполнения. Шифрограмму следует выписать из получившейся таблицы по заданному маршруту, а ключом будет трафарет, маршрут вписывания и очередность поворотов.
