2.12. Рождение «открытых» ключей

Клод Элвуд ШеннонНаучная основа криптологии была серьёзно расширена 2-мя научными работами, написанными сразу после завершения Второй Мировой войны:
- «Теория связи в секретных системах» (англ. Communication Theory of Secrecy Systems) американского инженера Claude Elwood Shannon;
- «Основные положения автоматической шифрования» советского учёного Владимира Александровича Котельникова.
Эти работы развеяли ореол таинственности, покров загадочности и все мифы, связанные с криптологией.Владимир Александрович Котельников

В 1941-м Claude Elwood Shannon трудоустроился в математическое отделение научно-исследовательской компании «Bell Laboratories» (Лаборатории Бэлла), сосредоточенной, в основном, на решении проблем организации военной связи и создания криптосистем. Напряжённый труд в этой области в период Второй Мировой войны принёс серьёзные результаты уже после её завершения.Обложка статьи 'Математическая теория связи'

В 1948-м он обнародовал свою эпохальную статью «Математическая теория связи (англ. A mathematical theory of communication). Целью этой статьи было решение проблемы улучшения передачи данных телеграфными или телефонными каналами, находящихся под влиянием электрических помех. В процессе решения этой проблемы Claude Elwood Shannon написал действительно революционную работу, которая стала отправной точкой отдельной науки, названной «теорией информации».

Следующую эпохальную работу «Теория связи в секретных системах» Claude Elwood Shannon обнародовал почти одновременно с рождением «теориии информации» в 1949-м. Однако у неё не было такого же широкого резонанса, т.к. она опередила своё время на много лет. Хотя данный труд предствлял собой несколько переработанный отчёт, составленный Claude Elwood Shannon ещё в 1945-м.Обложка статьи 'Теория связи в секретных системах'

Всемирная важность этой работы заключается в том, что отныне вся криптоистория от каменного века до современности была разделена на две части: до 1949-го, когда «тайнопись» относилась к шаманству, оккультизму и видам искусства, и после 1949-го, когда криптологию признали как полноценную прикладную науку на основе фундаментальной математики.

Claude Elwood Shannon смог доказать, что найденный в 1917-м способ шифрования с использованием гаммирования (гамма - случайная комбинация чисел) и одноразового шифроблокнота оказался единственной абсолютно стойкой криптосистемой с учётом того, что длительность ключевой последовательности равна длительности открытого текста (шифр Вернама). В своём труде учёный обозначил 2 главных принципа, используемых в шифре: рассеивания и перемешивания. Процесс рассеивания означает распространённое влияние 1-го символа открытого текста (или  1-го ключевого символа) на большинство знаков шифротекста, что позволяет исказить частотно-буквенную статистику текста и поэтому затруднить процесс восстановления ключа. Клод Элвуд Шеннон

Процесс перемешивания - это применение таких шифровальных преобразований, которые затрудняют процесс восстановления взаимосвязей открытого текста и шифротекста. Основная его идея состояла из суперпозиции несложных шифров, реализующих процессы рассеивания и перемешивания, каждый из которых усложнял дешифровку, и в сочетании получалась довольно стойкая криптосистема.

Подобную суперпозицию стали именовать как составленный шифр. Практически составленные шифры используют перестановку (смешивание знаков открытого текста) и подстановку (замену знака или группы знаков другим знаком того же алфавита), при этом лишь секретный ключ определяет конкретный криптоалгоритм.

Основной результат упомянутого труда заключается в том, что Claude Elwood Shannon был введён термин криптостойкости и показан шифр с абсолютной секретностью. Как говорилось ранее, таким может быть и шифр Виженера, но только в том случае, если используется бесконечно длинное ключевое слово и случайное распределение знаков в нём.

Естественно, практически реализовать такой шифр (бесконечную случайную ленту) невозможно (просто экономически невыгодно), поэтому, как правило, рассматривается практическая стойкость шифра, измеряемая количеством операций, необходимых для его раскрытия. Такой оценкой в сравнению с оценкой по времени сейчас пользуются чаще всего, поскольку из-за стремительного компьютерного развития временная оценка стала не совсем корректной. Схема потокового шифрования

Основное количество криптосистем является только теоретически стойкими, так как криптоаналитики, получив в своё распоряжение весь шифротекст, мощные ЭВМ и много времени, смогут его расшифровывать. Применение одноразового шифроблокнота действительно даёт абсолютную стойкость как теоретически, так и практически. Ни наличие большой длины перехваченного шифротекста, ни наличие сколько угодно времени на его изучение, не дадут криптоаналитикам возможности для раскрытия одноразового шифроблокнота, использованного для шифрования текста.

Ведь у криптоаналитиков отсутствует отправная точка для изучений, поскольку гамма не имеет повторов, не применяется два раза, не представляет собой связной текст и не обладает структурными закономерностями. Поэтому криптоанализу не поддаётся. Возможен лишь прямой перебор всевозможных ключевых вариантов, который теоретически может дать открытый текст. Но тотальные исследования, которые реально могут привести к исходному тексту, также могут дать и много других подобных текстов такой же длительности.

До сих пор для защиты секретной государственной информации, военных и дипломатических тайн государственные организации и, в первую очередь, спецслужбы применяли только симметричное шифрование. Симметричная криптосистема - это шифрование данных секрет-ным, ключом, когда только он один используется как для зашифровывания, так и для расшифрования информации.

Схема симметричной криптологии

Преимущества такой криптологии заключаются в большой производительности криптоалгоритмов и высокой криптостойкости, что приводит к практической невозможности дешифрования. Также симметричные криптосистемы монополизированы органами государства и нуждаются в значительном финансовом обеспечении. Её использование требует надёжных механизмов обеспечения каждого абонента ключами и изготовление их больших количествах. Самое важное условие для симметричной криптосистемы - это обеспечение секретности ключа и системы его безопасной и гарантированной передачи абонентам, чтобы он не оказался в «чужих руках». Мартин Хеллман и Уитфилд Диффи

Эту проблему безопасного обеспечения ключами теоретически решили в 1976-м молодые американцы Bailey Whitfield Diffie и Martin E. Hellman. Ими была опубликована статья «Новые направления в криптографии» (англ. New Directions in Cryptography), которая была поистине революционной в криптологическом сообществе.

Ими была предложена абсолютно новая криптологическая концепция: криптосистема с открытым ключом. Это было действительно революцией в сознании криптологов всего мира, однозначно своевременной и прогрессивной. Ведь единственная в то время система шифрования с секретным ключом - симметричная - больше не могла соответствовать новым требованиям, которые были вызваны новыми методами передачи данных и появлением сети Интернет.

Согласно мирового опыта серьёзное научное открытие всегда делается одновременно несколькими учёными разных стран мира (см. п.1.7). Так, в 1997-м все узнали, что криптологи Центра правительственной связи (англ. Government Communications Headquarters) Великобритании (далее - ЦПС) открыли основной принцип криптосистемы с открытым ключом на пару лет ранее, чем молодые американские учёные...

Схема асимметричной криптологии

Чтобы прочитать полностью, напишите автору

 

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Книга | Автор | Статьи | Фильмы | Фото | Ссылки | Отзывы

Контакт | Студентам | Ветеранам | Астрология | Карта сайта



Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика