Основы классической криптологии. Секреты шифров и кодов

Конечно же, при разработке шифров специалисты стремятся добиться как можно большего уровня его стойкости и продлить время его использования. Это необходимо в первую очередь для того, чтобы тот или иной шифр можно было использовать для шифрования как можно большего количества сообщений. Однако может возникнуть ситуация, когда незаконный пользователь уже вскрыл шифр, читает все секретные сообщения. При этом законный пользователь может о вскрытии шифра даже и не догадываться.

Поэтому криптографы придумали сменный элемент шифра, который назвали криптографическим ключом. Его значение примерно такое же, как и у обычного ключа от замка двери или сейфа.

Так, например, если кто-нибудь захочет проникнуть в чужую квартиру, то ему для того чтобы открыть замок, надо во-первых, знать принцип устройства замка, а во-вторых, подобрать ключ. В этом примере замок условно можно сравнить со способом шифрования, то есть с шифром. Незваный гость может разгадать устройство и принцип действия замка, а незаконный пользователь может взломать шифр. Но для того чтобы попасть в квартиру, чужаку потребуется еще и подобрать ключ. Точно так же для расшифровки конкретного секретного сообщения незаконный пользователь должен знать ключ использованный для шифровки данного сообщения с помощью этого шифра. Конечно, предлагаемое разъяснение применимо только в том случае, если шифр подразумевает использование ключей.

Возможно, вору удалось открыть замок с помощью подобранного ключа. Однако это не означает, что он сможет постоянно посещать эту квартиру. Хозяин квартиры может сменить или весь замок, или только лишь соответствующий элемент замка вместе с ключом, не меняя весь замок. Конечно же, выгоднее заменить в замке лишь одну деталь, чтобы избежать лишних затрат на покупку нового замка. Кстати, в большинстве замков такой внутренний элемент, заменяемый при смене ключей, называют личинкой.

Аналогичную операцию можно провести и с шифром. После его вскрытия законный пользователь имеет две возможности. Или заменить полностью шифр, или же заменить только ключ. Следует отметить, что чаще всего второй путь не менее эффективен, чем первый, хотя значительно проще и дешевле. Даже если незаконный пользователь понял способ шифрования и подобрал ключ для чтения определенного сообщения, шифр можно применять еще долгое время, периодически меняя ключи.

Итак, криптографический ключ — это специальный сменный элемент шифра который применяется для шифрования конкретного сообщения.

Разнообразные ключи в шифрах применяются с глубокой древности. Более подробно о них будет рассказано в соответствующей главе. Однако пока отметим, что в древнегреческом шифре «Сцитала» ключом являлся диаметр соответствующей палочки, в шифре Цезаря — цифра определяющая перемещение букв криптограммы относительно букв открытого текста а в шифре Виженера — какое-либо слово или фраза.

Принцип, способ шифрования или, например, сам шифр могут стать известными незаконному пользователю. В его руки может попасть даже шифровальная машина как, например, в истории с немецкой машиной «Энигма», попавшей во время Второй мировой войны к англичанам. Однако этого будет, скорее всего, недостаточно для того, чтобы незаконный пользователь получил возможность читать все секретные сообщения, зашифрованные с помощью этого шифра или шифровальной машины. Достаточно заменить ключ, от которого существенно зависят применяемые преобразования информации, и все усилия противника будут безрезультатны до тех пор, пока ему не станет известен новый ключ.

Теперь законные пользователи, прежде чем обмениваться шифрованными сообщениями, должны втайне от незаконных пользователей обменяться ключами или же заранее установить одинаковый ключ на обоих концах системы связи. При этом в любой момент по взаимной договоренности ключ шифра может быть заменен. А у незаконных пользователей периодически появляется новая забота — после смены ключа необходимо его определять, чтобы читать зашифрованные с помощью нового ключа сообщения.

Можно утверждать, что безопасность информации, защищаемой с помощью какого-либо шифра, в первую очередь определяется ключом этого шифра, поскольку без знания этого ключа невозможно получение открытого текста и извлечение истинного смысла сообщения. Поэтому в настоящее время криптографические ключи являются важнейшим элементом шифра, значимость которого сопоставима лишь с самим шифром. Естественно, изготавливаются и хранятся криптографические ключи куда более тщательна чем стальные аналоги. За их разработку отвечают специальные криптографические службы.

При выборе ключа не следует забывать о том, что существуют два простейших метода вскрытия шифра.