Šifry, šifrování...

Šifrování neboli kryptografie se používá k utajování smyslu zpráv převodem do podoby, která je rozluštitelná-čitelná pomocí speciální znalosti.

S vývojem civilizace se vyvýjela i kryptografie. Schopnost rozluštit zašifrovanou zpávu mnohokrát ovlivnila chod dějin.

Šifry a šifrování



Téma kurzu: Co je to Kryptografie, k čemu slouží, jak se používá.


Cíle

Cílem je seznámit studujícího s pojmem kryptografie, popsat způsoby a naučit studující pomocí různých dostupných metod základům šifrování zpráv.

 

 

Určení

Kurz je určen pro žáky základních škol 5-9 ročníku. Předpokládají se základní znalosti metod šifrování.


Osnova
Lekce 1
1.1 Kryptografie
1.2 Základní pojmy
1.3 Historie
1.4 Substituční šifra
1.5 Posun písmen
1.6 Kontrolní test č. 1

Lekce 2
2.1 Tabulka záměny
2.2 Aditivní šifry
2.3 Vernamova šifra
2.4 Transpozice
2.5 Jednoduchá sloupcová transpozice
2.6 Kombinované šifry
2.7 Šifrování strojem
2.8 Současnost
2.9 Kontrolní test č. 2




Lekce 1

1.1 Kryptografie
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

Kryptografie neboli šifrování je nauka o metodách utajování smyslu zpráv převodem do podoby, která je čitelná jen se speciální znalostí. Slovo kryptografie pochází z řečtiny – kryptós je skrytý a gráphein znamená psát. Někdy je pojem obecněji používán pro vědu o čemkoli spojeném se šiframi jako alternativa k pojmu kryptologie. Kryptologie zahrnuje kryptografii a kryptoanalýzu, neboli luštění zašifrovaných zpráv.

 

 

Kryptografie se po staletí vyvíjela k větší složitosti zároveň s lidskou civilizací a mnohokrát ovlivnila běh dějin. Zejména utajení či vyzrazení strategických vojenských informací mělo a může mít zásadní vliv. Ale také prozrazení politických intrik, přípravy atentátů, to vše může úzce záviset na bezpečném přenosu informací a na schopnostech protivníka šifru rozbít.

 

1.2 Základní pojmy

Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

Slovem šifra nebo šifrování budeme označovat kryptografický algoritmus, který převádí čitelnou zprávu neboli prostý text na její nečitelnou podobu neboli šifrový text.

Klíč se rozumí tajná informace, bez níž nelze šifrový text přečíst. Používají se dva druhy forem šifrování a to pomocí symetrické šifry, která pro šifrování i dešifrování používá tentýž klíč nebo asymetrické šifry kde se pro šifrování používá veřejný klíč a pro dešifrování soukromý klíč.

 

1.3 Historie

Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

Starší sestrou kryptografie je stenografie neboli ukrývání zprávy jako takové. Sem patří různé neviditelné inkousty, vyrývání zprávy do dřevěné tabulky, která se zalije voskem apod. V moderní době lze tajné texty ukrývat například do souborů s hudbou či obrázky namísto náhodného šumu.

 

Johanes Trithemius (*1.2.1462, † 13.12.1516), klášterní opat, mnohostranný učenec byl známý také jako teoretik kryptografie, steganografie.

 

1.4 Substituční šifra
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

Substituční šifra
se obecně spočívá v nahrazení každého znaku zprávy jiným znakem podle nějakého pravidla. Pravděpodobně nejstarší popis substituční šifry je v Kámasútře, která se datuje do 4. století, ovšem její autor čerpal z pramenů až o 800 let starších.

 

1.5 Posun písmen.
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

Jako první pravděpodobně používal tento druh šifrování Julius Caesar, po kterém je toto šifrování pojmenováno. Každé písmeno tajné zprávy je posunuto v abecedě o pevný počet pozic. Šifra je z dnešního pohledu velmi snadno luštitelná, protože je jen málo možných klíčů. Ve své době ale představovala nevídanou metodu a osvědčila se velmi dobře.

1.6 Kontrolní vědomostní test z lekce 1

 

Před pokračování v další lekci si ověř své znalosti v kontrolním testu.

 

Jdi na kontrolní vědomostní test lekce 1



Lekce 2

2.1 Tabulka záměny
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

Šifrování pomocí tabulky záměny, které je založeno na záměně znaku za jiný bez jakékoli vnitřní souvislosti či na základě znalosti klíče (hesla).

Příklad tabulky záměny, s použítím slova VESLO jako klíče:

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

V

E

S

L

O

A

B

C

D

F

G

H

I

J

K

M

N

P

Q

R

T

U

W

X

Y

Z

nebo

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

V

E

S

L

O

P

Q

R

T

U

W

X

Y

Z

A

B

C

D

F

G

H

I

J

K

M

N



2.2 Aditivní šifry
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

U Vigenèrovy šifry se jedná o speciální případ polyalfabetické šifry. Používá heslo, jehož znaky určují posunutí otevřeného textu a to tak, že otevřený text se rozdělí na bloky znaků dlouhé stejně jako heslo a každý znak se sečte s odpovídajícím znakem hesla. Caesarova šifra je tedy speciálním případ Vigenèrovy šifry s heslem o délce jeden znak. Vigenèrova šifra způsobuje změny pravděpodobnosti rozložení znaků a tím podstatně znemožnuje kryptoanalýzu na základě analýzy četnosti znaků v textu. Luštění je založeno na vyhledávání vzdálenosti bigramových či trigramových dvojic v šifrovém textu a určováním jejich společného dělitele vedoucí k zjištění délky hesla.


Příklad s použítím slova HESLO jako klíče k zašifrování:

otevřený text

S

T

A

S

T

N

E

A

V

E

S

E

L

E

klíč

H

E

S

L

O

H

E

S

L

O

H

E

S

L

šifrový text

A

Y

T

E

I

V

J

T

H

T

A

J

E

Q

 


2.3 Vernamova šifra
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

Vermanova šifra
je anglicky často nazývaná one-time pad, v českém překladu jednorázová tabulková šifra. Jde dosud o jedinou známou šifru, o níž bylo exaktně dokázáno, že je nerozluštitelná. Podobně jako Vigenèrova šifra i tahle spočívá ve sčítání písmen otevřeného textu a hesla, avšak heslo je blok náhodně zvolených dat o stejné velikosti jako je otevřený text. Pokud jsou splněny podmínky zcela náhodného klíče o stejné délce jako zpráva sama (a není použit opakovaně), je tato šifrovací metoda bezpečná. Délka klíče však pro běžné účely použití této metody zpravidla znemožňuje, metoda se používá hlavně pro velice specializované účely, např. tzv. horká linka spojující za dob studené války Moskvu a Washington používala Vernamovu šifru. Dnes se využívá v kombinaci s kvantovou kryptografií.

 


2.4 Transpozice
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

Transpozice neboli přesmyčka spočívá ve změně pořadí znaků podle určitého pravidla. Například tak, že otevřený text je zapsán do tabulky po řádcích a šifrový text vznikne čtením sloupců téže tabulky. Tabulka v níž jsou některá políčka vystřižena a do těchto je vpisován otevřený text. Po zaplnění všech políček je tabulka otočena o 90° a postup se opakuje. Tuto šifru použil slavný spisovatel Jules Verne. Jsou možné i jiné tvary tabulky než čtverec. Například lze použít šestiúhelník se šestiúhelníkovými políčky, který se 5× otáčí o 60°. Klíčem této šifry je rozložení výstříhaných políček. Běžné šifrování i na táborových hrách.

Příklad transpoziční mřížky (horní strana je označena červeně pro snazší orientaci a použití)

 


2.5 Jednoduchá sloupcová transpozice
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.


Funguje na principu přepsání kódovaného textu do tabulky o počtu sloupců, který se rovná počtu písmen v klíčovém slově nebo slovech, a následném přeskupení sloupců na základě znalosti klíče.


2.6 Kombinované šifry
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.


Nevýhody či slabiny jednotlivých šifer je možné alespoň částečně odstranit kombinací šifer. Je však potřeba vzít v úvahu, že kombinací stejných druhů šifer zesložitění luštění nedocílíme.

 

 

2.7 Šifrování strojem
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.


Použití mechanických a elektronických strojů přineslo do šifrování zcela nové možnosti. Zejména proto, že stroje jsou schopny velkého počtu opakování určitého úkonu v krátkém čase. Prvním příkladem šifrování strojem byl systém Enigma. Systém Enigma vymyslelo Německo za druhé světové války, kdy jej používalo k utajování zpráv, který prováděl poměrně složité operace se vstupním textem. Poláci ovšem ještě před vypuknutím války pracovali na prolomení šifry a jejich zjištění byla později nedocenitelná pro spojenecké armády. Šifra byla již během války zlomena a poskytovala tak německé straně pouze falešný pocit bezpečí. Enigma měla původně 3 kolečka, která se otáčela, podobě jako mechanické počítadlo a každé mělo jinak propojené vstupní a výstupní kontakty, tím se měnil průběh proudu a i výsledné písmeno zašifrovaného textu. Později začalo ponorkové námořnictvo používat čtyřrotorové Enigmy.

 


2.8. Současnost
Jdi na začátek. Jdi na osnovu. Jdi na začátek lekce.

V dnešní době kdy jsou již moderní počítače, které pracují s různými druhy algoritmů, je vytváření šifer a jejich kódování na velice vysoké úrovni, kdy prolomení takových to šifer bez potřebné techniky a programů je velice složité.


2.9 Kontrolní vědomostní test z lekce 2

 

Jdi na kontrolní vědomostní test z lekce 2

 

 

 

Nýní, po úspěšném absolvování vědomostního testu z lekce 2 jsi dosáhl/hla cíle tohoto kurzu. Znáš něco z historie a naučil si se základní metody šifrování a pomoci nich pracovat.

Joomla templates by a4joomla