Понятие информации и информатики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

Факультет N4 Факультет вычислительных систем и программирования


ОЦЕНКА

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ









Козенко Сергей Леонидович

должность, уч. степень, звание



подпись, дата



фио



КУРСОВАЯ РАБОТА



ПОНЯТИЯ ИНФОРМАЦИИ И ИНФОРМАТИКИ. КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ



по дисциплине: ИНФОРМАТИКА

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛА

СТУДЕНТКА ГР.

4019



11.01.11



Гаранина И.Г.







подпись, дата



инициалы, фамилия



Санкт-Петербург 2011



Понятие информации и информатики



Основные понятия информации



Большинство ученых в наши дни отказываются от попыток дать строгое определение информации и считают, что информацию следует рассматривать как первичное, неопределимое понятие подобно множества в математике. Некоторые авторы учебников предлагают следующие определения информации:

Информация – это знания или сведения о ком-либо или о чем-либо.
Информация – это сведения, которые можно собирать, хранить, передавать, обрабатывать, использовать.
Информатика – наука об информации 
или
– это наука о структуре и свойствах информации, способах сбора, обработки и передачи информации 
или
– информатика, изучает технологию сбора, хранения и переработки информации, а компьютер основной инструмент в этой технологии.

Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает сведения, разъяснения, изложение. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности:

в быту информацией называют любые данные, сведения, знания, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.; 

в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов (в этом случае есть источник сообщений, получатель (приемник) сообщений, канал связи); 

в кибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы; 

в теории информации под информацией понимают сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний. 

Информация – это отражение внешнего мира с помощью знаков или сигналов.
Информационная ценность сообщения заключается в новых сведениях, которые в нем содержатся (в уменьшении незнания).

Свойства информации: 

полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс; 

актуальность— способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени; 

достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, если устареет и перестанет отражать истинное положение дел; 

доступность — свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потребителем; 

релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя; 

защищенность — свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения информации; 

эргономичность — свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя. 

Информацию следует считать особым видом ресурса, при этом имеется в виду толкование "ресурса" как запаса неких знаний материальных предметов или энергетических, структурных или каких-либо других характеристик предмета. В отличие от ресурсов, связанных с материальными предметами, информационные ресурсы являются неистощимыми и предполагают существенно иные методы воспроизведения и обновления, чем материальные ресурсы.

С этой точки зрения можно рассмотреть такие свойства информации: 

запоминаемость; 

передаваемость; 

воспроизводимость; 

преобразуемость; 

стираемость. 

Запоминаемость — одно из самых важных свойств. Запоминаемую информацию будем называть макроскопической (имея в виду пространственные масштабы запоминающей ячейки и время запоминания). Именно с макроскопической информацией мы имеем дело в реальной практике.

Передаваемость информации с помощью каналов связи (в том числе с помехами) хорошо исследована в рамках теории информации К.Шеннона. В данном случае имеется в виду несколько иной аспект — способность информации к копированию, т.е. к тому, что она может быть “запомнена” другой макроскопической системой и при этом останется тождественной самой себе. Очевидно, что количество информации не должно возрастать при копировании.

Воспроизводимость информации тесно связана с ее передаваемостью и не является ее независимым базовым свойством. Если передаваемость означает, что не следует считать существенными пространственные отношения между частями системы, между которыми передается информация, то воспроизводимость характеризует неиссякаемость и неистощимость информации, т.е. что при копировании информация остается тождественной самой себе.

Фундаментальное свойство информации — преобразуемость. Оно означает, что информация может менять способ и форму своего существования. Копируемость есть разновидность преобразования информации, при котором ее количество не меняется. В общем случае количество информации в процессах преобразования меняется, но возрастать не может.

Свойство стераемости информации также не является независимым. Оно связано с таким преобразованием информации (передачей), при котором ее количество уменьшается и становится равным нулю.

Данных свойств информации недостаточно для формирования ее меры, так как они относятся к физическому уровню информационных процессов.


Информация всегда связана с материальным носителем. 

Носителем информации может быть: 

1) любой материальный предмет (бумага, камень и т.д.);
волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет,радиоволна) и т.д.;

2) вещество в различном состоянии: концентрация молекул в жидком растворе, температура и т.д.

Сигнал - способ передачи информации. Это физический процесс, имеющий информационное значение. Он может быть непрерывным или дискретным.
Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в конечном числе моментов времени.
Аналоговый сигнал - сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени.
Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию, дискретны.
Аналоговые сигналы используют в телефонной связи, радиовещании, телевидении.

Говорить об информации вообще, а не применительно к какому-то ее конкретному виду беспредметно. Классифицировать ее можно:

по способам восприятия (визуальная, тактильная и т.д.); 

по форме представления (текстовая, числовая, графическая и т. д.); 

по общественному значению (массовая, специальная, личная). 


Примеры получения информации:

1) динамик компьютера издает специфический звук, хорошо знакомый Васе, — следовательно, пришло новое сообщение по ICQ;

2) с вертолета пожарной охраны в глубине леса замечен густой дым — обнаружен новый лесной пожар;

3) всевозможные датчики, расположенные в сейсмологически неустойчивом районе, фиксируют изменение обстановки, характерное для приближающегося землетрясения.

Основные направления в информатике: кибернетика, программирование, вычислительная техника, искусственный интеллект, теоретическая информатика, информационные системы. Понятие информатики является относительно новым в лексиконе современного человека. Несмотря на повсеместное употребление, его содержание остается не проясненным до конца в силу своей новизны. Интуитивно ясно, что оно связано с информацией, а также с ее обработкой на компьютерах. Это подтверждается существующей легендой о происхождении данного слова: считается, что оно составлено из двух слов – Информация и автоматика (как средство преобразования информации).

Вследствие широкого распространения компьютеров и информационного бума, который переживает человечество, с азами информатики должен быть знаком всякий грамотный современный человек; вот почему ее преподавание включено в курс средней школы и продолжается в высшей школе. 



Основные понятия информатики


Информатика – область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и других средств вычислительной техники. С информатикой часто связывают одно из следующих понятий: это либо совокупность определенных средств преобразования информации, либо фундаментальная наука, либо отрасль производства, либо прикладная дисциплина. 

Информатика как совокупность средств преобразования информации включает технические средства (hardware), программные продукты (software), математические методы, модели и типовые алгоритмы (brainware). В состав технических средств входят компьютеры и связанные с ними периферийные устройства (мониторы, клавиатуры, принтеры и плоттеры, модемы и т.д.), линии связи, средства оргтехники и т.п., т.е. те материальные ресурсы, которые обеспечивают преобразование информации, причем главенствующую роль в этом списке играет компьютер. По своей специфике компьютер нацелен на решение очень широкого круга задач по преобразованию информации, при этом выбор конкретной задачи при использовании компьютера определяется программным средством, под управлением которого функционирует компьютер. К программным продуктам относятся операционные системы и их интегрированные оболочки, системы программирования и проектирования программных продуктов, различные прикладные пакеты, такие, как текстовые и графические редакторы, бухгалтерские и издательские системы и т.д. Конкретное применение каждого программного продукта специфично и служит для решения определенного круга задач прикладного или системного характера. Математические методы, модели и типовые алгоритмы являются тем базисом, который положен в основу проектирования и изготовления программного, технического средства или другого объекта в силу исключительной сложности последнего и, как следствие, невозможности умозрительного подхода к созданию.

Перечисленные выше три ресурсных компонента информатики играют разную роль в процессе информатизации общества. Так, совокупность программных и технических средств, имеющихся в том или ином обществе, и позволяет сделать его информационным, когда каждый член общества имеет возможность получить практически любую (исключая, естественно, секретную) интересующую его информацию (такие потребители информации называются конечными пользователями). В то же время, сложность технических и программных систем заставляет использовать имеющиеся технические и программные продукты, а также нужные методы, модели и алгоритмы для проектирования и производства новых и совершенствования старых технических и программных систем. В этом случае можно сказать, что средства преобразования информации используются для производства себе подобных. Тогда их пользователем является специалист в области информатики, а не конечный пользователь.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой абстрактных методов, моделей и алгоритмов, а также связанных с ними математических теорий. Ее прерогативой является исследование процессов преобразования информации и на основе этих исследований разработка соответствующих теорий, моделей, методов и алгоритмов, которые затем применяются на практике.

Информатика как отрасль производства практически использует результаты исследований фундаментальной науки информатики. В самом деле, широко известны западные фирмы по производству программных продуктов, такие как Microsoft, Lotus, Borland, и технических средств – IBM, Apple, Intel, Hewlett Packard и другие. Помимо производства самих технических и программных средств разрабатываются также и технологии преобразования информации.

Информатика как прикладная дисциплина занимается подготовкой специалистов в области преобразования информации. Она изучает закономерности протекания информационных процессов в конкретных областях и методологии разработки конкретных информационных систем и технологий. 

Таким образом, главная функция информатики состоит в разработке методов и средств преобразования информации с использованием компьютера, а также в применении их при реализации технологического процесса преобразования информации.











































Структура предметной области информатики 

Теоретическая информатика

Философские основы информатики

Теория информации. Методы измерения информации

Математические основы информатики

Информационное моделирование

Теория алгоритмов

Представление знаний и интеллектуально-информационные системы

Средства информатизации

Технические

Хранения и обработки данных

	Персональные компьютеры

	Рабочие станции

	Вычислительные системы

	Устройства ввода/вывода информации

	Накопители (магнитные, оптические, смешанные)





Передачи данных

Сети ЭВМ 

Комплексы

Цифровые технические средства связи

Телекоммуникационные системы передачи аудио, видео и мультимедийной информации



Программные

Системное ПО
и системы программирования

Операционные системы и среды

Сервисные оболочки

Утилиты

Системы и языки программирования





Реализации технологий

Универсальных

Текстовые и графические редакторы

Системы управления базами данных

Табличные процессоры

Средства моделирования объектов, процессов и систем







Профессионально-ориентированных

Издательские системы

Профессионально-ориентированные системы автоматизации расчетов

Системы  автоматизации проектирования, научных исследований и пр.

Информационные технологии

Ввода/вывода, сбора, хранения, передачи данных;

Подготовки текстовых и графических документов, технической документации;

ГИС-технологии;

Программирования, проектирования, моделирования, обучения, диагностики, управления

Социальная информатика

Информационные ресурсы общества

Информационное общество – закономерности и проблемы

Информационная культура, развитие личности

Информационная безопасность







КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ



Научно-техническая революция в последнее время приняла грандиозные  масштабы

в   области   информатизации   общества   на   базе   современных    средств

вычислительной    техники,    связи,    а    также    современных    методов автоматизированной обработки информации. Применение этих средств  и  методов

приняло  всеобщий  характер,  а   создаваемые   при   этом    информационно-

вычислительные  системы  и  сети  становятся  глобальными   как   в   смысле

территориальной распределенности, так и в  смысле  широты  охвата  в  рамках

единых технологий процессов сбора, передачи, накопления,  хранения,  поиска,

переработки информации и выдачи ее для использования.

Информация в современном обществе – одна из  самых  ценных  вещей  в  жизни,

требующая защиты от несанкционированного проникновения лиц не имеющих к  ней

доступа. 



Криптография - это набор методов  защиты  информационных  взаимодействий  от

отклонений от их нормального, штатного протекания, вызванных  злоумышленными

действиями  различных  субъектов,   методов,   базирующихся   на   секретных

алгоритмах  преобразования  информации,  включая  алгоритмы,  не  являющиеся

собственно секретными,  но  использующие  секретные  параметры.  Исторически

первой задачей криптографии была защита передаваемых текстовых сообщений  от

несанкционированного ознакомления с их содержанием, что  нашло  отражение  в

самом названии этой  дисциплины,  эта  защита  базируется  на  использовании

"секретного языка", известного только отправителю и получателю,  все  методы

шифрования являются лишь развитием  этой  философской  идеи.  С  усложнением

информационных взаимодействий в человеческом обществе возникли и  продолжают

возникать новые задачи по их защите, некоторые из них были решены  в  рамках

криптографии,  что  потребовало  развития  принципиально  новых  подходов  и

методов.







Основные задачи криптографии.



Задача криптографии, т.е. тайная передача, возникает только для  информации,

которая  нуждается  в  защите.  В  таких  случаях  говорят,  что  информация

содержит  тайну  или  является  защищаемой,   приватной,   конфиденциальной,

секретной. Для наиболее типичных, часто встречающихся ситуаций  такого  типа

введены даже специальные понятия:

    . государственная тайна;

    . военная тайна;

    . коммерческая тайна;

    . юридическая тайна;

    . врачебная тайна и т. д.

Далее мы будем говорить о  защищаемой  информации,  имея  в  виду  следующие

признаки такой информации:

    . имеется какой-то определенный  круг  законных  пользователей,  которые

      имеют право владеть этой информацией;

    . имеются  незаконные  пользователи,  которые  стремятся  овладеть  этой

      информацией с тем,  чтобы  обратить  ее  себе  во  благо,  а  законным

      пользователям во вред.





Криптографические средства защиты.



Криптографическими  средствами  защиты  называются  специальные  средства  и

методы  преобразования  информации,  в  результате  которых  маскируется  ее

содержание.   Основными   видами   криптографического   закрытия    являются

шифрование и кодирование защищаемых данных. При этом шифрование  есть  такой

вид  закрытия,  при  котором  самостоятельному  преобразованию  подвергается

каждый символ закрываемых данных; при кодировании защищаемые данные  делятся

на блоки,  имеющие  смысловое  значение,  и  каждый  такой  блок  заменяется

цифровым,  буквенным  или  комбинированным  кодом.  При  этом   используется

несколько   различных    систем    шифрования:    заменой,    перестановкой,

гаммированием,  аналитическим  преобразованием  шифруемых  данных.   Широкое

распространение  получили  комбинированные  шифры,  когда   исходный   текст

последовательно преобразуется с использованием двух или даже трех  различных

шифров.





Принципы работы Криптосистемы.



П - незаконный пользователь (противник, хакер), который хочет  перехватывать

передаваемые  по  каналу  связи  сообщения  и  попытаться  извлечь  из   них

интересную для него информацию. Эту  простую  схему  можно  считать  моделью

типичной ситуации, в которой  применяются  криптографические  методы  защиты

информации или просто шифрование.

Исторически в криптографии закрепились некоторые военные  слова  (противник,

атака на шифр и др.). Они  наиболее  точно  отражают  смысл  соответствующих

криптографических  понятий.  Вместе   с   тем   широко   известная   военная

терминология,  основанная  на  понятии  кода  (военно-морские   коды,   коды

Генерального  штаба,  кодовые  книги,  кодообозначения  и  т.  п.),  уже   не

применяется в теоретической криптографии.  Дело  в  том,  что  за  последние

десятилетия   сформировалась   теория   кодирования   -   большое    научное

направление, которое разрабатывает и изучает  методы  защиты  информации  от

случайных искажений в каналах связи.

Криптография занимается методами преобразования информации,  которые  бы  не

позволили противнику извлечь ее из перехватываемых сообщений.  При  этом  по

каналу связи передается уже не сама защищаемая информация,  а  результат  ее

преобразования с помощью шифра, и для противника  возникает  сложная  задача

вскрытия шифра. Вскрытие (взламывание) шифра - процесс получения  защищаемой

информации  из  шифрованного  сообщения  без  знания   примененного   шифра.

Противник может  пытаться  не  получить,  а  уничтожить  или  модифицировать

защищаемую информацию в процессе ее передачи. Это - совсем другой тип  угроз

для информация, отличный от перехвата и вскрытия шифра. Для защиты от  таких

угроз разрабатываются свои специфические методы. Следовательно, на  пути  от

одного  законного  пользователя  к  другому  информация  должна   защищаться

различными способами, противостоящими различным угрозам. Возникает  ситуация

цепи из  разнотипных  звеньев,  которая  защищает  информацию.  Естественно,

противник будет стремиться найти самое слабое  звено,  чтобы  с  наименьшими

затратами добраться до информации. А значит, и законные пользователи  должны

учитывать это обстоятельство в своей стратегии защиты:  бессмысленно  делать

какое-то звено  очень  прочным,  если  есть  заведомо  более  слабые  звенья

("принцип равнопрочности защиты").

Придумывание хорошего шифра дело трудоемкое.  Поэтому  желательно  увеличить

время жизни хорошего шифра и  использовать  его  для  шифрования  как  можно

большего  количества  сообщений.  Но  при  этом  возникает  опасность,   что

противник уже разгадал (вскрыл) шифр и читает  защищаемую  информацию.  Если

же в шифре сеть сменный ключ  то,  заменив  ключ,  можно  сделать  так,  что

разработанные противником методы уже не дают эффекта.



Управление криптографическими ключами.



Под  ключом  в  криптографии  понимают  сменный   элемент   шифра,   который

применяется  для  шифрования  конкретного  сообщения.  В   последнее   время

безопасность защищаемой  информации  стала  определяться  в  первую  очередь

ключом.  Сам  шифр,  шифрмашина  или  принцип   шифрования   стали   считать

известными противнику и доступными для предварительного изучения, но  в  них

появился неизвестный для противника ключ, от  которого  существенно  зависят

применяемые преобразования информации. Теперь законные пользователи,  прежде

чем  обмениваться  шифрованными  сообщениями,  должны  тайно  от  противника

обменяться ключами или установить одинаковый ключ  на  обоих  концах  канала

связи. А для противника появилась новая  задача  -  определить  ключ,  после

чего можно легко прочитать зашифрованные на этом ключе сообщения.

Вернемся к формальному описанию основного объекта криптографии, теперь  в  него  необходимо  внести  существенное  изменение  - добавить  недоступный  для  противника  секретный  канал  связи  для  обмена ключами.

Создать такой канал  связи  вполне  реально,  поскольку  нагрузка  на  него,

вообще говоря, небольшая. Отметим теперь, что не существует  единого  шифра,

подходящего  для  всех  случаев.  Выбор  способа   шифрования   зависит   от

особенностей информации, ее ценности и  возможностей  владельцев  по  защите

своей  информации.  Прежде  всего  подчеркнем  большое  разнообразие   видов

защищаемой   информации:    документальная,    телефонная,    телевизионная,

компьютерная  и  т.д.  Каждый  вид  информации  имеет   свои   специфические

особенности, и эти особенности сильно влияют  на  выбор  методов  шифрования

информации. Большое значение имеют  объемы  и  требуемая  скорость  передачи

шифрованной информации.  Выбор  вида  шифра  и  его  параметров  существенно

зависит  от  характера  защищаемых  секретов  или  тайны.  Некоторые   тайны

(например,   государственные,   военные   и    др.)    должны    сохраняться

десятилетиями, а некоторые (например, биржевые) - уже через несколько  часов

можно разгласить. Необходимо учитывать также и возможности того  противника,

от  которого  защищается  данная  информация.  Одно  дело  -   противостоять

одиночке или даже банде уголовников, а другое дело - мощной  государственной

структуре.

Любая  современная  криптографическая  система   основана   (построена)   на

использовании  криптографических  ключей.  Она  работает   по   определенной

методологии  (процедуре),  состоящей  из:  одного   или   более   алгоритмов

шифрования (математических формул); ключей, используемых  этими  алгоритмами

шифрования;  системы  управления   ключами;   незашифрованного   текста;   и

зашифрованного текста (шифртекста).





Симметричная (секретная) методология.



В этой методологии и  для  шифрования,  и  для  расшифровки  отправителем  и

получателем применяется один и тот же ключ, об  использовании  которого  они

договорились до начала взаимодействия. Если ключ  не  был  скомпрометирован,

то при расшифровке  автоматически  выполняется  аутентификация  отправителя,

так как только отправитель имеет ключ, с помощью которого можно  зашифровать

информацию, и  только  получатель  имеет  ключ,  с  помощью  которого  можно

расшифровать информацию. Так как отправитель  и  получатель  -  единственные

люди, которые знают этот симметричный ключ, при  компрометации  ключа  будет

скомпрометировано только взаимодействие этих двух пользователей.  Проблемой,

которая будет актуальна и для других криптосистем, является  вопрос  о  том,

как безопасно распространять симметричные (секретные) ключи.

Алгоритмы симметричного шифрования используют ключи не очень  большой  длины

и могут быстро шифровать большие объемы данных.

Порядок использования систем с симметричными ключами:

   1.  Безопасно  создается,  распространяется  и  сохраняется  симметричный

      секретный ключ.

   2. Отправитель создает электронную подпись с помощью расчета  хэш-функции

      для текста и присоединения полученной строки к тексту

   3.  Отправитель  использует  быстрый  симметричный  алгоритм  шифрования-

      расшифровки вместе  с  секретным  симметричным  ключом  к  полученному

      пакету (тексту  вместе  с  присоединенной  электронной  подписью)  для

      получения зашифрованного текста.  Неявно  таким  образом  производится

      аутентификация,  так  как  только   отправитель   знает   симметричный

      секретный ключ и может зашифровать этот пакет. Только получатель знает

      симметричный секретный ключ и может расшифровать этот пакет.

   4. Отправитель передает зашифрованный текст. Симметричный секретный  ключ

      никогда не передается по незащищенным каналам связи.

   5. Получатель использует тот же самый симметричный  алгоритм  шифрования-

      расшифровки вместе с тем же самым  симметричным  ключом  (который  уже

      есть  у  получателя)  к  зашифрованному  тексту   для   восстановления

      исходного текста и электронной подписи.  Его  успешное  восстановление

      аутентифицирует кого-то, кто знает секретный ключ.

   6. Получатель отделяет электронную подпись от текста.

   7. Получатель создает другую электронную подпись с помощью  расчета  хэш-

      функции для полученного текста.

   8. Получатель  сравнивает  две  этих  электронных  подписи  для  проверки

      целостности сообщения (отсутствия его искажения)

Доступными  сегодня  средствами,   в   которых   используется   симметричная

методология, являются:

Kerberos, который был разработан для аутентификации  доступа  к  ресурсам  в

сети, а не для верификации данных. Он использует центральную базу данных,  в

которой хранятся копии секретных ключей всех пользователей.

Сети банкоматов (ATM Banking Networks). Эти системы  являются  оригинальными

разработками владеющих ими банков и не продаются. В них  также  используются

симметричные методологии.



Асимметричная (открытая) методология.



В этой методологии  ключи  для  шифрования  и  расшифровки  разные,  хотя  и

создаются вместе. Один ключ делается известным всем,  а  другой  держится  в

тайне. Данные, зашифрованные одним ключом, могут  быть  расшифрованы  только

другим ключом.

Все  асимметричные  криптосистемы  являются  объектом  атак  путем   прямого

перебора ключей,  и  поэтому  в  них  должны  использоваться  гораздо  более

длинные ключи, чем те, которые используются в  симметричных  криптосистемах,

для обеспечения эквивалентного уровня защиты. Это сразу  же  сказывается  на

вычислительных  ресурсах,   требуемых   для   шифрования,   хотя   алгоритмы

шифрования на эллиптических кривых могут смягчить эту проблему. Брюс  Шнейер

в книге "Прикладная криптография: протоколы, алгоритмы и исходный  текст  на C" приводит в таблице № 1 следующие данные об эквивалентных длинах ключей.



Длина симметричного ключа           

Длина асимметричного ключа    

56 бит                           

64 бита                            

80 бит                              

112 бит                           

128 бит     

384 бит                       

512 бит                       

768 бит                       

1792 бита                     

2304 бита   

                                                Таблица № 1.



Для  того  чтобы  избежать   низкой   скорости   алгоритмов   асимметричного

шифрования, генерируется временный симметричный ключ для  каждого  сообщения

и только он шифруется асимметричными алгоритмами. Само  сообщение  шифруется

с   использованием   этого   временного   сеансового   ключа   и   алгоритма

шифрования/расшифровки,  ранее  описанного.  Затем   этот   сеансовый   ключ

шифруется  с   помощью   открытого   асимметричного   ключа   получателя   и

асимметричного  алгоритма  шифрования.  После   этого   этот   зашифрованный

сеансовый ключ вместе  с  зашифрованным  сообщением  передается  получателю.

Получатель использует тот же самый асимметричный алгоритм шифрования и  свой

секретный ключ для расшифровки  сеансового  ключа,  а  полученный  сеансовый

ключ используется для расшифровки самого сообщения.

В асимметричных криптосистемах важно, чтобы сеансовые и асимметричные  ключи

были сопоставимы в отношении уровня безопасности, который они  обеспечивают.

Если используется короткий сеансовый ключ (например, 40-битовый DES), то  не

имеет  значения,  насколько  велики   асимметричные   ключи.   Асимметричные

открытые ключи уязвимы к атакам прямым перебором отчасти из-за того, что  их

тяжело заменить. Если атакующий  узнает  секретный  асимметричный  ключ,  то

будет  скомпрометирован  не   только   текущее,   но   и   все   последующие

взаимодействия между отправителем и получателем.

Порядок использования систем с асимметричными ключами:

   1.  Безопасно  создаются  и  распространяются  асимметричные  открытые  и

      секретные  ключи.  Секретный   асимметричный   ключ   передается   его

      владельцу. Открытый  асимметричный  ключ  хранится  в  базе  данных  и

      администрируется центром  выдачи  сертификатов.  Подразумевается,  что

      пользователи  должны  верить,  что  в   такой   системе   производится

      безопасное создание, распределение и администрирование ключами.  Более

      того, если создатель ключей и лицо или система,  администрирующие  их,

      не одно и то же, то конечный пользователь должен верить, что создатель

      ключей на самом деле уничтожил их копию.

   2. Создается электронная подпись текста с  помощью  вычисления  его  хэш-

      функции. Полученное значение шифруется с использованием асимметричного

      секретного ключа  отправителя,  а  затем  полученная  строка  символов

      добавляется к передаваемому тексту (только отправитель  может  создать

      электронную подпись).

   3. Создается секретный симметричный ключ,  который  будет  использоваться

      для  шифрования  только  этого  сообщения  или  сеанса  взаимодействия

      (сеансовый   ключ),   затем   при   помощи   симметричного   алгоритма

      шифрования/расшифровки и этого ключа шифруется исходный текст вместе с

      добавленной к нему электронной  подписью  -  получается  зашифрованный

      текст (шифр-текст).

   4. Теперь нужно решить проблему с передачей сеансового  ключа  получателю

      сообщения.

   5. Отправитель должен иметь асимметричный  открытый  ключ  центра  выдачи

      сертификатов. Перехват незашифрованных  запросов  на  получение  этого

      открытого  ключа  является  распространенной   формой   атаки.   Может

      существовать целая система  сертификатов,  подтверждающих  подлинность

      открытого ключа.

   6. Отправитель запрашивает у центра сертификатов  асимметричный  открытый

      ключ получателя сообщения. Этот процесс уязвим к атаке, в ходе которой

      атакующий  вмешивается  во   взаимодействие   между   отправителем   и

      получателем и может модифицировать трафик,  передаваемый  между  ними.

      Поэтому  открытый  асимметричный  ключ  получателя  "подписывается"  у

      центра сертификатов. Это означает, что центр сертификатов  использовал

      свой  асимметричный  секретный  ключ  для  шифрования   асимметричного

      открытого  ключа   получателя.   Только   центр   сертификатов   знает

      асимметричный секретный ключ, поэтому есть гарантии того, что открытый

      асимметричный ключ получателя получен именно от него.

   7.   После   получения    асимметричный    открытый    ключ    получателя

      расшифровывается с помощью асимметричного открытого ключа и  алгоритма

      асимметричного  шифрования/расшифровки.  Естественно,  предполагается,

      что центр сертификатов не был скомпрометирован. Если же он оказывается

      скомпрометированным,  то  это  выводит   из   строя   всю   сеть   его

      пользователей. Поэтому  можно  и  самому  зашифровать  открытые  ключи

      других  пользователей,  но  где  уверенность  в  том,   что   они   не

      скомпрометированы?

   8.  Теперь  шифруется  сеансовый  ключ  с  использованием  асимметричного

      алгоритма шифрования-расшифровки  и  асимметричного  ключа  получателя

      (полученного от центр сертификатов и расшифрованного).

   9. Зашифрованный сеансовый ключ присоединяется  к  зашифрованному  тексту

      (который включает в себя также добавленную ранее электронную подпись).



  10. Весь полученный пакет данных (зашифрованный текст,  в  который  входит

      помимо исходного  текста  его  электронная  подпись,  и  зашифрованный

      сеансовый ключ) передается получателю. Так как зашифрованный сеансовый

      ключ передается по незащищенной сети, он является  очевидным  объектом

      различных атак.

  11.  Получатель  выделяет  зашифрованный  сеансовый  ключ  из  полученного

      пакета.

  12. Теперь получателю нужно  решить  проблему  с  расшифровкой  сеансового

      ключа.

  13. Получатель должен иметь  асимметричный  открытый  ключ  центра  выдачи

      сертификатов.

  14.  Используя  свой  секретный  асимметричный  ключ  и   тот   же   самый

      асимметричный алгоритм шифрования получатель расшифровывает  сеансовый

      ключ.

  15. Получатель применяет тот же самый  симметричный  алгоритм  шифрования-

      расшифровки  и  расшифрованный   симметричный   (сеансовый)   ключ   к

      зашифрованному тексту и получает исходный текст вместе  с  электронной

      подписью.

  16. Получатель отделяет электронную подпись от исходного текста.

  17. Получатель запрашивает у  центр  сертификатов  асимметричный  открытый

      ключ отправителя.

  18. Как только этот ключ получен, получатель расшифровывает его с  помощью

      открытого ключа центр сертификатов и  соответствующего  асимметричного

      алгоритма шифрования-расшифровки.

  19. Затем расшифровывается хэш-функция текста с  использованием  открытого

      ключа отправителя и асимметричного алгоритма шифрования-расшифровки.

  20. Повторно вычисляется хэш-функция полученного исходного текста.

  21. Две эти хэш-функции сравниваются для проверки того, что текст  не  был

      изменен.



Алгоритмы шифрования



Алгоритмы шифрования с использованием ключей  предполагают,  что  данные  не

сможет прочитать никто, кто не  обладает  ключом  для  их  расшифровки.  Они

могут  быть  разделены  на  два  класса,  в  зависимости  от   того,   какая

методология криптосистем напрямую поддерживается ими.



Симметричные алгоритмы



Для шифрования и расшифровки используются одни и те  же  алгоритмы.  Один  и

тот же секретный ключ используется для шифрования и  расшифровки.  Этот  тип

алгоритмов   используется   как   симметричными,   так   и    асимметричными

криптосистемами.



Асимметричные алгоритмы



Асимметричные алгоритмы  используются  в  асимметричных  криптосистемах  для

шифрования  симметричных  сеансовых   ключей   (которые   используются   для

шифрования самих данных).

Используется два разных ключа - один известен  всем,  а  другой  держится  в

тайне. Обычно для шифрования и расшифровки используется оба этих  ключа.  Но

данные, зашифрованные одним ключом,  можно  расшифровать  только  с  помощью

другого ключа.



Хэш-функции



Хэш-функции являются  одним  из  важных  элементов  криптосистем  на  основе

ключей. Их относительно легко вычислить, но почти  невозможно  расшифровать.

Хэш-функция имеет исходные  данные  переменной  длины  и  возвращает  строку

фиксированного  размера  (иногда  называемую  дайджестом  сообщения  -  MD),

обычно  128  бит.  Хэш-функции  используются  для  обнаружения   модификации

сообщения (то есть для электронной подписи).



Электронные подписи и временные метки



Электронная  подпись  позволяет  проверять   целостность   данных,   но   не

обеспечивает  их  конфиденциальность.  Электронная  подпись  добавляется   к

сообщению и может шифроваться вместе  с  ним  при  необходимости  сохранения

данных в тайне. Добавление временных меток к электронной  подписи  позволяет

обеспечить ограниченную форму контроля участников взаимодействия.

                                

Стойкость шифра.



Способность  шифра  противостоять  всевозможным  атакам  на  него   называют

стойкостью шифра. Под атакой на шифр понимают попытку вскрытия этого  шифра.

Понятие  стойкости  шифра  является  центральным  для   криптографии.   Хотя

качественно понять его  довольно  легко,  но  получение  строгих  доказуемых

оценок стойкости для каждого конкретного шифра -  проблема  нерешенная.  Это

объясняется тем, что до сих пор нет необходимых для решения  такой  проблемы

математических результатов. Поэтому стойкость конкретного шифра  оценивается

только путем всевозможных попыток его вскрытия  и  зависит  от  квалификации

криптоаналитиков, атакующих шифр. Такую процедуру иногда называют  проверкой

стойкости. Важным  подготовительным  этапом  для  проверки  стойкости  шифра

является  продумывание  различных  предполагаемых  возможностей,  с  помощью

которых противник может  атаковать  шифр.  Появление  таких  возможностей  у

противника  обычно  не  зависит  от  криптографии,  это  является  некоторой

внешней подсказкой и существенно влияет на стойкость шифра.  Поэтому  оценки

стойкости шифра всегда содержат те  предположения  о  целях  и  возможностях

противника, в условиях которых эти оценки получены. Прежде  всего,  как  это

уже отмечалось выше, обычно считается, что противник знает сам шифр и  имеет

возможности  для  его  предварительного  изучения.  Противник  также   знает

некоторые  характеристики  открытых  текстов,   например,   общую   тематику

сообщений, их стиль, некоторые стандарты, форматы и т.д.

Из более специфических приведем еще три примера возможностей противника:

    . противник может перехватывать все шифрованные сообщения, но  не  имеет

      соответствующих им открытых текстов;

    . противник может перехватывать все  шифрованный  сообщения  и  добывать

      соответствующие им открытые тексты;

    . противник имеет доступ к шифру (но  не  к  ключам!)  и  поэтому  может

      зашифровывать и дешифровывать любую информацию;



Вывод.



Подводя    итоги    вышесказанного,    можно    уверенно    заявить,     что

криптографическими  системами  защиты  называются  совокупность   различных

методов  и  средств,  благодаря  которым  исходная  информация  кодируется,

передается и расшифровывается.

Существуют различные криптографические  системы  защиты,  которые  мы  можем

разделить на две группы: c использованием ключа  и без  него.  Криптосистемы

без  применения  ключа  в  современном  мире  не   используются   т.к.   очень

дорогостоящие и ненадёжные.

Были рассмотрены основные  методологии:  симметричная  и  асимметричная.  Обе

методологии используют ключ (сменный элемент шифра).

Симметричные и асимметричные алгоритмы, описанные выше,  сведены  в  таблицу,

из которой можно понять какие алгоритмы наиболее подходят  к  той  или  иной

задаче.

Остальная информация представленная во второй главе очень  разнообразна.  На

её основе сложно сделать  вывод,  какие  алгоритмы  хеш-функций,  механизмов

аутентификации и электронных подписей наиболее продвинутые, все они в  разной

ситуации могут показать себя с лучшей стороны.

На протяжении многих веков среди специалистов не утихали споры  о  стойкости

шифров и о возможности построения абсолютно стойкого шифра.



























Список литературы:



Гейн А.Г., Сенокосов А.И., Шолохович В.Ф. Информатика: 7–9 кл. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. М.: Дрофа, 1998. 

Каймин В.А., Щеголев А.Г., Ерохина Е.А., Федюшин Д.П. Основы информатики и вычислительной техники: Пробный учебник для 10–11-х классов средней школы. М.: Просвещение, 1989. 

Кушниренко А.Г., Лебедев Г.В., Сворень Р.А. Основы информатики и вычислительной техники: Учебник для средних учебных заведений. М.: Просвещение, 1993. 

Семакин И., Залогова Л., Русаков С., Шестакова Л. Информатика: учебник по базовому курсу. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998. 

Угринович Н. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений. М.: БИНОМ, 2001 

Информатика. 7–8-е классы / Под ред. Н.В. Макаровой. СПб.: ПитерКом, 1999 

Шауцукова Л.З. Информатика: Учебник для 10–11-х классов. М.: Просвещение, 2000. 

Гейн А.Г. Обязательный минимум содержания образования по информатике: и в нем нам хочется дойти до самой сути. // Информатика № 24, 2001 

Андреева Е.В. Математические основы информатики. Элективный курс: Учебное пособие / Е.В. Андреева, Л.Л. Босова, И.Н. Фалина. М.: БИНОМ. Лаборатория Знаний, 2005 

А.Ю.Винокуров. ГОСТ не прост..,а очень прост, М., Монитор.–1995.–N1.

А.Ю.Винокуров.  Еще раз про ГОСТ., М., Монитор.–1995.–N5.

А.Ю.Винокуров.  Алгоритм шифрования ГОСТ 28147-89, его использование и   реализация для компьютеров платформы Intel x86., Рукопись, 1997.

А.Ю.Винокуров.  Как устроен блочный шифр?, Рукопись, 1995.

М.Э.Смид, Д.К.Бранстед.  Стандарт шифрования данных: прошлое и будущее. /пер. с англ./ М., Мир, ТИИЭР.–1988.–т.76.–N5

Системы обработки информации.  Защита криптографическая.  Алгоритм криптографического преобразования ГОСТ 28147–89, М., Госстандарт, 1989.

























Оглавление:



Понятие информации и информатики………………………………………….……2



КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ…………………..7



Список литературы…………………………………………………………………….15



стр. 1 из 16