Изучение симметричных алгоритмов шифрования

Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет» в г.Чебоксары



Кафедра информационных систем и математики











Отчет по лабораторной работе №3

По дисциплине: Информационная безопасность

На тему: Изучение симметричных алгоритмов шифрования









Выполнила: 

студентка 
    группы 92-06 

Удалова Л.В.

Руководитель:
    ст. преп. А.А.Алякина











Чебоксары, 2010



1. Цель работы:

Изучение симметричных алгоритмов

1.1 Порядок выполнения:

	1. Изучить основы шифрования данных методом в соответствии с предложенным вариантом.

	2. В соответствии с индивидуальным заданием определить функцию шифрования, разработать алгоритм и написать программу, обеспечивающую ввод произвольного открытого текста и выдачу шифрограммы, полученную изучаемым методом, а также расшифрованию – получение открытого текста из шифрограммы.

2. Индивидуальное задание.

2.1 Система биграммного шифрования Плейфера

Шифрующие таблицы позволяют шифровать сразу по две буквы. Такие шифры называются биграммными.

Шифр Плейфера, изобретенный в 1854 г., является наиболее известным биграммным шифром замены. Он применялся Великобританией во время первой мировой войны. Основой шифра Плейфера является шифрующая таблица со случайно расположенными буквами алфавита исходных сообщений.

Для удобства запоминания шифрующей таблицы отправителем и получателем сообщений можно использовать ключевое слово (или фразу) при заполнении начальных строк таблицы. В целом структура шифрующей таблицы системы Плейфера полностью аналогична структуре шифрующей таблицы Трисемуса. Поэтому для пояснения процедур шифрования и расшифрования в системе Плейфера воспользуемся шифрующей таблицей Трисемуса .

Процедура шифрования включает следующие шаги:

1. Открытый текст исходного сообщения разбивается на пары букв (биграммы). Текст должен иметь четное количество букв и в нем не должно быть биграмм, содержащих две одинаковые буквы. Если эти требования не выполнены, то текст модифицируется даже из-за незначительных орфографических ошибок.

2. Последовательность биграмм открытого текста преобразуется с помощью шифрующей таблицы в последовательность биграмм шифртекста по следующим правилам:

		Если обе буквы биграммы открытого текста не попадают на одну строку или столбец (как, например, буквы А и Й в табл. на рис.8), тогда находят буквы в углах прямоугольника, определяемого данной парой букв. (В нашем примере это буквы АЙОВ. Пара букв АЙ отображается в пару 0В. Последовательность букв в биграмме шифртекста должна быть зеркально расположенной по отношению к последовательности букв в биграмме открытого текста).

		Если обе буквы биграммы открытого текста принадлежат одному столбцу таблицы, то буквами шифртекста считаются буквы, которые лежат под ними. (Например, биграмма НС дает биграмму шифртекста ГЩ.) Если при этом буква открытого текста находится в нижней строке, то для шифртекста берется соответствующая буква из верхней строки того же столбца. (Например, биграмма ВШ дает биграмму шифртекста ПА.)

		Если обе буквы биграммы открытого текста принадлежат одной строке таблицы, то буквами шифртекста считаются буквы, которые лежат справа от них. (Например, биграмма НО дает биграмму шифртекста ДЛ.) Если при этом буква открытого текста находится в крайнем правом столбце, то для шифра берут соответствующую букву из левого столбца в той же строке. (Например, биграмма ФЦ дает биграмму шифртекста ХМ.). 

Зашифруем текст

ВСЕ ТАЙНОЕ СТАНЕТ ЯВНЫМ

Разбиение этого текста на биграммы дает

ВС  ЕТ АЙ НО ЕС ТА НЕ ТЯ ВН ЫМ

Данная последовательность биграмм открытого текста преобразуется с помощью шифрующей таблицы (см. рис.8) в следующую последовательность биграмм шифртекста

ГП ДУ ОВ ДЛ НУ ПД ДР ЦЫ ГА ЧТ 

При расшифровании применяется обратный порядок действий.

Следует отметить, что шифрование биграммами резко повышает стойкость шифров к вскрытию. 

Б

А

Н

Д

Е

Р

О

Л

Ь

В

Г

Ж

3

И

Й

К

М

П

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ы

Ъ

Э

Ю

Я



Рис. 1. Шифрующая таблица с ключевым словом БАНДЕРОЛЬ













3. Блок-схемы биграммного шифрования Плейфера

3.1 Алгоритм функции шифрования

Приложение 1

Алгоритм функции шифрования



начало



поиск символов ключевой последовательности 

Нахождение пересечений символов открытого текста и текста ключевой последовательности и вывод зашифрованного теста

конец

биграммы исходного текста находятся в разных столбцах и разных строках

биграммы исходного текста встречаются в одном столбце



Разбиение сообщение на биграммы

Совпадение символов биграмм



поиск биграмм в таблице

биграммы исходного текста встречаются в одной строке




























3.2 Алгоритм функции расшифровывания

Приложения 2

Алгоритм функции расшифровывания:



начало





Совпадение символов биграмм

биграммы исходного текста встречаются в одной строке

биграммы исходного текста встречаются в одном столбце

биграммы исходного текста находятся в разных столбцах и разных строках

формирование ключевой последовательности



считывание зашифрованного текста и ключевого символа





















вывод открытого текста на экран





     конец







4. Текст программы биграммного шифрования Плейфера



Владение языками программирования позволяет значительно расширить круг выполняемых задач специалистом по защите информации и более полно использовать возможности компьютера. 

Данная программа реализована на языке Delphi 7.

Delphi – Borland Delphi представляет собой средство разработки приложений для Microsoft Windows. Delphi является мощным и простым в использовании инструментом для создания автономных программ, обладающих графическим интерфейсом (GUI), или 32-битных консольных приложений (программ, которые не имеют графического интерфейса).

Ниже приведен текст программы «Биграммного шифрования Плейфейра»:





unit Unit1;



interface



uses

  Windows, Messages, MATH, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

  Dialogs, StdCtrls, ComCtrls, Grids, ExtCtrls, Buttons, XPMan, Menus;



type

  TForm1 = class(TForm)

    Button1: TButton;

    Button2: TButton;

    Button3: TButton;

    Button4: TButton;

    Button5: TButton;

    Button6: TButton;

    Button7: TButton;

    Button8: TButton;

    OpenDialog1: TOpenDialog;

    SaveDialog1: TSaveDialog;

    Memo2: TMemo;

    Memo3: TMemo;

    Memo1: TMemo;

    StringGrid1: TStringGrid;

    GroupBox1: TGroupBox;

    UpDown1: TUpDown;

    Label1: TLabel;

    Label2: TLabel;

    Label3: TLabel;

    Label4: TLabel;

    Label5: TLabel;

    Label6: TLabel;

    Label7: TLabel;

    XPManifest1: TXPManifest;

    StatusBar1: TStatusBar;

    MainMenu1: TMainMenu;

    File1: TMenuItem;

    Exit1: TMenuItem;

    Open1: TMenuItem;

    Save1: TMenuItem;

    N1: TMenuItem;

    Savedecrypt1: TMenuItem;

    Edit1: TMenuItem;

    Crypt1: TMenuItem;

    Decrypt1: TMenuItem;

    Clear1: TMenuItem;

    About1: TMenuItem;

    About2: TMenuItem;

    procedure Button2Click(Sender: TObject);

    procedure Button7Click(Sender: TObject);

    procedure Button8Click(Sender: TObject);

    procedure Button5Click(Sender: TObject);

    procedure Button6Click(Sender: TObject);

    procedure Button1Click(Sender: TObject);

    procedure Button3Click(Sender: TObject);

    procedure Button4Click(Sender: TObject);

    procedure FormCreate(Sender: TObject);

    procedure FormCloseQuery(Sender: TObject; var CanClose: Boolean);

    procedure UpDown1Click(Sender: TObject; Button: TUDBtnType);

    procedure Memo1KeyUp(Sender: TObject; var Key: Word;

      Shift: TShiftState);

    procedure Exit1Click(Sender: TObject);

    procedure Save1Click(Sender: TObject);

    procedure Savedecrypt1Click(Sender: TObject);

    procedure Open1Click(Sender: TObject);

    procedure Clear1Click(Sender: TObject);

    procedure Crypt1Click(Sender: TObject);

    procedure Decrypt1Click(Sender: TObject);

    procedure About2Click(Sender: TObject);

  private

    { Private declarations }

  public

    { Public declarations }

   end;



var

  Form1: TForm1;

  a: array of array of char;

  rowk,colk:integer;

  alf:string;

implementation



uses AboutF;



{$R *.dfm}





procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

begin

 if OpenDialog1.Execute then

  begin

   memo1.Lines.LoadFromFile(OpenDialog1.FileName);

   statusbar1.Panels[0].Text:='Текст загружен';

  end;

end;



procedure TForm1.Button7Click(Sender: TObject);

begin

  Memo1.Clear;

  Memo2.Clear;

  Memo3.Clear;

  Memo1.SetFocus;

  button4.Enabled:=false;

  button5.Enabled:=false;

  button6.Enabled:=false;

  statusbar1.Panels[2].Text:=inttostr(length(memo1.Text));

  statusbar1.Panels[0].Text:='Поле с открытым текстом очищенно';

  form1.Decrypt1.Enabled:=false;

  form1.Savedecrypt1.Enabled:=false;

  form1.Save1.Enabled:=false;

end;

procedure TForm1.Button8Click(Sender: TObject);

begin

 close;

end;



procedure TForm1.Button5Click(Sender: TObject);

begin

if savedialog1.Execute then

 begin

  Memo2.Lines.SaveToFile(savedialog1.FileName);

  statusbar1.Panels[0].Text:='Зашифрованый текст сохранен';

 end;

end;



procedure TForm1.Button6Click(Sender: TObject);

begin

 if savedialog1.Execute then

  begin

   memo3.Lines.SaveToFile(savedialog1.FileName);

   statusbar1.Panels[0].Text:='Расшифрованый текст сохранен';

  end;

end;





//заполняем матрицу символами

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var

  i,j,k:integer;

begin

  k:=1;

  colk:=form1.StringGrid1.ColCount;

  rowk:=stringgrid1.RowCount;

  setlength(a,colk,rowk);

  alf:=#039+'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZАБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯabcdefghijklmnopqrstuvwxyzабвгдеёжзийклмнопрстуфхцчшщъыьэюя !@#№$;%^:&?*()-_+=[]/\{}<>.,123456789|~"Ї°±™ґµ¶'+#13#10;

  for i:=0 to colk-1 do

    for j:=0 to rowk-1 do

      begin

         a[i,j]:=alf[k];

         with StringGrid1 do

           begin

              Cells[i,j]:=a[i,j];

              inc(k);

           end;

      end;

  button3.Enabled:=true;

  statusbar1.Panels[3].Text:='Матрица загружена';

end;



function prob(ss:string;lenn:integer): string;

 var

 s1:string;

 i,j,k:integer;

 begin

 k:=0;

 while k<2 do begin

 For i:=1 to lenn do

  if (ss[i]=ss[i+1]) then

    begin

     s1:='';

     for j:=1 to i do

       s1:=s1+ss[j];

     s1:=s1+'µ';

     for j:=i+1 to lenn do

       s1:=s1+ss[j];

     ss:=s1;

     lenn:=Length(ss);

     end;

 inc(k);

 Result:=ss;

     end;

     end;





procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);

var

 s,t:string;

 k, i, j, len, x1, y1, x2, y2, c:integer;

begin



 t:=memo1.Text;

 len:=Length(t);

 if len>1 then

 begin

 s:=prob(t,len);



 len:=Length(s);

 if (len mod 2)=1 then

   s:=s+' ';



 for i:=1 to len do

   if (i mod 2 = 1) then

    begin

     for j:=0 to colk-1 do

       for c:=0 to rowk-1 do

         begin

          if s[i]=a[j,c] then

            begin

              x1:=j;

              y1:=c;

            end;

          if s[i+1]=a[j,c] then

            begin

              x2:=j;

              y2:=c;

            end;

         end;

     if (x1=x2) then

       begin

        if y1=rowk-1 then s[i]:=a[x1,0]

         else s[i]:=a[x1,y1+1];

        if y2=rowk-1 then s[i+1]:=a[x1,0]

         else s[i+1]:=a[x1, y2+1];

       end;

     if (y1=y2) then

       begin

        if x1=colk-1 then s[i]:=a[0,y1]

         else s[i]:=a[x1+1,y2];

        if x2=colk-1 then s[i+1]:=a[0,y1]

         else s[i+1]:=a[x2+1,y2];

       end;

     if (y1<>y2) and (x1<>x2) then

       begin

        s[i]:=a[x1,y2];

        s[i+1]:=a[x2,y1];

       end;

    end;

 memo2.text:=s;

 button4.Enabled:=true;

 button5.Enabled:=true;

 statusbar1.Panels[0].Text:='Текст зашифрован';

 form1.Decrypt1.Enabled:=true;

 form1.Save1.Enabled:=true;

 end

 else

   begin

     MessageDlg('Введите больше символов!', mtInformation, [mbOk], 0);

     memo1.SetFocus;

     statusbar1.Panels[0].Text:='Ошибка ввода откр.текста';

   end;



end;



procedure TForm1.Button4Click(Sender: TObject);

var

 s,s1:string;

 k, i, j, len, x1, y1, x2, y2, c:integer;

begin

s:=memo2.Text;

  len:=Length(s);

  for i:=1 to len do

      if (i mod 2 = 1) then

         begin

            for j:=0 to colk-1 do

               for c:=0 to rowk-1 do

                 begin

                   if s[i]=a[j,c] then

                     begin

                       x1:=j;

                       y1:=c;

                     end;

                   if s[i+1]=a[j, c] then

                     begin

                       x2:=j;

                       y2:=c;

                     end;

                 end;

               if (x1=x2) then

                 begin

                   if y1=0 then s[i]:=a[x1,rowk-1]

                    else s[i]:=a[x1,y1-1];

                   if y2=0 then s[i+1]:=a[x1,rowk-1]

                    else s[i+1]:=a[x1,y2-1];

                 end;

               if (y1=y2) then

                 begin

                   if x1=0 then s[i]:=a[colk-1,y1]

                    else s[i]:=a[x1-1,y2];

                   if x2=0 then s[i+1]:=a[colk-1,y1]

                    else s[i+1]:=a[x2-1,y2];

                 end;

               if (y1<>y2) and (x1<>x2) then

                 begin

                   s[i]:=a[x1,y2];

                   s[i+1]:=a[x2,y1];

                 end;

        

         end;

  len:=Length(s);

  For i:=1 to len do  begin

   if (s[i]='µ') then

    begin

     s1:='';

     for j:=1 to i-1 do

       s1:=s1+s[j];



     for j:=i+1 to len do

       s1:=s1+s[j];

     s:=s1;

    end; end;

   len:=Length(s);

    memo3.text:=s;

  button6.Enabled:=true;

  statusbar1.Panels[0].Text:='Текст расшифрован';

  form1.Savedecrypt1.Enabled:=true;

end;



procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

begin

statusbar1.Panels[0].Text:='Введите текст для шифрования';

Memo1.Clear;

Memo2.Clear;

Memo3.Clear;

button3.Enabled:=false;

button4.Enabled:=false;

button5.Enabled:=false;

button6.Enabled:=false;

form1.Decrypt1.Enabled:=false;

form1.Savedecrypt1.Enabled:=false;

form1.Save1.Enabled:=false;

form1.Button1.Click;

end;



procedure TForm1.FormCloseQuery(Sender: TObject; var CanClose: Boolean);

begin

Finalize(a);

end;



procedure TForm1.UpDown1Click(Sender: TObject; Button: TUDBtnType);

var

fv:integer;

begin

fv:=updown1.Position;

if (fv=1) then

 begin

 form1.Width:=907;

 end;

if (fv=0) then

 begin

 form1.Width:=466;

 end;



end;



procedure TForm1.Memo1KeyUp(Sender: TObject; var Key: Word;

  Shift: TShiftState);

begin

statusbar1.Panels[2].Text:=inttostr(length(memo1.Text));

end;



procedure TForm1.Exit1Click(Sender: TObject);

begin

 close;

end;



procedure TForm1.Save1Click(Sender: TObject);

begin

if savedialog1.Execute then

 begin

  Memo2.Lines.SaveToFile(savedialog1.FileName);

  statusbar1.Panels[0].Text:='Зашифрованый текст сохранен';

 end;

end;



procedure TForm1.Savedecrypt1Click(Sender: TObject);

begin

if savedialog1.Execute then

  begin

   memo3.Lines.SaveToFile(savedialog1.FileName);

   statusbar1.Panels[0].Text:='Расшифрованый текст сохранен';

  end;

end;



procedure TForm1.Open1Click(Sender: TObject);

begin

if OpenDialog1.Execute then

  begin

   memo1.Lines.LoadFromFile(OpenDialog1.FileName);

   statusbar1.Panels[0].Text:='Текст загружен';

  end;

end;



procedure TForm1.Clear1Click(Sender: TObject);

begin

Button7.Click;

end;



procedure TForm1.Crypt1Click(Sender: TObject);

begin

Button3.Click;

end;



procedure TForm1.Decrypt1Click(Sender: TObject);

begin

Button4.Click;

end;



procedure TForm1.About2Click(Sender: TObject);

begin

form2.showmodal;

end;



end.

		

		

		

		

		

		

		

		

	5. Работа программы биграммного шифрования Плейфера

		Разработанная программа обладает интерактивным интерфейсом. Методы и средства взаимодействия с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Разработанная программа обладает интерфейсом приведенным на рисунке 2

		

		Рис. 2. Интерфейс системы биграммного шифрования Плейфера

Зашифруем исходное сообщение «Первоисточник» для этого введем это сообщение в программе, в окошке «Введите открытый текст». После чего нажмем кнопку «Зашифровать». И увидим, что во втором окошке «Зашифрованный текст» увидим результат шифрования.
Результат шифрования приведен ниже на рисунке 3.



Рис. 3. Результат шифрования текста

		Также можно выполнить расшифрование текста, нажав на кнопку «Расшифровать» (рис. 4). 

		

		Рис. 4. Результат расшифрования текста

		При необходимости можно сохранить зашифрованные данные нажав кнопку «Сохранить файл». И при помощи кнопки «Выход» происходит закрытие программы.

		

		6. Выводы по работе

Испокон веков не было ценности большей, чем информация. ХХ век - век информатики и информатизации. Технология дает возможность передавать и хранить все большие объемы информации. Это благо имеет и оборотную сторону. Информация становится все более уязвимой по разным причинам:

возрастающие объемы хранимых и передаваемых данных; 

расширение круга пользователей, имеющих доступ к ресурсам ЭВМ, программам и данным; 

усложнение режимов эксплуатации вычислительных систем. 

Поэтому все большую важность приобретает проблема защиты информации от несанкционированного доступа (НСД) при передаче и хранении.

Поэтому в результате выполнения лабораторной работы была разработана программа, реализующая криптографический алгоритм шифрования и дешифрования с использованием открытого текста в качестве ключа по таблице Трисемуса. Разработанная программа написана на языке программирования Delphi 7.





		

		

		

		

		





3