Резюме. 
Криптографические методы защиты информации

Целью криптографии является защита содержимого секретных сообщений при их передаче по незащищенному (открытому) каналу. Задачей стеганографии является сокрытие самого факта передачи секретных сообщений, т. е. создание скрытого (подсознательного) канала.

Криптографическое преобразование информации — взаимно-однозначное математическое преобразование, зависящее от секретного параметра — ключа. Результат шифрования называется криптограммой или шифротекстом. Шифр описывается криптографическим алгоритмом и однозначно определяется ключом.

Методы раскрытия зашифрованного текста без знания секретного ключа называются криптоанализом. Целью криптоанализа может быть как получение открытого текста, так и определение секретного компонента шифра — ключа. Надежность шифра — степень гарантии того, что шифр невозможно взломать без знания ключа шифрования — называется его стойкостью (криптографической стойкостью, криптостойкостью).

История криптографии насчитывает несколько тысячелетий. При этом все шифры могут быть сведены к двум базовым типам: замене (подстановке) и перестановке.

Подстановочные шифры (шифры замены) выполняют замену символов текста на другие символы, шифры перестановки изменяют порядок следования символов сообщения, не заменяя их. Примерами перестановочных шифров являются древнегреческая «скитала», табличные перестановки, решетки Кардано.

Замены могут быть простыми (одноалфавитными) и сложными (многоалфавитными). В шифре простой замены каждый символ исходного текста заменяется символами шифр-алфавита одинаково на всем протяжении текста, т. е. после того, как шифр-алфавит был определен, он не меняется на протяжении всего процесса шифрования. Примерами шифров простой замены являются шифр Цезаря, шифр индийских женщин, замена по таблице (табличная замена), квадрат Полибия, омофонический шифр замены.

Шифры простой замены не нарушают статистических характеристик языка исходного текста, поэтому они могут быть легко взломаны с помощью частотного анализа — метода криптонализа, базирующегося на использовании статистических закономерностей естественного языка. К перестановочным шифрам может быть применен частотный анализ на основе буквосочетаний.

Шифр сложной замены состоит из нескольких простых подстановочных шифров. Сложную замену называют многоалфавитной, так как для шифрования каждого символа исходного сообщения применяют свой шифр простой замены, используемые алфавиты последовательно и циклически меняются. Шифр сложной замены также может быть подвергнут криптоанализу в случае, если используемые ключи не являются случайными. Примерами шифров сложной замены являются шифр Виженера, гаммировапие и шифры колонной замены.

Шифр сложной замены, заключающийся в сложении по модулю символов текста с символами случайной ключевой последовательности, называется гаммированием. Шифр гаммирования будет абсолютно стойким (невзламываемым), если на использование его ключа наложен ряд ограничений: ключ является абсолютно случайной последовательностью, его длина не короче длины открытого сообщения, ключ используется однократно. В этих предположениях шифр гаммирования известен как шифр Вернама или «одноразовый шифровальный блокнот». Применение такого шифра на практике сопряжено с рядом трудностей, связанных с проблемами генерации, распределения и синхронизации ключей.

Шифры колонной замены были механизированы с использованием электромеханических шифрующих машин, что позволило существенно увеличить число используемых ключей и значительно затруднить криптоанализ. Однако на современном этапе развития вычислительной техники они не могут обеспечить достаточного уровня стойкости.

Алгоритмы шифрования проводят преобразование исходной информации некоторыми порциями. Такими порциями могут быть отдельные биты, символы или группы (бит, символов) фиксированного размера — блоки. В перестановочных шифрах изменение исходной информации (перестановка символов) всегда производится в пределах некоторого блока. Таким образом, все шифры перестановки являются блочными.

По размеру преобразуемой информации шифры делятся на блочные и потоковые. Блочные шифры осуществляют преобразование информации блоками фиксированной длины, результат шифрования фактически зависит от всех исходных символов блока. Потоковые (поточные) шифры предназначены для поэлементного преобразования. Потоковые шифры могут рассматриваться как частный случай блочных шифров с размером блока, равным единице.

Классические шифры заложили основу для развития и понимания современных криптосистем.