Šifry

Šifrování neboli kryptografie je věda o kódování a dekódování informace určené k přenosu. S tématem je spojená kryptoanalýza (dekódování ve smyslu luštění). Šifry mohou být děleny na symetrické (k zakódování a dekódování je zapotřebí stejný klíč) a asymetrické (k zakódování je použit veřejný klíč, k dekódování soukromý).

Klasické šifrování

Jedná se o šifry, jež lze provozovat jen s tužkou a papírem.

Substituční šifry

Metoda spočívá v nahrazení symbolů jinými.

Ceasarova šifra: Je monoalfabetická. Založena je na dvou identických znakových řetězcích, které jsou vůči sobě posunuty o n-1 pozic, kdy n je počet znaků v řetězci. Klíčem je právě počet pozic, o který jsou řetězce posunuty. K prolomení šifry slouží frekvenční analýza.

Atbaš: Je monoalfabetická. U znaků ve znakovém řetězci se určí pozice v abecedě od jejího počátku a příslušný znak je nahrazen znakem stejné pozice, ale počítané od konce. Klíčem je zde samotný princi šifrování.

Šifrovací kříže: Zpráva je zapsána v daném směru s předem určenými pozicemi kolem kříže, čtverce, či jiného předem smluveného symbolu s určitým počtem vrcholů. Na jeden takový kříž se vejdou právě 4 znaky. Zápis do šifry probíhá následovně: písmena nacházející se na levé straně všech křížů jsou zapsána za sebe, následují ostatní strany, dokud nejsou kříže "vypsány". Klíčem je tvar symbolu, počáteční pozice a směr zapisování.

Polybiův čtverec: Znaky abecedy jsou náhodně zapsány do čtverce. Sloupce a řádky očíslovány a kombinace těchto dvou čísel jsou substitucí šifrovaného znaku.

Vigenèrova šifra: Je polyalfabetická. Šifrování probíhá pomocí série různých posunů jako u Ceasarovy šifry. Jednotlivé posuny jsou závislé na písmenech klíče. Je použito Vigenèrova čtverce. Šifra je odolná proti běžné frekvenční analýze. Dešifrování probíhá promocí Kasického testu (bigramů a trigramů, určením jejich vzdálenosti lze odhalit délku opakujícího se klíče), či Friedmanova testu (pomocí indexu koincidence jazyka lze přibližně vypočítat délku klíče). Jakmile je tato perioda klíče objevena, proběhne rozdělení zašifrovaného textu na n množin, kde n je délka klíče a každá množina odpovídá právě tomu písmenu podle kterého byla zašifrována. Dále je uplatněna běžná frekvenční analýza jednotlivých množin.

Vernamova šifra: je stejná jako Vigenèrova, ale s tím rozdílem, že kódové slovo je stejně dlouhé jako zašifrovaná zpráva. Nevzniká perioda klíčového slova, takže není ani možné uplatnit frekvenční analýzu. Bez znalosti klíče je tato šifra nerozluštitelná, stačí jen dodržet zásady neopakování a dostatečné délky klíče. Bývá nazýván také také one-time pad, což poukazuje na důležitost neopakování klíče.

Transpoziční šifry

Fungují na principu přemístění znaků v šifrované zprávě.

Skytalé: Je systém vertikálního zápisu šifrovaného textu na papyrový pruh, který je omotán kolem válce. Tloušťka válce je klíč pro dešifrování.

Šifrovací mřížka: Užívá se čtvercová tabulka (např. 8x8), ve které jsou v jednotlivé čtverce odstraněny tak, aby po rotaci této šablony nebyl žádný čtverec obsazen dva a vícekrát. Skrze šablonu se na podkladovou tabulku, o stejných rozměrech jako má šablona, zapíší postupně znaky z řetězce zprávy určené k zašifrování. Jsou li všechna "děravá" místa šablony zaplněna, proběhne rotace o 90° v daném směru, po dalším zaplnění následuje rotace o dalších 90° v témže směru. Po zapsání zprávy je šablona odstraněna a prázdná pole jsou vyplněna náhodnými znaky. Klíčem je šablona.

Elektromechanické šifrování

Je založeno na sadě rotorů, které kombinují mechanické a elektrické součástky.

Enigma: nejznámější elektromechanický kódovací systém. Obsahovala 3-8 rotorů, v některých případech i reflektor. Kryptoanalýza byla úspěšná již před druhou světovou válkou, podíleli se na ní Polští a Britští kryptoanalytici.

Sigaba: neboli konvertor M-134, byla americká lepší verze Enigmy(15 rotorů). Prolomení kódu Enigma bylo dosaženo díky nedostatečně náhodnému posunu rotorů, zde se o náhodnost posunu staraly papírové pásky s vodivými „dírami“. Problém byl v křehkosti papírových pásek, na bojišti mnoho nevydržely.

Typex: Britská verze Enigmy. Disponoval ručně nastavitelným rotorem.

Purple: Japonský kryptografický systém opět založený na systému rotujících válců. Byl prolomen velmi rychle, jelikož si nesl již objevené chyby svého předchůdce Red.

Počítačové šifrování

DES: Myšlenkou je překonání statistické analýzy textu. Dosaženo toho bylo transformací otevřeného textu do šifrového textu, tak aby šifrový text byl stejně pravděpodobný. Jedná se o smíšenou substitučně-transpoziční šifru. Text je rozdělen do 64-bitových bloků a používá 56-bitový klíč. Jsou využity permutace, cyklické posuny, XOR a další funkce. Stále spadá pod symetrické šifrování.

Triple DES: Je zakódovaný, rozkódovaný a znovu zakódovaný standard DES, kdy při každém kroku je použit odlišný klíč.

AES: Podobně jako DES se jedná o smíšenou substitučně-transpoziční šifru. Používá klíče o délce 128, 192 a 256 bitů, polynomických převodů, kódování po 128 bitových blocích. Stále je to symetrická šifra.

RSA: Asymetrické šifrování - je zapotřebí jeden soukromý a veřejný klíč. Využívá metod modulární matematiky a součinu prvočísel. Prolomení kódu je při současných výkonech počítačů velmi zdlouhavé a v praxi prakticky nemožné.

Diffie-Hellmanova výměna klíčů: Jedná se o matematický model veřejné výměny a dopočítání klíčů, které umožní šifrovanou komunikaci přes plně odposlouchávaný kanál. Výměna je zranitelná v jednom konkrétním komunikačním kroku v případě, že útočník dokáže komunikaci zachytit a pozměnit.

ElGamal: Je kryptosystém podobný Diffie-Hellman systému, také využívá princip obtížné řešitelnosti problému diskrétního algoritmu.

Odkazy

Použitá literatura

IVÁNEK, Jiří. Vybrané kapitoly kódování informací. Praha, 2007. Studijní text. Univerzita Karlova.

IVÁNEK, Jiří, Radim JIROUŠEK, Petr MÁŠA, Jan TOUŠEK a Norbert VANĚK. Principy digitální komunikace. Vyd. 1. Voznice: Leda, 2006, x, 309 s. ISBN 80-733-5084-X.

VONDRUŠKA, Pavel. Kryptologie, šifrování a tajná písma. 1. vyd. Praha: Albatros, 2006, 340 s. Oko (Albatros). ISBN 80-000-1888-8.

Externí odkazy

Kryptologie aneb šifry včera, dnes a zítra

Související články

• Symetrická kryptografie
• Asymetrická kryptografie

Klíčová slova

Šifra, Dekódování, Šifrovací klíč, Klasické šifry, elektromechanické šifry, počítačové šifry.