2. Определить алфавит криптосистемы (открытого текста и шифртекста). Если алфавит не задан в варианте, выбрать его самостоятельно, так, чтобы он включал в себя символы используемого в примере открытого текста. Например, русский, английский, ASCII. Поставить символам исходного алфавита в соответствие символы из алфавита Zn (n – основание алфавита).
3. Написать программу генерации случайных ключей шифра, оценить размерность ключевого пространства.
4. Написать програму, реализующую шифрование на заданном ключе открытого текста, состоящего из символов заданного алфавита. Открытый текст, ключ и шифртекст должны быть представлены отдельными файлами.
5. Написать програму для реализации алгоритма дешифрования полученного файла шифртекста при известном ключе.
6. Провести тестирование программ
- на коротких тестовых примерах.
- на текстах в несколько страниц
3.2. Лабораторная работа №2
Тема: криптоанализ симметричных криптосистем.
Провести эксперимент по определению практической стойкости, алгоритма, разработанного в лабораторной работе №1.
Считать, что противнику известен алгоритм шифрования. Выбрать наилучший с его точки зрения алгоритм подбора ключа и обосновать свой выбор. Использовать методы:
- анализа статистических свойств шифртекста (частот появления букв).
- силовую атаку (полный перебор ключей).
- другие (если есть более эффективные)
С помощью программы, реализующей выбранный алгоритм криптоанализа провести экперимент по вскрытию шифртекстов различного размера.
При использовании статистического криптоанализа использовать таблицы, приведенные в приложении или подсчитать частоты появления букв используемого алфавита в тексте, частью которого является текст примера.
Для проверки на «осмысленность» полученного текста создать мини-словарь из части слов, встречающихся в тексте примера.
Построить графики зависимости времени криптоанализа от параметров алгоритма шифрования (длины или других параметров ключа, размера шифртекста или др., в зависимости от алгоритмов шифрования и криптоанализа).
В результате эксперимента определить параметры алгоритма шифрования (размер передаваемого текста, размер и характеристики ключа, объем ключевого пространства и другие параметры алгоритма шифрования), необходимые для практической криптостойкости разработанного в лабораторной работе №1 алгоритма ширования.
Практической криптостойкостью в данной работе будем считать невозможность взлома шифра противником, имеющим в распоряжении один ПК мощности, равной мощности компьютера, на котором делалась работа и один час времени.
4. Варианты
Основные варианты:
Вариант 1. Шифрующие таблицы с числовым ключом
Вариант 2. Шифр Гронсфельда с ключевым словом
Вариант 3. Алгоритм, реализующий идею «диска Альберти» для русского алфавита
Вариант 4. Шифр Цезаря с ключевым словом
Вариант 5. Шифрующие таблицы с перестановкой по ключу –размеру таблицы.
Вариант 6. Полибианский квадрат для русского алфавита.
Вариант 7. Шифр Гронсфельда с числовым ключом
Вариант 8. Шифр Кардано без поворотов.
Вариант 9. Шифр Плейфера
Вариант 10. Шифрующие таблицы с ключевым словом
Вариант 11. Шифр Цезаря многоалфавитный
Вариант 12. Шифр гаммирования с линейным конгруэнтным генератором ключей
Вариант 13. Аффинная система подстановок Цезаря
Вариант 14. Шифр Вижинера с числовым ключом
Вариант 15. Шифр Хилла для 3-грамм
Вариант 16. Шифрующие таблицы Трисемуса
Вариант 17. Шифр Вернама.
Вариант 18. Алгоритм, реализующий идею «диска Альберти» для английского алфавита
Вариант 19. Шифр Вижинера с ключевым словом
Вариант 20. Шифр гаммирования с генератором ключей на основе датчика случайных чисел
Вариант 21. Полибианский квадрат для английского алфавита.
Вариант 22. Шифрующие таблицы с двойной перестановкой по ключевому слову.
Вариант 23. Шифр Уинстона
Вариант 24. Шифрующие таблицы с двойной перестановкой по числовому ключу.
Дополнительные варианты(повышенной сложности):
Вариант 25. Магические квадраты
Вариант 26. Шифр Кардано с поворотами.
5. Приложение .
Приложение 1: Таблица вероятностей букв в русских текстах.
| буква | пробел | о | е или ё | а | и | н | т | с | р | в | л |
| вер-ть | 0,175 | 0,090 | 0,072 | 0,062 | 0,062 | 0,053 | 0,053 | 0,045 | 0,040 | 0,038 | 0,035 |
| буква | к | м | д | п |
|
| у | я | з | ы | б |
| вер-ть | 0,028 | 0,026 | 0,025 | 0,023 | 0,021 | 0,018 | 0,016 | 0,016 | 0,014 | 0,014 | 0,013 |
| буква | ъ или ь | г | х | ж | ш | ю | ц | щ | э | ф |
|
| вер-ть | 0,012 | 0,010 | 0,009 | 0,007 | 0,006 | 0,006 | 0,004 | 0,003 | 0,003 | 0,002 |
Приложение 2. Таблица вероятностей букв в английских текстах.
| буква | пр-л | е | t | а | о | n | i | s | r |
| вер-ть | 0,185 | 0,097 | 0,076 | 0,064 | 0,062 | 0,057 | 0,056 | 0,052 | 0,047 |
| буква | h | l | d | с | u | p | f | м | w |
| вер-ть | 0,04 | 0,031 | 0,028 | 0,025 | 0,018 | 0,018 | 0,018 | 0,017 | 0,016 |
| буква | y | в | g | v | к | q | x | j | z |
| вер-ть | 0,015 | 0,013 | 0,013 | 0,007 | 0,039 | 0,002 | 0,002 | 0,001 | 0,001 |