Algoritmi de Criptare Clasici

Notiuni introductive

Criptografia reprezintă o ramură a matematicii care se ocupă cu securizarea informației precum și cu autentificarea și restricționarea accesului într-un sistem informatic. În realizarea acestora se utilizează atât metode matematice (profitând, de exemplu, de dificultatea factorizării numerelor foarte mari), cât și metode de criptare cuantică. Termenul criptografie este compus din cuvintele de origine greacă κρυπτός kryptós (ascuns) și γράφειν gráfein (a scrie).

Criptarea convenţională numită de asemenea şi criptare simetrică sau criptare cu o singură cheie a fost singurul tip de criptare folosit înaintea dezvoltării criptării cu cheie publică, dar rămâne totuşi cea mai răspândită dintre cele două.

Figura 1.

In Figura 1. Este reprezentat modelul simplificat al criptarii conventionale. Mesajul original inteligibil, numit şi text simplu, este convertit într-o secvenţă aparent aleatoare şi fără sens, numită text cifrat. Procesul de criptare presupune un algoritm de criptare şi o cheie de criptare. Această cheie este o valoare independentă de textul care se doreşte a fi criptat. Odată produs, textul criptat trebuie transmis destinatarului. La recepţie acest text criptat trebuie transformat în textul original folosind un algoritm de decriptare bazat pe aceeaşi cheie folosită la criptare. Securitatea criptării convenţionale depinde de mai multe aspecte. În primul rând algoritmul de criptare trebuie să fie destul de puternic pentru a face imposibilă o decriptare numai pe baza textului criptat. Pe lângă aceasta, securitatea criptării convenţionale mai depinde şi de securitatea cheii de criptare, nu a algoritmului. Astfel oponentului îi va fi imposibilă decriptarea mesajului pe baza textului criptat când se mai cunoaşte doar algoritmul de criptare. Cu alte cuvinte nu este nevoie de păstrarea în secret a algoritmului ci numai a cheii de criptare. Acest lucru oferă un avantaj foarte mare criptării convenţionale şi a ajutat la răspândirea ei pe scară largă.

Modelul criptarii conventionale:

O sursă produce un mesaj de tip text simplu (un şir de caractere) X = [X1,X2,…,XM]. Cele M elemente din X sunt nişte litere ale unui alfabet finit. În zilele noastre mult mai folosit este alfabetul binar [0,1]. Pentru criptare trebuie generată o cheie de forma K = [K1,K2,…,KJ]. Dacă cheia este generată de sursa mesajului aceasta trebuie transmisă destinatarului printr-un canal de comunicaţie sigur. O alternativă este ca o a treia parte să genereze cheia care să fie transmisă celor două părţi folosind o metodă cu grad înalt de securitate.

Cu mesajul X şi cheia de criptare K ca intrare, algoritmul de criptare formează textul criptat Y = [Y1,Y2,…,YN]. Astfel putem scrie:

Y = EK(X).

Această notaţie indică faptul că Y este produs folosind algoritmul E pe baza textului X cu o funcţie specifică determinată de valoarea cheii K. Destinatarul, aflat în posesia cheii, poate inversa procesul de transformare:

X = DK(Y) , unde D este algoritmul de decriptare.

Sistemele criptografice sunt clasificate dupa 3 criterii:

• Tipul operaţiilor folosite pentru transformarea textului simplu în text criptat. Toţi algoritmii de criptare sunt bazaţi pe două principii generale: substituţia, în care fiecare element din textul simplu (bit, literă, grup de biţi sau litere) este schimbat într-un alt element şi transpoziţia, în care fiecare element din textul necriptat este rearanjat. Cerinţa principală este ca nici o parte din informaţie să nu se piardă pentru ca operaţia de criptare să fie reversibilă. Cele mai multe sisteme criptografice combină cele două metode: substituţia şi transpoziţia.

• Numărul de chei folosite. Dacă ambii participanţi la tranzacţie, adică sursa şi destinaţia, folosesc aceiaşi cheie, atunci sistemul este numit simetric sau criptare convenţională. Dacă sursa şi destinaţia folosesc chei diferite pentru criptare, respectiv decriptare, sistemul este numit asimetric sau criptare cu chei publice.

• Metoda prin care textul este procesat. Un cifru-bloc procesează la intrare un bloc de elemente la un moment dat, producând la ieşire câte un bloc pentru fiecare bloc de intrare. Un cifru continuu procesează un singur element la intrare, producând ca ieşire tot un singur element, procesul de criptare având un flux continuu.

Procesul prin care se încearcă descoperirea lui X sau K, adică a textului necriptat, respectiv a cheii de criptare, se numeşte criptanaliză (criptoanaliză). Strategia folosită de criptanalist depinde de natura procesului de criptare folosit şi de informaţia disponibilă acestuia.

Utilizatorii algoritmilor de criptare au două cerinţe generale asupra acestora:

• Costul spargerii codului să depăşească valoarea informaţiei criptate;

• Timpul necesar spargerii codului să depăşească timpul de viaţă al informaţiei, adică timpul până când informaţia are valoare.

Un algoritm de criptare care satisface aceste două cerinţe este numit algoritm cu securitate computaţională

Algoritmi de criptare clasici

Algoritmii de criptare clasici au fost folositi inaintea erei calculatoarelor, studiul acestor algoritmi ajuta la o mai buna intelegere a criptarii conventionale deoarece acestia stau la baza metodelor de criptare modern folosite in zilele noastre, precum si intelegerea tipurilor de atacuri criptoanalitice care trebuie anticipate.

Cea mai veche şi mai simplă tehnică de substituţie cunoscută este aceea folosită de Julius Caesar. Tehnica de substituţie este aceea în care litere din textul simplu sunt înlocuite cu alte litere, cifre sau simboluri formând textul criptat. Dacă textul simplu este văzut ca o secvenţă de biţi atunci substituţia implică înlocuirea unei secvenţe de biţi cu o secvenţă de biţi criptată.