МЕТОДЫ ШИФРОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены основные методы шифрования, которые применяются в криптографии для защиты информации от нежелательного доступа к ней. Так как в настоящее время владение информацией играет важную роль не только в жизни человека, но и государства, она всё больше нуждается в защите от посторонних лиц. Шифрование является наиболее распространенным и надёжным методом обеспечения безопасности информации, которое представляет собой преобразование информации для дальнейшего её расшифрования в случае необходимости авторизованным пользователям. Важной особенностью любого алгоритма шифрования является использование ключа, который утверждает выбор конкретного преобразования из совокупности возможных для данного алгоритма. В зависимости от признака шифрования существует несколько методов шифрования.

Цель исследования. Рассмотреть современные криптографические методы шифрования.

Материал и методы исследования. На основании учебных материалов и информационных ресурсов провести исследование, какие методы шифрования применяются для защиты информации.

Выводы. В современном мире существует множество различных криптографических методов шифрования для защиты информации, так как шифрование используется уже долгое время. В данной статье были рассмотрены лишь основные и наиболее часто реализуемые из возможных и известных методов шифрования. Некоторые методы обладают низкой криптоустойчивостью, что позволяет использовать их только в качестве элементов другой криптосистемы, другие методы являются более распространенными, но также имеют свои недостатки и преимущества. Несмотря на наличие недостатков в методах шифрования шифрование остаётся самым надёжным криптографическим способом обеспечения безопасности информации.

Ключевые слова: криптография; шифрование; алгоритмы замены; алгоритмы перестановки; алгоритмы гаммирования; симметричное шифрование; ассиметричное шифрование; поточное шифрование; блочное шифрование.

Введение. В современном мире, в котором каждый человек зависим от информации и информационных технологий, появляется сильная необходимость в защите информации от её незаконной передачи или хищения. Среди всех методов защиты информации наиболее надёжными являются криптографические методы, так как охраняется непосредственно сама информация, а не доступ к ней (например, зашифрованный файл нельзя прочесть даже в случае кражи носителя).

В первую очередь под криптографической защитой понимается шифрование, которое развивалось с давних времён и совершенствовалось с течением времени, подстраиваясь под развитие информации и переход к новым технологиям её хранения, передачи и получения.

Результаты исследования. В криптографии шифрование представляет собой преобразование информации в целях сокрытия её от посторонних лиц.  Главной целью шифрования является засекречивание данных от несанкционированного доступа, что обеспечивается с помощью специального ключа, который используется для расшифровки информации.

Шифрование помогает решить три основные задачи криптографии:

• обеспечение конфиденциальности – ограничение доступа к информации посторонним лицам;
• обеспечение целостности - гарантия на невозможность преобразования данных при передаче или хранении лицами, не имеющими на это право;
• обеспечение аутентификации - проверка подлинности субъектов или подлинности самой информации;

Существующие в современном мире способы шифрования могут быть классифицированы по различным признакам.

В качестве первого признака, по которому производится классификация, используется тип преобразования, осуществляемого с открытым текстом при шифровании. К данной группе относятся следующие методы:

• алгоритмы замены - фрагменты исходного текста (отдельные буквы или группа букв) заменяются некоторыми их эквивалентами (буквами, цифрами, символами или их комбинацией) в тексте;
• алгоритмы перестановки - буквы исходного текста при шифровании каким-нибудь способом меняются местами, то есть изменяется только порядок следования символов открытого текста;
• алгоритмы гаммирования - фрагменты исходного текста складываются с символами некой случайной последовательности [4, с. 16].

Данные методы обладают низкой криптостойкостью, поэтому используются только в качестве элементов криптосистемы.

Эффективным средством повышения стойкости шифрования является комбинированное шифрование с использование двух или более методов. На практике наибольшее распространение получили следующие комбинации:

• перестановка + гаммирование;
• замена + гаммирование;
• гаммирование + гаммирование;
• замена + перестановка.

В современной криптографии наиболее часто используются методы, классифицирующиеся по типу ключей. Пользователи имеют право на доступ к зашифрованной информации, если они обладают определенным аутентичным ключом. Вся сложность и, собственно, задача шифрования состоит в том, как именно реализован этот процесс. Такими методами являются:

• симметричное шифрование - используется один ключ (секретный), с помощью которого отправитель зашифровывает сообщение, а получатель его расшифровывает, данное преобразование является обратимым при этом секретный ключ передается от отправителя получателю по другому надёжному каналу [3, с. 4];
• асимметричное шифрование (криптосистема с открытым ключом) – используются два взаимосвязанных ключа: открытый ключ, который отправитель сообщает всем по незащищённому каналу связи для шифрования информации и проверки электронной подписи, и закрытый ключ, который используется для расшифровки информации и создания электронной подписи.

Симметричное шифрование обеспечивает высокую скорость обмена информацией по сравнению с ассиметричным шифрованием, но этот метод является менее надёжным из-за возможности перехвата секретного ключа. Недостатком асимметричных шифров является большая трудоемкость, что приводит к уменьшению скорости при шифровании [1, с. 88]. Поскольку вычисления в случае асимметричного шифрования сложнее, то процедура расшифрования занимает также больше времени.

Для компенсации недостатков симметричного шифрования в настоящее время широко применяется комбинированная криптографическая схема, в которой с помощью асимметричного шифрования передаётся сеансовый ключ, используемый сторонами для обмена данными с помощью симметричного шифрования. Также одним из важнейших недостатков симметричных шифров является невозможность их использования в механизмах формирования электронной цифровой подписи и сертификатов, потому что ключ известен каждой стороне.

Так как перед шифрованием исходный текст представляется в виде определённых последовательностей, называемых шифрвеличинами, существует следующая классификация:

• поточное шифрование – последовательно шифруется каждый символ исходного текста независимо от других [2, с. 16];
• блочное шифрование – исходный текст при шифровании делится на блоки фиксированной длины для увеличения количества шифрвеличин.

Большинство существующих шифров с секретным ключом однозначно могут быть отнесены либо к поточным, либо к блочным шифрам. Но теоретическая граница между ними является довольно размытой.

Поэтому существуют следующие основные различия между поточными и блочными шифрами в аспектах их безопасности и удобства:

• важнейшим достоинством поточных шифров перед блочными является высокая скорость шифрования, соизмеримая со скоростью поступления входной информации;
• структура поточного ключа может иметь уязвимые места, что предоставляет возможность получить дополнительную информацию о ключе;
• поточные шифры в отличие от блочных шифров могут быть подвержены частым атакам при помощи линейной алгебры и дифференциального анализа.

Список литературы.

1. Криптографические методы и средства защиты информации: учеб. пособие / Н.Г.Бутакова, Н.В.Федоров. – СПб.: ИЦ «Интермедия», 2019 – 384 с.
2. Криптографические методы защиты информации: учебник и практикум для академического бакалавриата / И. Н. Васильева. – М.: Издательство Юрайт, 2016. — 349 с. — Серия: Бакалавр. Академический курс. [электронный ресурс] — URL: https://static.my-shop.ru/product/pdf/226/2253908.pdf (дата обращения 28.05.2021).
3. Алгоритмы шифрования. Специальный справочник / Панасенко С.П. – СПб.: БХВ-Петербург, 2009. – 576 с.: ил.
4. Основы современной криптографии: учебный курс для высших учебных заведений /С.Г. Баричев, Р.Е.Серов - М.:«Горячая линия – Телеком», 2001. - 120 с. [электронный ресурс] — URL: https://bookree.org/reader?file=437455&pg=9 (дата обращения 28.05.2021).