 |
Моделирование криптосистемы
|
|
|
|
- Цель работы
Освоить порядок моделирования криптосистемы с помощью программы Multisim 11.0.2.
- Общие сведения
При шифровании методои гаммирования вначале каждую букву открытого текста преобразуют в число. Затем к каждому числу прибавляют секретную псевдослучайную числовую последовательность (гамму). По этой причине такой шифр порой называют аддитивным шифром.
При описании этого шифра авторы используют термины типа: суммирование, прибавление, добавление… Нужно чётко помнить, что в классическом шифре гаммирования слияние (соединение, трансформация) символов открытого текста и символов гаммы осуществляется с помощью логической операции Исключающее ИЛИ.
Слияние символов гаммы и символов открытого текста осуществляется поразрядно. Процедуру прибавления гаммы к открытому тексту удобно реализовать с помощью двоичных чисел. При этом на каждый бит открытого текста накладывается бит секретной гаммы. Понятно, что гамма должна быть известна на передающей и приёмной сторонах.
Рассмотрим детальнее процедуру шифрования методом гаммирования. При формировании гаммы генератор формирует псевдослучайную последовательность битов: g1, g2, g3,…, gn. Этот поток битов и поток битов открытого текста p1, p2, p3,…, pn подвергаются поразрядно логической операции Исключающее ИЛИ. В результате получается поток битов криптограммы:
ci = pi Å g i.
При расшифровании криптограммы на приёмной стороне операция Исключающее ИЛИ выполняется над битами поступившей криптограммы и тем же самым потоком гаммы:
pi = ci Å g i.
Благодаря особенностям логической операции Исключающее ИЛИ на приёмной стороне операция вычитания заменяется логической операцией Исключающее ИЛИ. Сказанное иллюстрируем примером.
|
|
|
Предположим, что открытый текст Р = 10011001, а гамма G = 11001110. В результате шифрования на передающей стороне криптограмма С будет иметь следующий вид:
| Р | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| G | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| C | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
На приёмной стороне над криптограммой и гаммой повторно выполняется логическая операция Исключающее ИЛИ:
| C | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| G | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Р ` | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
Из этих таблиц видно, что переданный и принятый байты одинаковые.
В ЭВМ преобразование открытого текста в числа происходит естественным путём, так как каждый символ при вводе с клавиатуры кодируется двоичным числом. Для определённости будем считать, что сообщение в ЭВМ кодируется с помощью кодовой таблицы CP-1251. Результаты всех преобразований поместим в таблицу.
| Открытый текст | Г | Д | Е | А | Б | Б | А |
| Десятичное число | 195 | 196 | 197 | 192 | 193 | 193 | 192 |
| Двоичное число | 11000011 | 11000100 | 11000101 | 11000000 | 11000001 | 11000001 | 11000000 |
| Гамма (десятич.) | 32 | 18 | 36 | 11 | 61 | 23 | 3 |
| Гамма (двоич.) | 00100000 | 00010010 | 00100100 | 00001011 | 00111101 | 00010111 | 00000011 |
| Криптогр. (двоич.) | 11100011 | 11010110 | 11100001 | 11001011 | 11111100 | 11010110 | 11000011 |
| Криптогр. (десят.) | 227 | 214 | 225 | 203 | 252 | 214 | 195 |
| Криптограмма | г | Ц | б | Л | ь | Ц | Г |
Для наглядности результат шифрования переведён с помощью таблицы CP-1251 в буквы. Из таблицы видно, что открытый текст был записан прописными буквами, а криптограмма содержит как прописные, так и строчные буквы. Очевидно, что если все значения гаммы равны нулю, то в линию будет передан открытый текст. Если же все значения разрядов гаммы равны единицам, то в линию поступит инвертированный открытый текст.
Следует запомнить.
Недопустимо в реальных криптосистемах повторно использовать гамму для шифрования нового текста. Число символов гаммы должно быть не меньше числа символов открытого текста, то есть нельзя циклически повторять гамму.
|
|
|
Задания на выполнение лабораторной работы
Задание 1. Исследование шифра гаммирования
Выполнить моделирование криптосистемы, которая базируется на шифре гаммирования. Принципиальная схема криптосистемы показана на рисунке. Значения открытого текста и гаммы нужно записать в Word Generator. Содержимое Генератора слов (Word Generator XWG1), показанное на рисунке, соответствует варианту 17.
Исходные данные в шестнадцатеричной СС для моделирования и расчётов приведены в таблице.
Таблица 3.1.1
| Вар. | Открытый текст | Гамма | Вар. | Открытый текст | Гамма |
| 1 | CAFÉ1945 | 1bA617E7 | 9 | 0dA2bAC9 | 914FbAC9 |
| 2 | AbbA1812 | 29FE18db | 10 | C0d3dACA | 10A5AA09 |
| 3 | bAbA3141 | 3Cd419EA | 11 | 6АС4E2E4 | 11FdAA48 |
| 4 | dEdAC0d4 | 41F920A3 | 12 | EdA5CAdA | 12CdAdA5 |
| 5 | bEdAC0d5 | 579A21Fd | 13 | AbCdA137 | 13F4dAdA |
| 6 | 6А6АC0d6 | 6dbA22dA | 14 | AdE52008 | 14AdbdAC |
| 7 | С00С2009 | 78bdAb38 | 15 | EA431917 | 15FAEAE7 |
| 8 | 600С2012 | 8AEF10bd | 16 | 22061941 | dAEE16b9 |
| 17 | C0d7 | 23b6 |
Несложно заметить, что шестнадцатеричные числа в таблице 3.1.1 записаны прописными и строчными буквами. Это связано с особенностью конструкции семисегментного индикатора (см. схему исследований), который не позволяет представить все шестнадцатеричные числа заглавными буквами.
Кроме моделирования криптосистемы в программе Multisim в этом задании нужно выполнить ручной расчёт, используя те же исходные данные.
|
|
|
