Рейтинг:11

Общие классические шифры

флаг tl

Изучая криптографию, первое, что изучает каждый студент, — это некоторые исторические шифры. Этих шифров слишком много, чтобы назвать их все. Итак, мой вопрос: каковы самые важные классические шифры (о которых должен знать каждый криптограф)?

Рейтинг:15
флаг cn

Криптография, какой мы ее знаем сегодня, восходит к эпохе Возрождения, в определенном смысле, в математическом смысле. --Уитфилд Диффи

Если вы посмотрите на вводные тексты по криптографии, вы, как правило, увидите некоторые из тех же шифров, методов и криптографических инструментов, которые описаны в главе о классической криптографии:

Скитейл, инструмент для выполнения шифра перестановки

Площадь Полибия, для разделения символов открытого текста

Шифр Цезаря, шифр замены с ключом

Кодовые книги, книга для хранения криптографических кодов

Табула прямой кишки, квадратная таблица, определяющая полиалфавитный шифр

биграфическая замена делла Порта, своего рода полиграфическая подмена

Омофоническая замена, сопоставление букв открытого текста более чем одной букве зашифрованного текста

шифр Виженера, своего рода полиалфавитная замена

Шифр с автоключом Виженера, ключевое слово используется для создания ключевого потока и исходного открытого текста.

Столбчатая транспозиция, записывая сообщение в строки и столбцы, чтобы транспонировать его

Одноразовый блокнот, метод и модель шифрования. По сегодняшним меркам одноразовый блокнот — это не шифр.

Шифр Плейфера, шифр замены биграммы

Бифидные и трехфидные шифры, бифид использует квадрат Полибия и транспонирование; трифида использует фракционирование и транспонирование

Шифры ADFGX и ADFGVX, шифры, использовавшиеся Германией во время Первой мировой войны. ADFGVX использовал квадрат Полибия для дробления, столбцовой транспозиции и алфавитной транспозиции.

Аффинный шифр, одноалфавитный шифр замены

шифр VIC, сложный шифр с использованием генератора Фибоначчи с запаздыванием, транспозиции столбцов, перекрывающей шахматной доски и сложения цепочек по модулю 10 — все построено на основе запомненной информации.

Шифр Хилла, который открывает новое измерение полиграфического шифра подстановки, основанного на алгебре.

Что, скорее всего, будет рассмотрено во вводном учебнике:

Шифр Цезаря - моноалфавитная замена
Шифр Виженера - многоалфавитная замена
Аффинный шифр
Одноразовый блокнот
Шифр Хилла

Что вряд ли будет покрыто:

Распределяющие шахматные доски (фракционирование)
шифр VIC
Омофоническая замена необычными символами
шифр Бофорта
Нигилистический шифр
шифр Била

Важно отметить, что Уитфилд Диффи отмечает, что критический прогресс в криптографии был сделан в эпоху Возрождения благодаря Леон Баттиста Альберти (1404–1472): различие между криптографическим ключом и криптографической системой. (1) До эпохи Возрождения это различие было трудно провести, потому что системы были очень простыми. Например, при использовании кодовой книги все затраты ложатся на кодовую книгу, секретную часть, а не на систему поиска открытого текста и написания зашифрованного текста. Инновация эпохи Возрождения была методом, который сопротивлялся криптоанализу, перекладывая расходы на общедоступную часть, систему, делая секретную часть дешевой. (2) Будучи увлеченным исследователем истории криптографии, Диффи связывает ранний прогресс в классической криптографии с одним из своих достижений, и криптографу было бы полезно это понять.


РЕДАКТИРОВАТЬ:

В качестве еще одного способа ответить на этот вопрос я просмотрел несколько вводных учебников университетского уровня, чтобы узнать, какие темы они касаются классической криптографии. моноалфавитный и полиалфавитный обратитесь к общему обсуждению:

введите описание изображения здесь


  1. Первоначальный вклад Альберти в криптографию можно найти в его «О написании шифрами» в главах 13-23. Они обсуждаются Лайонелом Марчем в «Математических работах Леона Баттисты Альберти», Spinger, 2010.

  2. Уитфилд Диффи, Информационная безопасность — до и после криптографии с открытым ключом, YouTube, видео 1BJuuUxCaaY.

Titanlord avatar
флаг tl
Большое спасибо за ответ! Но почему вы не включили Энигму в свой список?
Patriot avatar
флаг cn
@Titanlord Хороший вопрос! Машины с электромеханическим ротором и даже устройство с неэлектрическим ротором, такое как M-209, не считаются принадлежащими к классической криптографии. У машин Enigma было что-то вроде IV, а у Enigma с тремя роторами немецкой армии / ВВС было около 2 ^ {67} $. Эта сила намного выше, чем любая классическая система шифрования (кроме OTP).
флаг cn
Классические шифры часто считаются такими же, как *могут быть сделаны с ручкой и бумагой*. Роторные машины - это отдельная категория, где Энигма как раз самая известная, но не единственная.
Daniel Bragg avatar
флаг cn
Это замечательная таблица, которую вы предоставили, в которой указано, с какими авторами вы хотели бы познакомиться для изучения этих методов. Не могли бы вы предоставить библиографию этих авторов? Например, я решил, что хотел бы прочитать работы Шнайера (Прикладная криптография — Amazon), Баумслага (Курс математической криптографии? — Amazon) и Воденэ (?)
Patriot avatar
флаг cn
@ Даниэль Брэгг Да, когда у меня будет время, я сделаю именно это.
Рейтинг:5
флаг ng

Сомнительно, что исторические шифры необходимы для понимания того, как работает современная криптография. К этому исторический Принципы Керкхоффса (особенно второе: ключ должен быть единственным секретом) гораздо нужнее ИМХО.

С другой стороны, исторические шифры и их ловушки полезны для понимания того, как атакующий криптография работает и как криптография не должна работать.

Краткий список распространенных и интересных исторических шифров:

  • шифр Цезаря, современное описание которого может быть таким: символы принадлежат конечная группа, ключ — это символ, шифрование — это добавление ключа в группу, дешифрование отменяет это путем добавления противоположного ключа в группу. Эта формулировка охватывает модульное сложение (самый обычный шифр Цезаря), ROT13 и XOR с ключом.
  • аффинный шифр: символы принадлежат конечному звенеть, ключ состоит из двух символов $а$, $b$ с $а$ обратим в кольце, шифрование $x\mapsto a\cdot x+b$ на ринге. Эта формулировка охватывает кольцо $\mathbb Z_{26}$ (самый обычный аффинный шифр) и (добавляя группировку символов) Шифр Хилла.
  • Моноалфавитная замена, где ключ биекция набора символов (вышеупомянутые являются частным случаем одноалфавитной замены).
  • Шифр Виженера, который расширяет шифр Цезаря, используя циклически меняющийся ключ.Этот принцип расширения также применим к любому из вышеперечисленных (хотя результат нельзя назвать шифром Виженера).
флаг ar
Связано: [Использовались ли аффинные шифры на практике?] (https://crypto.stackexchange.com/questions/43399/have-affine-ciphers-actually-been-used-in-practice)
Рейтинг:2
флаг cn

Я не могу подробно остановиться на других ответах, но вместо этого я хотел бы сосредоточиться конкретно на одном. Он выделяется среди всех остальных, поскольку является «классическим» шифром, но все еще используется. И его использование расширяется.

одноразовый блокнот находится в постоянном использовании уже более ста лет и набирает обороты. Является логическим продолжением Вернам шифра, но, возможно, он был изобретен на 35 лет раньше банкиром из Сакраменто по имени Фрэнк Миллер (см. Фрэнк Миллер: изобретатель одноразового блокнота).

Тем не менее, из его вопросов генерации ключей, управления и повторного использования ключей можно многому научиться. И понятия энтропии и ее измерения. Особенно, если учесть количество вопросы на этом сайте, которые неправильно истолковывают его или пытаются его улучшить.

Кроме того, ведется обширная исследовать и инвестиции по всему миру в решение ключевой проблемы дистрибуции в виде сети распределения квантовых ключей. Некоторые сейчас требовать достичь ~ 1 Гбит / с просеянного ключевого материала на расстояния, превышающие 20 000 км! Все ради столетнего шифра.

Ответить или комментировать

Большинство людей не понимают, что склонность к познанию нового открывает путь к обучению и улучшает межличностные связи. В исследованиях Элисон, например, хотя люди могли точно вспомнить, сколько вопросов было задано в их разговорах, они не чувствовали интуитивно связи между вопросами и симпатиями. В четырех исследованиях, в которых участники сами участвовали в разговорах или читали стенограммы чужих разговоров, люди, как правило, не осознавали, что задаваемый вопрос повлияет — или повлиял — на уровень дружбы между собеседниками.