Криптология, криптография и криптоанализ

Приступим к разбору теории, которая понадобится тебе при написании итогового проекта. Из этой лекции ты узнаешь больше о криптологии и ее составляющих. А заодно — о шифре, который ты будешь использовать при написании итогового практического проекта.

1. Криптология и ее составляющие

Криптология — это наука о шифрах, которая включает в себя:

● Криптографию (область знаний).

Предмет изучения криптографии — шифрование информации для ее защиты от несанкционированного доступа. Такой информацией может быть текст, цифровое изображение, звуковой сигнал и т.д. При шифровании образуется зашифрованная версия информации (данных), которую называют шифротекстом, закрытым текстом, криптограммой.

● Криптоанализ (методы раскрытия этих шифров).

Криптоанализ изучает методы вскрытия шифров и способы их применения. То есть, выполняет обратную задачу: изучает способы превратить зашифрованную информацию в открытую.

2. Криптографический ключ

Ключ — это набор данных, с помощью которого выполняется шифрование и расшифровка информации. Успешность дешифровки зависит от используемого ключа. Если по какой-то причине к нему утерян доступ, расшифровать данные будет невозможно. Объем информации, который хранится в криптографических ключах, измеряют в битах. А это значит, что у криптографического ключа есть длина. Максимальная надежность шифрования обеспечивается при длине от 128 бит.

Разновидности криптографических ключей

1. Симметричные (секретные). Их используют в алгоритмах симметричного типа. Основное назначение — обратное или прямое криптографическое преобразование (шифрование/дешифрование, проверка кода аутентификации сообщения).
2. Ассиметричные. Применяются в в шифровальных алгоритмах асимметричного типа (например, при проверке электронной цифровой подписи). Мы будем работать с симметричным алгоритмом шифрования, поэтому не будем вдаваться в лишние подробности.

3. Алфавит в криптографии

Алфавит — это законченное множество символов, которые используют для кодирования информации символов.

4. Подходы к криптоанализу Существует много разных подходов и методов к криптоанализу (взлому шифров). Опишем самые простые из них:

1. Brute force (брутфорс, поиск грубой силой) — перебор ключей, который выполняется до того момента, пока не найдем подходящий. Плюс метода состоит в простоте, минус — в том, что он не подходит для шифров, которые используют большое количество возможных ключей.

2. Криптоанализ на основе статистических данных — при таком подходе собирается статистика по вхождению разных символов в зашифрованном тексте, а потом для их расшифровки используются статистические данные о частоте вхождения в открытый текст разных символов.

   Например: мы знаем, что использование буквы “П” в текстах составляет 8%. Анализируя зашифрованный текст, мы ищем символ, который встречается в процентном соотношении такое же количество раз и делаем вывод, что это буква “П”.

   Минус этого подхода — зависимость от языка, авторство текста и его стилистика.

5. Шифр Цезаря

Это один из самых простых и известных методов шифрования. Назвали его, само собой, в честь императора Гая Юлия Цезаря, применявшего его для секретной переписки с генералами.

Шифр Цезаря — это шифр подстановки: в нем каждый символ в открытом тексте заменяется на символ, который находится на некотором постоянном числе позиций левее или правее него в алфавите.

Допустим, мы устанавливаем сдвиг на 3. В таком случае А заменится на Г, Б станет Д, и так далее.

Это минимум теоретических данных, которые понадобятся тебе для выполнения итогового проекта. Переходим к описанию задания!

Итоговый проект к модулю Java Syntax. Пишем криптоанализатор

Задача: написать программу, которая работает с шифромЦезаря

За основу криптографического алфавита возьми все буквы русского алфавита и знаки пунктуации (. , ”” : - ! ? ПРОБЕЛ). Если попадаются символы, которые не входят в наш криптографический алфавит, просто пропусти их.

Основные требования

У программы должно быть 2 режима:

1. Шифрование / расшифровка. Программа должна зашифровывать и расшифровывать текст, используя заданный криптографический ключ. Программа должна получать путь к текстовому файлу с исходным текстом и на его основе создавать файл с зашифрованным текстом.
2. Криптоанализ. Программа должна взламывать зашифрованный текст, переданный в виде текстового файла. У пользователя программы должна быть возможность выбрать один из двух методов криптоанализа.

Нюансы, связанные с выбором метода криптоанализа

1. Если пользователь выбирает brute force (брутфорс, поиск грубой силой), программа должна самостоятельно, путем перебора, подобрать ключ и расшифровать текст.

   Подумай, какой критерий программа должна воспринимать как сигнал успешного подбора ключа.

   Возможно, нужно обратить внимание на пробелы между словами или правильность использования знаков пунктуации.

2. Если пользователь выбирает метод статистического анализа, ему нужно предложить загрузить еще один дополнительный файл с текстом, желательно — того же автора и той же стилистики.

   На основе загруженного файла программа должна составить статистику вхождения символов и после этого попытаться использовать полученную статистику для криптоанализа зашифрованного текста.

Дополнительные требования

1. Все диалоговые окна с пользователем делай на свое усмотрение. При желании можно использовать графические фреймворки Swing, JavaFX.
2. Готовое решение загрузи в публичный Git-репозиторий.