Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Южно-Уральский государственный университет
кафедра «Автомобильное хозяйство»
Реферат
Кодирование и шифрование информации
Выполнил:
Проверил(а):
Челябинск
2008
1 Введение
То, что информация имеет ценность, люди осознали очень давно – недаром переписка сильных мира сего издавна была объектом пристального внимания их недругов и друзей. Тогда-то и возникла задача защиты этой переписки от чрезмерно любопытных глаз. Древние пытались использовать для решения этой задачи самые разнообразные методы, и одним из них была тайнопись – умение составлять сообщения таким образом, чтобы его смысл был недоступен никому, кроме посвященных в тайну. Есть свидетельства тому, что искусство тайнописи зародилось еще в доантичные времена. На протяжении всей своей многовековой истории, вплоть до совсем недавнего времени, это искусство служило немногим, в основном верхушке общества, не выходя за пределы резиденций глав государств, посольств и – конечно же – разведывательных миссий. И лишь несколько десятилетий назад все изменилось коренным образом – информация приобрела самостоятельную коммерческую ценность и стала широко распространенным, почти обычным товаром. Ее производят, хранят, транспортируют, продают и покупают, а значит – воруют и подделывают – и, следовательно, ее необходимо защищать. Современное общество все в большей степени становится информационно–обусловленным, успех любого вида деятельности все сильней зависит от обладания определенными сведениями и от отсутствия их у конкурентов. И чем сильней проявляется указанный эффект, тем больше потенциальные убытки от злоупотреблений в информационной сфере, и тем больше потребность в защите информации. Одним словом, возникновение индустрии обработки информации с железной необходимостью привело к возникновению индустрии средств защиты информации.
Среди всего спектра методов защиты данных от нежелательного доступа особое место занимают криптографические методы. В отличие от других методов, они опираются лишь на свойства самой информации и не используют свойства ее материальных носителей, особенности узлов ее обработки, передачи и хранения. Образно говоря, криптографические методы строят
барьер между защищаемой информацией и реальным или потенциальным злоумышленником из самой информации. Конечно, под криптографической защитой в первую очередь – так уж сложилось исторически – подразумевается шифрование данных. Раньше, когда эта операция выполнялось человеком вручную или с использованием различных приспособлений, и при посольствах содержались многолюдные отделы шифровальщиков, развитие криптографии сдерживалось проблемой реализации шифров, ведь придумать можно было все что угодно, но как это реализовать…
Почему же пpоблема использования кpиптогpафических методов в инфоpмационных системах (ИС) стала в настоящий момент особо актуальна? С одной стоpоны, pасшиpилось использование компьютеpных сетей, в частности глобальной сети Интеpнет, по котоpым пеpедаются большие объемы инфоpмации госудаpственного, военного, коммеpческого и частного хаpактеpа, не допускающего возможность доступа к ней постоpонних лиц. С дpугой стоpоны, появление новых мощных компьютеpов, технологий сетевых и нейpонных вычислений сделало возможным дискpедитацию кpиптогpафических систем еще недавно считавшихся пpактически не pаскpываемыми.
2 Свойства информации
Как и всякий объект, информация обладает свойствами. Характерной отличительной особенность информации от других объектов природы и общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства данных, составляющих её содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данным в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, т.е. свойства методов могут переходить на свойства данных.
С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.
Понятие объективности информации является относительным, это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективные элемент.
Полнота информации во многом характеризует её качество и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.
Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» - всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определённым уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более чётко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом случае при передаче того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.
Адекватность информации – степень соответствия реальному объектив
ному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
Доступность информации – мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной.
Актуальность информации – степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке получения информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, естественно связанную с ней практическую ценность.
Носители данных
Данные – диалектическая составная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод регистрации может быть любым: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава или характера химических связей, изменение состояние электронной системы и многое другое. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться транспортироваться на носителях различных видов.
Самым распространённым носителем данных, хотя и не самым экономичным является бумага. На бумаге данные регистрируются путём изменения оптических характеристик её поверхности. Изменение оптических свойств используется также в устройствах осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM). В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путём изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.
От свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики. В структуре стоимости вычислительных систем устройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют до половины стоимости аппаратных средств.
Операции с данными
В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-технического прогресса и общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты на обработку данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом. Второй фактор, также вызывающий общее увеличение объёмов обрабатываемых данных, тоже связан с НТП, а именно с быстрыми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средств их хранения и доставки.
Основные операции, которые можно производить с данными:
* сбор данных – накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;
* формализация данных – приведения данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, т.е. повысить их уровень доступности;
* фильтрация данных – отсеивание лишних данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшатся уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;
* сортировка данных – упорядочивание данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;
* архивация данных - организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надёжность информационного процесса в целом;
* защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;
* приём передача данных между удалёнными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя – клиентом;
* преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя.
Основные структуры данных
Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, т.е. образуют заданную структуру. Существуют три основных типа структур данных: линейная, иерархическая и табличная. Самая простейшая структура данных – линейная. Она представляет собой список. Для быстрого поиска информации существует иерархическая структура. Для больших массив поиск данных в иерархической структуре намного проще, чем в линейной, однако и здесь необходима навигация,
связанная с необходимостью просмотра.
Основным недостатком иерархических структур данных является увеличенный размер пути доступа. Очень часто бывает так, что длина маршрута оказывается больше, чем длина самих данных, к которым он ведёт. Поэтому в информатике применяют методы для регуляризации иерархических структур с тем, чтобы сделать путь доступа компактным. Один из методов получил название дихотомии. В иерархической структуре, построенной методом дихотомии, путь доступа к любому элементу можно представить как через рациональный лабиринт с поворотами налево (0) и направо (1) и, таким образом, выразить путь доступа в виде компактной двоичной записи.
Единицы измерения данных
Наименьшей единицей после бита является байт (1 байт = 8 бит = 1 символ). Поскольку одним байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовых документов размер в байтах соответствует лексическому объёму в символах. Более крупная единица измерения килобайт (1 Кб = 1024 байт). Более крупные единицы образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности:
1 Мб = 1048580 байт;
1 Гб = 10737740000 байт.
1 Тб = 1024 Гб.
Информатика и ее задачи
Информатика – область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и взаимодействия со средой их применения. Сама информатика появилась с появлением персональных компьютеров. В переводе с французского языка информатика – автоматическая обработка информации.
В информатике всё жёстко ориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не
основным. Основным же является вопрос, как сделать данную операцию
эффективно.
Предмет информатики составляет следующие понятия:
Итак, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого было даже выдвинуто специальное понятие – интерфейс. Пользовательским интерфейсом называют методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами. Соответственно, существуют аппаратные, программные и аппаратно-программные интерфейсы.
Основной задачей информатики является систематизация приёмов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:
yaneuch.ru
9. Кодирование и шифрование данных.Введение.Необходимость кодирования речевой информации возникла не так давно, но на сегодняшний момент, в связи с бурным развитием техники связи, особенно мобильной связи, решение этой проблемы имеет большое значение при разработке систем связи.Огромное распространение в наше время получили бытовые радиотелефоны. Они позволяют пользователю не быть привязанным к одному месту в течении телефонного разговора, нет необходимости стремглав мчаться к телефону, услышав звонок (если, конечно, вы вообще его звонок услышите). К тому же во многих моделях существуют различные удобства для пользователя: связь между трубкой и базовым аппаратом, громкая связь (хороша в случае, когда “сели” аккумуляторы в трубке). По всем вышеперечисленным преимуществам эти аппараты завоевали большую популярность и получили большое распространение. Но поскольку аппаратов стало много, то возникла проблема определения “свой-чужой”, а поскольку обмен данными между трубкой и базовым аппаратом ведется на радиочастотах (27 МГц, 900 МГц),разговор по радиотелефону можно легко подслушать, появилась необходимость кодирования (или шифрования) речевой информации.Сразу необходимо оговориться, что речевая информация принципиально отличается от другого вида - текстов (рукописных и в электронном виде). При шифровании текста мы имеем дело с ограниченным и определенно известным нам набором символов. Поэтому при работе с текстом можно использовать такие шифры, как шифры перестановки, шифры замены, шифры взбивания и т.д. Речь же нельзя (во всяком случае на сегодняшнем уровне развития технологи распознавания речи)представить таким набором каких-либо знаков или символов. Поэтому применяются другие методы, которые, в свою очередь, делятся на аналоговые и цифровые. В настоящее время больше распространены цифровые методы, на них- то мы и остановимся. Принцип цифрового кодирования заключается в следующем: аналоговый сигнал от микрофона подается на АЦП, на выходе которого имеем n-разрядный код (при подборе хорошей частоты дискретизации пользователь на другом конце линии может и не догадаться, что голос его собеседника оцифровали, а потом (на базовом аппарате) перевели обратно в аналоговую форму). Затем этот код шифруется с помощью всевозможных алгоритмов, переносится в диапазон радиочастот, модулируется и передается в эфир. Злоумышленник в своем “шпионском” приемнике услышит просто шум (при хорошем кодировании). Правда, из опыта подслушивания (случайного) радиопереговоров людей, пользующихся скремблерами можно без труда определить, что этот шум имеет совсем не естественное происхождение, поскольку после нажатия тангетты шум исчезал, а затем снова появлялся. Но определить, о чем говорили эти люди, было невозможно без серьезных знаний в области криптологии и соответствующей аппаратуры. В телефонных переговорах этой проблемы нет, поскольку канал дуплексный, и необходимость в тангетте отпадает, а шифрование происходит непрерывно в течении всего разговора.Систем шифрования, разумеется, великое множество, но для бытовых (а, следовательно, максимально дешевых) радиотелефонов применимы лишь некоторые, простые, но в то же время достаточно надежные.^ Система кодирования речи. Предлагаемая система кодирования речи удовлетворяет двум основным требованиям: она дешева в исполнении и обладает достаточной надежностью от взлома (взломать можно любую, даже самую стойкую криптографическую систему).^ Обоснование выбора метода кодирования В основе техники шумоподобных сигналов лежит использование в канале связи для переноса информации нескольких реализаций этих сигналов, разделение которых на приеме осуществляется с помощью селекции их по форме. При этом уверенное разделение сигналов может быть получено при введении частотной избыточности, т.е. при использовании для передачи сообщений полосы частот, существенно более широкой, чем занимает передаваемое сообщение.Селекция сигналов по форме является видом селекции, обобщающим амплитудную, частотную, фазовую и импульсную селекции.Преимущества:Шумоподобный сигнал позволяет применять новый вид селекции - по форме. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от метода разделения рабочих частот данного диапазона между работающими радиостанциями и селекцией их на приеме с помощью частотных фильтров.Интересной особенностью системы связи с шумоподобными сигналами являются ее адаптивные свойства - с уменьшением числа работающих станций помехоустойчивость действующих автоматически возрастает.Недостатки: переход к более сложному носителю информации приводит, естественно, к известному усложнению систем связи.Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что исключение более половины полосы частот6 занимаемой шумоподобным сигналом, не нарушают нормальной работы системы. Естественно, что при этом имеет место снижение помехоустойчивости, пропорциональное ширине полосы вырезаемого участка спектра. Следовательно, рассматриваемый метод передачи позволяет решить задачу нормального приема сигналов при наличии весьма мощных мешающих станций в полосе пропускания. Тем самым может быть решена задача, с которой метод частотной селекции принципиально не может справиться.^ Описание метода кодирования Слабое место многих систем кодирования - это статистическая слабость кода, то есть , анализируя статистику за некоторый период, можно составить мнение о том, что это за система и тогда действовать более направлено. То есть резко сокращается время поиска ключа. Данная система оперирует шумоподобными сигналами, которые по своим свойствам, в том числе и статистическим, практически идентична белому гауссовскому шуму. Немного проясним ситуацию. По определению сложности закона генерации ряда чисел, если сложность последовательности {gi} равна m, то любые m+1 последовательные ее значения зависимы. Если же эта зависимость представима линейной, то получается реккурентное соотношение следующего вида:c0gi+c1gi-1+...+cmgi-m=0При этом c0 c0 обязаны быть ненулевыми. Каждый последующий член последовательности определяется из m предыдущих. Простой их вид реализации получается, когда все составные принимают лишь значения 0 и 1, что делает их очень удобно представляемыми на ЭВМ.Таблицы арифметических операций в GF(2) будут следующими: + 0 1 0 0 1 1 1 0 * 0 1 0 0 0 1 0 1 Поля бит можно представить как вектора, каждая компонента которых принимает значения из GF(2). Такие вектора удобно рассматривать как многочлены:(10010101)=x7+x4+x2+1.Неразложимость многочлена: над полем комплексных чисел любой многочлен разложим на линейные множители или, по-другому имеет столько корней, какова его степень. Однако это не так для других полей - в полях действительных или рациональных чисел многочлен x2+x+1 корней не имеет. Аналогично, в поле GF(2) многочлен x2+x+1 тоже не имеет корней. Теперь рассмотрим вопрос использования полиномов в практике вычислений на ЭВМ. Рассмотрим электронную схему деления данных в поле из n бит на полином:F(x)=c0+c1x+...+cnxN N N-1 ... ... 2 1 Получаемая последовательность будет выражена формулой:S(x)=a(x)/f(x), где a(x) - исходные данные, f(x) - соответствующие коэффициенты многочлена.Естественно, что желательно получить как можно более длинный период последовательности от многочлена заданной степени, а максимально возможная ее длина - 2N-1 в GF(2N). Последовательности максимальной длины формируются по правилу: Если многочлен f(x) степени n делит многочлен xK-1 лишь при K>2N-1, то период его любой ненулевой последовательности равен 2N-1. Существуют таблицы коэффициентов м-последовательностей.Свойства м-последовательностей: В каждом периоде последовательности число 1 и 0 отличается не более, чем на единицу. Среди групп из последовательных 1 и 0 в каждом периоде половина имеет длительность в один символ, четвертая часть имеет длительность в два символа, восьмая часть имеет длительность в четыре символа и т.д. Корреляционная функция последовательности имеет единственный значительный пик амплитуды 1 и при всех сдвигах равна 1/m (m- длина последовательности).Корреляция между векторами вычисляется по формуле:Где А - число позиций, в которых символы последовательностей x и y совпадают, а В - число позиций, в которых символы последовательностей x и y различны.^ Генератор псевдослучайных чисел В данном случае можно воспользоваться относительно простым методом генерации псевдослучайной последовательности: а именно - анализом тепловых шумов стабилитрона, работающего в режиме пробоя. Шумы усиливаются и подаются на триггер Шмидта, а затем передавая полученные биты в регистр сдвига. Поскольку тепловые шумы имеют достаточно случайный характер, то и последовательность будет случайной.^ Формирование кода Для формирования кода используется 5-разрядный первичный ключ, получаемый из генератора псевдослучайных чисел. Таким образом, на начальном этапе формирования ключа мы имеем количество комбинаций 25-2=30 (-2 поскольку комбинация 00000 является недопустимой). Потом первичный ключ подается на два генератора (два для увеличения количества кодов - см. ниже), вырабатывающие по этому ключу 31-разрядные м-последовательности. Эти последовательности перемножаются по модулю 2, циклически сдвигаясь, и образуя два вложенных цикла, выдают 312 вариантов ключа. Итого, общее число допустимых комбинаций составляет 30*312 .Эти 312 вариантов хранятся в ОЗУ базового аппарата. Выбор одного ключа осуществляется путем повторного обращения к генератору псевдослучайных чисел. Итого, получаем неплохую для данных условий криптографической защиты цифру 30*313=~900000 комбинаций, не говоря о том, что надо еще догадаться, какой метод применяется для кодирования. При этом статистические свойства данной последовательности практически не отличаются от м-последовательности. ^ Схема формирования кода Сдвиг ПСП1Сдвиг ПСП2 Организация цикла до 31 по первому генератору Организация цикла до 31 по второму генератору Взять из датчика случайных чисел еще 5 разрядов По этому адресу выбрать код из ОЗУ Второй генератор М-последовательности Первый генератор М-последовательности Проверка регистра на “все нули”. Если это так, читать из регистра еще раз, если нет - передача содержимого регистра в генераторы (их два) Взять из датчика случайных чисел 5 разрядов (из регистра) ПСП(i)=ПСП1ПСП2 Ожидание, когда трубку возьмут и после этого положатВзяли Не взяли ^ Программа формирования кода Команда Asm Примечание MOV ECX, ADDR1 Загрузка регистров 31- MOV EBX, ADDR2 разрядными значениями ПСП MOV ADDR3, 1Fh Организация счетчиков MOV ADDR4, 1Fh MOV AL, ADDR3 Загрузка значения счетчика № 1 M1: JZ M3 Если это “0” - выход PCL ECX, 1 Сдвиг значения ПСП1 DEC AL Декремент счетчика № 1 MOV ADDR3, AL Значение счетчика - в память M2: MOV AL, ADDR4 Загрузка значения счетчика № 2 JZ M1 Если “0”- переход на внешний цикл MOV EDX, ECX Умножение по модулю 2 одной ПСП на XOR EDX, EBX другую RCL EBX Декремент счетчика № 2 MOV [AL], EDX Заносим очередное значение в память JMP M2 Замыкание внутреннего цикла М3 END Также возможна аппаратная реализация схемы формирования кода, но принципиального значения это не имеет, поскольку быстродействие здесь роли не играет - код формируется при положенной трубке, а это время больше минуты.Программа составлена для процессора i80386 и оперирует расширенными (32-разрядными) регистрами. Можно, конечно, реализовать ее на более дешевом процессоре (из семейства SISC - это i8086, i8080, i80186 или i80286), но программа усложнится, к тому же увеличится время выполнения программы, но это не главное; самое главное, что кодирование речи также осуществляется программно, и здесь время выполнения программы критично. Также можно реализовать программу на RISC-процессоре. Этот способ более перспективный.^ Генераторы м-последовательностей Генератор ПСП1 Формирование ПСП происходит аппаратно, хотя можно осуществить это программным способом, используя МП i80386 с его 32-раз-рядными регистрами. Время выполнения и, следовательно, частота, на которой работают элементы, некритичны, поскольку формирование ПСП и самого ключа происходит в то время, когда трубка покоится на базовом аппарате. Регистр сдвига 1 2 3 4 5 Генератор ПСП2 Регистр сдвига 1 2 3 4 5 =1 ^ Структурная схема приема сигнала На представленной схеме приемника отражены основные, принципиальные моменты приема сигнала.Итак, фазоманипулированный сигнал (см. диаграмму внизу) приходит с высокочастотной части приемника (здесь не изображена) и попадает на полосовой фильтр, пропускающий конкретный диапазон частот. Таким образом устраняются помехи , имеющие частоту вне пропускаемого диапазона. Затем сигнал идет на блоки умножения, на которые также подается с опорного кварцевого термостатированного генератора . Сигналов два, они сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180 градусов. Это необходимо для последующего сравнения. Итак, цепь разветвилась. После умножения получается сигнал, изображенный на диаграмме. (моделирование в Matlab 4.2c)После сигнал подается на фильтр нижних частот, сглаживающих сигнал (см. диаграмму 2 и 3 ниже). Если фаза сигнала опорного генератора совпадает с пришедшим сигналом, мы имеем нечто похожее на Затем сигнал подается на АЦП, причем частота дискретизации выбрана таким образом, что на каждый элемент приходится два отсчета (см. диаграмму 4 ниже). Это необходимо для надежного декодирования сигнала.Декодирование выполняется путем умножения (программного) оцифрованных отсчетов на ключ. Сигнал свертывается, и из 31-разрядного кода получается один бит полезной информации, которая затем по уровню анализируется и делается вывод о пришедшей информации: это 1 или 0.Вторая ветвь схемы служит для фазовой автоподстройки во время разговора. Сигнал умножается (программно) на ключ и инверсное значение ключа, затем сглаживается в интеграторе. Далее формируется сигнал ошибки, который, будучи поданным на опорный генератор, подстраивает его фазу по максимальному абсолютному значению напряжения ошибки.1.2.3.4. Вх. сигнал После умножения и филь-трацииПосле оцифровки sin cos^ Схема передачи сигнала Схема передатчика несравненно более проста по сравнению со схемой приемника. Это объясняется определенностью, что передавать, тогда как сигнал на входе приемника невозможно предугадать.ОЗУ МикрофонКодер (программно) Модулятор ЦАП^ Оценка быстродействия Если исходить из предположения, что частота, с которой оцифровывать речь, равна 8 кГц, а АЦП двенадцатиразрядный, то получим следующие данные:Частота прихода сигнала на кодер (декодер)fкод/декод=fд*Nразр АЦП=8*103*12=96 кГц Тформ ПСП=1/fкод/декод=10,4 мксПри использовании микропроцессора i80386 с тактовой частотой 33 Мгц:Ттакт МП=1/fМП=30,3 нсДопустимое количество тактов для выполнения программы кодирования или декодирования (необходимо учесть, что при приеме кроме декодирования выполняется умножение на ключ и его инверсию для системы ФАПЧ):Nтакт доп=Тформ ПСП /Tтакт МП=10,4*10-6/30,3*10-9= =343 тактаЭтого более чем достаточно для обработки информации, следовательно, система имеет резерв для дальнейших расширений и улучшений.
2dip.su
Шифрование используется для скрытия информации от неавторизованных пользователей при передаче или при хранении.
Шифрование используется для предотвращения изменения информации при передаче или хранении.
Шифрование используется для аутентификации источника информации и предотвращения отказа отправителя информации от того факта, что данные были отправлены именно им.
Для того, чтобы прочитать зашифрованную информацию, принимающей стороне необходимы ключ и дешифратор (устройство, реализующее алгоритм расшифровывания). Идея шифрования состоит в том, что злоумышленник, перехватив зашифрованные данные и не имея к ним ключа, не может ни прочитать, ни изменить передаваемую информацию. Кроме того, в современных криптосистемах (с открытым ключом) для шифрования, расшифрования данных могут использоваться разные ключи. Однако, с развитием криптоанализа, появились методики, позволяющие дешифровать закрытый текст без ключа. Они основаны на математическом анализе перехваченных данных.
Шифрование применяется для хранения важной информации в ненадёжных источниках и передачи её по незащищенным каналам связи. Такая передача данных представляет из себя два взаимно обратных процесса:
Шифрование изначально использовалось только для передачи конфиденциальной информации. Однако, впоследствии, шифровать информацию начали с целью ее хранения в ненадежных источниках. Шифрование информации с целью ее хранения применяется и сейчас, это позволяет избежать необходимости в физически защищенном хранилище.
Шифром называется пара алгоритмов, реализующих каждое из указанных преобразований. Эти алгоритмы применяются к данным с использованием ключа. Ключи для шифрования и для расшифрования могут различаться, а могут быть одинаковыми. Секретность второго (расшифровывающего) из них делает данные недоступными для несанкционированного ознакомления, а секретность первого (шифрующего) делает невозможным внесение ложных данных. В первых методах шифрования использовались одинаковые ключи, однако в 1976 году были открыты алгоритмы с применением разных ключей. Сохранение этих ключей в секретности и правильное их разделение между адресатами является очень важной задачей с точки зрения сохранения конфиденциальности передаваемой информации.
В настоящий момент существует огромное количество методов шифрования. Главным образом эти методы делятся, в зависимости от структуры используемых ключей, на симметричные методы и асимметричные методы. Кроме того, методы шифрования могут обладать различной криптостойкостью и по-разному обрабатывать входные данные — блочные шифры и поточные шифры. Всеми этими методами, их созданием и анализом занимается наука криптография.
Методы шифрования
Поточный шифр можно превратить в блочный, разбивая входные данные на отдельные блоки и шифруя их по отдельности. Однако, блочные шифры являются более криптоустойчивыми по сравнению с поточными. Кроме того, блочные шифры работают зачастую быстрее и легко реализуемы посредством шифрующего программного обеспечения. Поточные, же, шифры зачастую реализуются в аппаратном виде (в виде некой шифрующей аппаратуры), так как представление данных и их обработка в поточных шифрах очень близка к обработке данных и их передаче в аппаратуре. Там данные представляются именно потоком, чаще всего. Эти методы решают определенные задачи и обладают как достоинствами, так и недостатками. Конкретный выбор применяемого метода зависит от целей, с которыми информация подвергается шифрованию.
Симметричное шифрования
В симметричных криптосистемах для шифрования и расшифрования используется один и тот же ключ. Отсюда название —симметричные. Алгоритм и ключ выбирается заранее и известен обеим сторонам. Сохранение ключа в секретности является важной задачей для установления и поддержки защищенного канала связи. В связи с этим, возникает проблема начальной передачи ключа (синхронизации ключей). Кроме того существуют методы криптоатак, позволяющие так или иначе дешифровать информацию не имея ключа или же с помощью его перехвата на этапе согласования. В целом эти моменты являются проблемой криптостойкости конкретного алгоритма шифрования и являются аргументом при выборе конкретного алгоритма.
Симметричные, а конкретнее, алфавитные алгоритмы шифрования были одними из первых алгоритмов.] Позднее было изобретено асимметричное шифрование, в котором ключи у собеседников разные.
Асимметричное шифрование (с открытым ключом)
В системах с открытым ключом используются два ключа — открытый и закрытый, связанные определенным математическим образом друг с другом. Открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу и используется для шифрования сообщения и для проверки ЭЦП. Для расшифровки сообщения и для генерации ЭЦП используется секретный ключ.
Данная схема решает проблему симметричных схем, связанную с начальной передачей ключа другой стороне. Если в симметричных схемах злоумышленник перехватит ключ, то он сможет как «слушать», так и вносить правки в передаваемую информацию. В асимметричных системах другой стороне передается открытый ключ, который позволяет шифровать, но не расшифровывать информацию. Таким образом решается проблема симметричных систем, связанная с синхронизацией ключей.
Первыми исследователями, которые изобрели и раскрыли понятие шифрования с открытым кодом, были Уитфилд Диффи и Мартин Хеллман из Стэнфордского университета, и Ральф Меркле из Калифорнийского университета в Беркли. В 1976 году их работа «Новые направления в современной криптографии» открыла новую область в криптографии, теперь известную как криптография с открытым ключом.
Заключение
Следует учесть, что все описанные выше методы защиты информации должны быть грамотно реализованы. Сильнейший алгоритм шифрования не сможет обеспечить защиту информации, если злоумышленник может легко получить доступ к секретным ключам или подменить ключ-сертификат. Степень защиты, обеспечиваемой какой-либо системой, эквивалентна защищенности наиболее слабого участка системы. Цель грамотного разработчика системы защиты – обеспечить отсутствие обходных путей. Цель грамотного пользователя системы защиты – не понижать степень защищенности системы.
Список литературы 1. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс. Дрофа 2000. 2. Савельев А. Я. Основы информатики: Учебник для вузов. Оникс 2001. 3. Баричев С. Введение в криптографию. Электронный сборник. Вече1998.
myunivercity.ru
