Как зашифровать слова в переписке
Элементарные шифры на понятном языке
Все мы довольно часто слышим такие слова и словосочетания, как «шифрование данных», «секретные шифры», «криптозащита», «шифрование», но далеко не все понимают, о чем конкретно идет речь. В этом посте разберемся, что из себя представляет шифрование и рассмотрим элементарные шифры с тем расчетом, чтобы даже далекие от IT люди поняли суть этого явления.
Прежде всего, разберемся в терминологии.
Шифрование – это такое преобразование исходного сообщения, которое не позволит всяким нехорошим людям прочитать данные, если они это сообщение перехватят. Делается это преобразование по специальным математическим и логическим алгоритмам, некоторые из которых мы рассмотрим ниже.
Исходное сообщение – это, собственно, то, что мы хотим зашифровать. Классический пример — текст.
Шифрованное сообщение – это сообщение, прошедшее процесс шифрования.
Шифр — это сам алгоритм, по которому мы преобразовываем сообщение.
Ключ — это компонент, на основе которого можно произвести шифрование или дешифрование.
Алфавит – это перечень всех возможных символов в исходном и зашифрованном сообщении. Включая цифры, знаки препинания, пробелы, отдельно строчные и заглавные буквы и т.д.
Теперь, когда мы говорим на более-менее одном языке, разберем простые шифры.
Шифр Атбаша
Самый-самый простой шифр. Его суть – переворот алфавита с ног на голову.
Например, есть у нас алфавит, который полностью соответствует обычной латинице.
Для реализации шифра Атбаша просто инвертируем его. «А» станет «Z», «B» превратится в «Y» и наоборот. На выходе получим такую картину:
И теперь пишем нужное сообшение на исходном алфавите и алфавите шифра
Исходное сообщение: I love habr
Зашифрованное: r olev szyi
Шифр Цезаря
Тут добавляется еще один параметр — примитивный ключ в виде числа от 1 до 25 (для латиницы). На практике, ключ будет от 4 до 10.
Опять же, для наглядности, возьмем латиницу
И теперь сместим вправо или влево каждую букву на ключевое число значений.
Например, ключ у нас будет 4 и смещение вправо.
Исходный алфавит: a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
Зашифрованный: w x y z a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v
Пробуем написать сообщение:
Шифруем его и получаем следующий несвязный текст:
Шифр Вернама (XOR-шифр)
Простейший шифр на основе бинарной логики, который обладает абсолютной криптографической стойкостью. Без знания ключа, расшифровать его невозможно (доказано Клодом Шенноном).
Исходный алфавит — все та же латиница.
Сообщение разбиваем на отдельные символы и каждый символ представляем в бинарном виде.
Классики криптографии предлагают пятизначный код бодо для каждой буквы. Мы же попробуем изменить этот шифр для кодирования в 8 бит/символ на примере ASCII-таблицы. Каждую букву представим в виде бинарного кода.
Теперь вспомним курс электроники и элемент «Исключающее ИЛИ», также известный как XOR.
XOR принимает сигналы (0 или 1 каждый), проводит над ними логическую операцию и выдает один сигнал, исходя из входных значений.
Если все сигналы равны между собой (0-0 или 1-1 или 0-0-0 и т.д.), то на выходе получаем 0.
Если сигналы не равны (0-1 или 1-0 или 1-0-0 и т.д.), то на выходе получаем 1.
Теперь для шифровки сообщения, введем сам текст для шифровки и ключ такой же длины. Переведем каждую букву в ее бинарный код и выполним формулу сообщение XOR ключ
сообщение: LONDON
ключ: SYSTEM
Переведем их в бинарный код и выполним XOR:
В данном конкретном примере на месте результирующих символов мы увидим только пустое место, ведь все символы попали в первые 32 служебных символа. Однако, если перевести полученный результат в числа, то получим следующую картину:
С виду — совершенно несвязный набор чисел, но мы-то знаем.
Шифр кодового слова
Принцип шифрования примерно такой же, как у шифра цезаря. Только в этом случае мы сдвигаем алфавит не на определенное число позиций, а на кодовое слово.
Например, возьмем для разнообразия, кириллический алфавит.
Придумаем кодовое слово. Например, «Лукоморье». Выдернем из него все повторяющиеся символы. На выходе получаем слово «Лукомрье».
Теперь вписываем данное слово в начале алфавита, а остальные символы оставляем без изменений.
И теперь запишем любое сообщение и зашифруем его.
Получим в итоге следующий нечитаемый бред:
Шифр Плейфера
Классический шифр Плейфера предполагает в основе матрицу 5х5, заполненную символами латинского алфавита (i и j пишутся в одну клетку), кодовое слово и дальнейшую манипуляцию над ними.
Пусть кодовое слово у нас будет «HELLO».
Сначала поступаем как с предыдущим шифром, т.е. уберем повторы и запишем слово в начале алфавита.
Теперь возьмем любое сообщение. Например, «I LOVE HABR AND GITHUB».
Разобьем его на биграммы, т.е. на пары символов, не учитывая пробелы.
Если бы сообщение было из нечетного количества символов, или в биграмме были бы два одинаковых символа (LL, например), то на место недостающего или повторившегося символа ставится символ X.
Шифрование выполняется по нескольким несложным правилам:
1) Если символы биграммы находятся в матрице на одной строке — смещаем их вправо на одну позицию. Если символ был крайним в ряду — он становится первым.
Например, EH становится LE.
2) Если символы биграммы находятся в одном столбце, то они смещаются на одну позицию вниз. Если символ находился в самом низу столбца, то он принимает значение самого верхнего.
Например, если бы у нас была биграмма LX, то она стала бы DL.
3) Если символы не находятся ни на одной строке, ни на одном столбце, то строим прямоугольник, где наши символы — края диагонали. И меняем углы местами.
Например, биграмма RA.
По этим правилам, шифруем все сообщение.
Если убрать пробелы, то получим следующее зашифрованное сообщение:
Поздравляю. После прочтения этой статьи вы хотя бы примерно понимаете, что такое шифрование и знаете как использовать некоторые примитивные шифры и можете приступать к изучению несколько более сложных образцов шифров, о которых мы поговорим позднее.
Шифрования сообщений вконтакте методом AES для браузеров Chrome и Firefox
После скандала с PRISM вопрос безопасности данных стал еще актуальней чем был, и даже если вы не секретный агент, то ваша личная переписка, должна соответствовать своему названию, и по умолчанию должна быть закрыта от доступа третьих лиц. Взяв это за аксиому это принцип, я занялся разработкой дополнений для браузеров для работы с популярной в странах СНГ социальной сетью вконтакте методом AES.
Небольшая предистория, алгоритм AES (Advanced Encryption Standard) — это симметричный алгоритм шифрования, который на конкурентной основе был принят в качестве стандарта шифрования правительством США по результатам одноимённого конкурса.
Алгоритм подробно описан, и есть его различные реализации под разные платформы и веб интерфейс (например тут). Чобы зашифровать/расшифровать текст нужно сообщение и ключ (и размер блока, по умолчанию 256, но бывает 128, 196). Зашифрованное сообщение можно передавать через любой канал связи, например SMS, IM, почта, социальные сети.
Итак, какоето время я жил с периодически всплывающей мыслью, а почему бы нам не автоматизировать процесс расшифровки-шифровки сообщений для сети vk.com?
Архитектуру процесса я видел следующим образом:
1) гденибудь рядом с формой отправки появляется форма ввода секретного ключа
2) вместо оригинальной формы вконтакта (данные из которой кстати сохраняются и без отправки) рисуется альтернативная текстовая форма, а после нажатия кнопки отправки, данные из этой формы шифруются в соответствии с ключём, и вставляются в обычную форму вконтакта в зашифрованном виде + в начале сообщения задаётся маркер AESSTART.
3) зашифрованное сообщение отправляется как обычное
4) расширение отслеживает открытое окно диалога, сканирует сообщения на наличие маркера AESSTART, и если маркер есть, расшифровывает в соответствии с введённым ключём. + выводит иконку ключик справа от сообщения и меняет фон на зелёный
Трудности с реализацией плагинов были связанны с особенностями разработки под конкретную платформу, и изучение документации.
В итоге получилось вот что:
Как оказалось версия под Chrome безопаснее, так как в нём скрипты расширения и скрипты сайта выполняются изолированно от друг друга, в разных средах. В Mozilla Firefox теоретически вконтакт может считать массив с ключами получив доступ к window.secureKeys. В хроме введённые ключи существуют только на стороне пользователя, со стороны вконтакта к ним нет никакого доступа.
Для того чтобы работало шифрование и дешифрование информации, вы должны знать секретный ключ (пароль), который так же должен знать ваш собеседник.
Лучше всего обменяться ключом при личной встрече, это может быть набор букв и цифр.
Установите плагин, войдите в режим диалога с вашим собеседником (в мини чате и в режиме сообщений плагин не работает), если плагин установился, справа от текстовой формы и аватара будет ссылка «ENTER SECRET KEY».
Нажмите эту ссылку, и в появившемся окне введите ваш секретный ключ. Ваш собеседник должен проделать такую–же операцию.
Теперь ваши сообщения будут отправляться зашифрованные, а зашифрованные сообщения собеседника — отображаться в расшифрованном виде.
Зашифрованная переписка
Урок 17. Наглядная геометрия 5–6 классы ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Зашифрованная переписка»
Если вы когда-нибудь играли в разведчиков, то знаете, что в этой игре разведчик вынужден вести переписку со своими товарищами так, чтобы никто из посторонних не смог прочитать написанного. Для этого используют шифровки.
Познакомимся с одним из способов шифровки – способом решётки.
Возьмём квадрат из плотной бумаги, разделим его на 64 квадратика и прорежем 16 окошечек вот таким образом…
Представим, что вам необходимо передать сообщение соседу по парте, в котором зашифровано известное высказывание Михаила Васильевича Ломоносова: «Математику уже затем учить надо, что она ум в порядок приводит».
Михаил Васильевич Ломоносов – первый русский учёный-естествоиспытатель мирового значения. Яркий пример «универсального человека»: энциклопедист, химик и физик. Основоположник научного мореплавания и физической химии. Он заложил основы науки о стекле. Астроном (он открыл наличие атмосферы у планеты Венеры), приборостроитель, географ и геолог. Также поэт, художник, филолог.
Давайте наложим изготовленную нами решётку на листок бумаги. Будем писать сообщение в окошечках решётки.
Так как окошечек 16, то сначала помещается всего 16 букв: «Математику уже зат…»
Теперь поворачиваем решётку против часовой стрелки на 
. Все написанные буквы закрыты. В новые окошечки мы продолжим вписывать текст. Следующие 16 букв: «…ем учить надо, что он…»
Снова поворачиваем решётку против часовой стрелки на и вписываем в окошечки следующие 16 букв: «…а ум в порядок приво…»
И остаётся вписать ещё 3 буквы.
Мы ещё раз поворачиваем решётку против часовой стрелки на и вписываем оставшиеся 3 буквы: «…дит». У нас ведь остались свободные клетки!
Если остаются неиспользованные клетки, то их заполняют буквами а, б, в и так далее (чтобы не было пробелов).
Заполним оставшиеся пустые клетки.
Таким образом, письмо принимает вот такой вид…
Такое письмо ни за что не прочесть человеку, который не имеет шифровального квадрата.
Читают такое письмо так же накладывая квадрат с окошечками и поворачивая его против часовой стрелки на . А вот человеку, не имеющему шифровального квадрата, ни за что не прочесть такое письмо.
Давайте с помощью имеющейся решётки расшифруем вот такое письмо.
Итак, наложим решётку на текст. Выпишем буквы, которые появились в окошечках. Это будут первые 16 букв сообщения (Непереходитепрое).
Затем повернём квадрат против часовой стрелки на и увидим следующие 16 букв письма. Выпишем их (зжуючастьулицыпе).
Снова повернём квадрат против часовой стрелки на и выпишем 16 букв, которые появились в окошечках (редблизкоидущимт).
И четвёртый раз повернём квадрат на против часовой стрелки. Выпишем последние 16 букв (ранспортомабвгде).
Теперь прочитаем, что у нас получилось: «Не переходите проезжую часть улицы перед близко идущим транспортом». И ещё остаются 6 букв (а, б, в, г, д, е).
Последние 6 букв использовались для того, чтобы в записке не оказалось пробелов.
Зашифровав одно сообщение и расшифровав другое, стало понятно, что способ шифровки основан на повороте квадрата вокруг его центра.
Поворот – это геометрическое преобразование фигур, при котором свойства фигур не меняются, может измениться лишь положение фигуры, так как каждая её точка повернётся вокруг некоторой точки на угол поворота. Квадрат при повороте на вокруг его центра совместится сам с собой.
Каждая точка внутри квадрата при четырёх поворотах на занимает 4 разных положения. «Окошечки» решётки займут в процессе поворота 4 разных положения. Чтобы все клеточки 
-клеточного квадрата были заполнены буквами, должно быть 
окошечек.
Вы можете изготовить свою решётку. Для этого надо разбить -клеточный квадрат, то есть размером 
клеток, на 4 равные области (на 4 квадрата размером 
клетки). В первой области расставим числа от 1 до 16 в обычном порядке.
Вторая область получается из первой поворотом по часовой стрелке на . Повернув ещё на , получим заполнение третьей области. И, повернув последний раз, получим заполнение четвёртой области.
Затем выбирают для окошечек любые 16 клеток таким образом, чтобы в их числе не было клеток с одинаковыми номерами.
Итак, решётка готова, можете приступать к шифровке!
На -клеточном поле можно составить более четырёх миллиардов секретных решёток.
Давайте объясним этот факт. Итак, клетку номер 1 можно взять в качестве окошка в четырёх местах. В каждом случае можно присоединить клетку номер 2, взяв её также в четырёх местах. А значит, 2 окошка можно наметить 
способами. 3 окошка можно наметить уже 
способами.
Продолжив дальше рассуждать таким способом, установим, что 16 окошек можно набрать числом способов, которое равно произведению шестнадцати четвёрок. Это число превышает 4 миллиарда.
Отметим, что если исключить решётки с примыкающими друг к другу окошками, то всё равно останется несколько сотен миллионов различных решёток.
Если бы возможна была только одна решётка, то способ переписки с её помощью совсем никуда не годился бы в смысле секретности.
Вместо квадратной решётки можно пользоваться и прямоугольной, в форме почтовой карточки, с широкими окошечками. В окошечки такой решётки вписывают не отдельные буквы, а части слов или даже целые слова, если они помещаются.
Не думайте, что запись окажется более разборчивой. Хотя отдельные слоги или слова окажутся видны, но перемешаны они будут в нелепом порядке, а секрет достаточно сохранён.
Существует множество различных способов зашифрованной переписки, но рассмотренный способ решётки очень близко соприкасается с математикой и ещё раз доказывает, как разнообразны стороны жизни, куда заглядывает эта наука.
10 популярных кодов и шифров
Авторизуйтесь
10 популярных кодов и шифров
Коды и шифры — не одно и то же: в коде каждое слово заменяется другим, в то время как в шифре заменяются все символы сообщения.
В данной статье мы рассмотрим наиболее популярные способы шифрования, а следующим шагом будет изучение основ криптографии.
Стандартные шифры
Этот шифр известен многим детям. Ключ прост: каждая буква заменяется на следующую за ней в алфавите. Так, А заменяется на Б, Б — на В, и т. д. Фраза «Уйрйшоьк Рспдсбннйту» — это «Типичный Программист».
Попробуйте расшифровать сообщение:
Сумели? Напишите в комментариях, что у вас получилось.
Шифр транспонирования
В транспозиционном шифре буквы переставляются по заранее определённому правилу. Например, если каждое слово пишется задом наперед, то из hello world получается dlrow olleh. Другой пример — менять местами каждые две буквы. Таким образом, предыдущее сообщение станет eh ll wo ro dl.
Ещё можно использовать столбчатый шифр транспонирования, в котором каждый символ написан горизонтально с заданной шириной алфавита, а шифр создаётся из символов по вертикали. Пример:
Из этого способа мы получим шифр holewdlo lr. А вот столбчатая транспозиция, реализованная программно:
Азбука Морзе
В азбуке Морзе каждая буква алфавита, цифры и наиболее важные знаки препинания имеют свой код, состоящий из череды коротких и длинных сигналов: 
Чаще всего это шифрование передаётся световыми или звуковыми сигналами.
Сможете расшифровать сообщение, используя картинку?
Шифр Цезаря
Это не один шифр, а целых 26, использующих один принцип. Так, ROT1 — лишь один из вариантов шифра Цезаря. Получателю нужно просто сообщить, какой шаг использовался при шифровании: если ROT2, тогда А заменяется на В, Б на Г и т. д.
А здесь использован шифр Цезаря с шагом 5:
Моноалфавитная замена
Коды и шифры также делятся на подгруппы. Например, ROT1, азбука Морзе, шифр Цезаря относятся к моноалфавитной замене: каждая буква заменяется на одну и только одну букву или символ. Такие шифры очень легко расшифровываются с помощью частотного анализа.
Например, наиболее часто встречающаяся буква в английском алфавите — «E». Таким образом, в тексте, зашифрованном моноалфавитным шрифтом, наиболее часто встречающейся буквой будет буква, соответствующая «E». Вторая наиболее часто встречающаяся буква — это «T», а третья — «А».
Однако этот принцип работает только для длинных сообщений. Короткие просто не содержат в себе достаточно слов.
Шифр Виженера
Представим, что есть таблица по типу той, что на картинке, и ключевое слово «CHAIR». Шифр Виженера использует принцип шифра Цезаря, только каждая буква меняется в соответствии с кодовым словом.
В нашем случае первая буква послания будет зашифрована согласно шифровальному алфавиту для первой буквы кодового слова «С», вторая буква — для «H», etc. Если послание длиннее кодового слова, то для (k*n+1)-ой буквы, где n — длина кодового слова, вновь будет использован алфавит для первой буквы кодового слова.
Чтобы расшифровать шифр Виженера, для начала угадывают длину кодового слова и применяют частотный анализ к каждой n-ной букве послания.
Попробуйте расшифровать эту фразу самостоятельно:
Подсказка длина кодового слова — 4.
Шифр Энигмы
Энигма — это машина, которая использовалась нацистами во времена Второй Мировой для шифрования сообщений.
Есть несколько колёс и клавиатура. На экране оператору показывалась буква, которой шифровалась соответствующая буква на клавиатуре. То, какой будет зашифрованная буква, зависело от начальной конфигурации колес.
Существовало более ста триллионов возможных комбинаций колёс, и со временем набора текста колеса сдвигались сами, так что шифр менялся на протяжении всего сообщения.
Цифровые шифры
В отличие от шифровки текста алфавитом и символами, здесь используются цифры. Рассказываем о способах и о том, как расшифровать цифровой код.
Двоичный код
Текстовые данные вполне можно хранить и передавать в двоичном коде. В этом случае по таблице символов (чаще всего ASCII) каждое простое число из предыдущего шага сопоставляется с буквой: 01100001 = 97 = «a», 01100010 = 98 = «b», etc. При этом важно соблюдение регистра.
Расшифруйте следующее сообщение, в котором использована кириллица:
Шифр A1Z26
Это простая подстановка, где каждая буква заменена её порядковым номером в алфавите. Только нижний регистр.
Попробуйте определить, что здесь написано:
Шифрование публичным ключом
Алгоритм шифрования, применяющийся сегодня буквально во всех компьютерных системах. Есть два ключа: открытый и секретный. Открытый ключ — это большое число, имеющее только два делителя, помимо единицы и самого себя. Эти два делителя являются секретным ключом, и при перемножении дают публичный ключ. Например, публичный ключ — это 1961, а секретный — 37 и 53.
Открытый ключ используется, чтобы зашифровать сообщение, а секретный — чтобы расшифровать.
Как расшифровать код или шифр?
Для этого применяются специальные сервисы. Выбор такого инструмента зависит от того, что за код предстоит расшифровать. Примеры шифраторов и дешифраторов: