Криптография Часть II: Практикум

64 Pages·2020·4.902 MB·Russian

by  Донгак Ш. М.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МИРЭА ‐ Российский технологический университет»
(РТУ МИРЭА)
Донгак Ш. М., Нечаева Н. Н.
Криптография. Ч. II
Практикум
Москва 2020
УДК 003.26
ББК 22.1
Д67

Донгак Ш.М. Криптография Часть II [Электронный ресурс]: Практикум / Ш.М. Донгак,
Н.Н. Нечаева. – М.: МИРЭА – Российский технологический университет, 2020. —
1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
Во второй части практикума рассмотрены криптографические алгоритмы, работа генератора
псевдослучайной последовательности, защита информации методами стеганографии, а также
особое внимание уделено практическим задачам, подготовленным для решения с помощью
ручного расчета.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Информационная
безопасность телекоммуникационных систем»

Практикум издается в авторской редакции.

Авторский коллектив:
Донгак Шорана Март-ооловна, Нечаева Надежда Николаевна

Рецензент:
Ярлыкова Светлана Михайловна, к.т.н., доцент, доцент кафедры КИБ, РТУ МИРЭА

Системные требования:
Наличие операционной системы Windows, поддерживаемой производителем.
Наличие свободного места в оперативной памяти не менее 128 Мб.
Наличие свободного места в памяти постоянного хранения (на жестком диске) не менее 30 Мб.
Наличие интерфейса ввода информации.
Дополнительные программные средства: программа для чтения pdf-файлов (Adobe Reader).
Подписано к использованию по решению Редакционно-издательского совета
МИРЭА — Российский технологический университет.
Обьем: 5.42 мб
Тираж: 10

©Донгак Ш.М., Нечаева Н.Н., 2020
© МИРЭА – Российский технологический
университет, 2020
Оглавление
Введение .................................................................................................................... 4
1. Цель практической работы ............................................................................... 6
2. Порядок выполнения работы ............................................................................ 6
Лабораторная работа № 1 ........................................................................................ 7
Лабораторная работа № 2 ...................................................................................... 13
Лабораторная работа № 3 ...................................................................................... 18
Лабораторная работа № 4 ...................................................................................... 26
Лабораторная работа № 5 ...................................................................................... 31
Лабораторная работа № 6 ...................................................................................... 42
Лабораторная работа № 7 ...................................................................................... 49
Заключение ............................................................................................................. 63
Список литературы ................................................................................................ 64

3
Введение
В современном мире криптографические алгоритмы используются
повсеместно. С увеличением технических возможностей вычислительных
машин, также усложняются криптографические алгоритмы. Важным
компонентом алгоритмов являются ключи, которые могут генерироваться с
использованием генераторов псевдослучайной последовательности.
Еще одним направлением в обеспечении информационной безопасности
является стеганография. Методы стеганографии в отличие от криптографии
используются для сокрытия самого факта передачи информации.
В этой части практикума будут рассмотрены работа генератора
псевдослучайной последовательности, потоковый шифр. А также защита
информации методами стеганографии.
Представленный практикум включает в себя теоретический материал,
методические указания для выполнения лабораторных работ и дополнительные
письменные задания, выполняемые вручную в тетради.
В первой лабораторной работе представлен шифр с использованием
метода многомерной перестановки, на основе кубика Рубика.
Изучению принципа работы регистра сдвига с линейной обратной связью
как генератора псевдослучайных последовательностей посвящена вторая
лабораторная работа.
В третьей работе рассмотрен шифр скользящей перестановки.
Четвертая работа посвящена потоковому шифру RC4, который
используется, например, в алгоритмах обеспечения безопасности беспроводных
сетей.
В пятой, шестой и седьмой лабораторных работах представлены методы
стеганографии для защиты исполняемых программных файлов:
4
 изучение стеганографической защиты, путем встраивания
цифровых водяных знаков в пустое место;
 использование цифровых водяных знаков в защите электронных
документов, на примере встраивания в бинарные изображения.
 встраивание информации методом стеганографии в аудиформат
WAV при помощи программы Invisible secrets 4.
Наглядное изучение и выполнение практических задач по криптографии
позволит студентам развить логическое мышление при решении задач, а также
использовать полученные знания и умения в дальнейшей научно-
исследовательской деятельности.
Выполнение лабораторных работ способствует закреплению,
углублению, обобщению и прикладному применению знаний, полученных
студентом при изучении теоретических аспектов.
Практикум направлен на достижение следующих целей:
• осмысление и систематизацию теоретических знаний;
• развитие творческого подхода к решению задач;
Разрабатываемый практикум может применяться при выполнении
практических работ по дисциплине «Криптографические методы защиты
информации», «Криптография».

5
1. Цель практической работы
В рамках практической работы предлагается ознакомление с методами
шифрования, методами стеганографии выполняя следующие лабораторные
работы:
1. Шифрование с использованием метода многомерной перестановки
2. Регистры сдвига с линейной обратной связью как генераторы
псевдослучайных чисел
3. Шифрование методом скользящей перестановки
4. Потоковый шифр RC4
5. Стеганография
6. Цифровые водяные знаки
7. Использование стеганографии в аудиоформатах

2. Порядок выполнения работы
Для выполнения практических задач студентам необходимо иметь
тетрадь по практическим занятиям. Все расчеты вносятся в тетрадь для
выполнения практических задач.
1. Изучение теоретических материалов по теме лабораторной работы и
устный ответ преподавателю на проверочные вопросы;
2. Выполнение лабораторной работы в соответствии с методическими
указаниями;
3. Оформление выполненных работ в письменном виде;
4. Демонстрация и защита лабораторной работы.

6
Лабораторная работа № 1
ШИФРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОМЕРНОЙ
ПЕРЕСТАНОВКИ
Цель работы: Изучение принципа шифрования с использованием
метода многомерной перестановки, на основе кубика Рубика.
Шифрование методом многомерной перестановки
В 1991 г. В.М. Кузьмич предложил схему перестановки, основанной на
кубике Рубика. Согласно этой схеме открытый текст записывается в ячейки
граней куба по строкам. После осуществления заданного числа заданных
поворотов слоев куба считывание шифртекста осуществляется по столбикам.
Сложность расшифрования в этом случае определяется количеством ячеек на
гранях куба и сложностью выполненных поворотов слоев. Перестановка,
основанная на кубике Рубика, получила название объемной (многомерной)
перестановки.
В 1992-1994 гг. идея применения объемной перестановки для
шифрования открытого текста получила дальнейшее развитие.
Усовершенствованная схема перестановок по принципу кубика Рубика, в
которой наряду с открытым текстом перестановке подвергаются и
функциональные элементы самого алгоритма шифрования, легла в основу
секретной системы "Рубикон". В качестве прообразов пространственных
многомерных структур, на основании объемных преобразований которых
осуществляются перестановки, в системе "Рубикон" используются трехмерные
куб и тетраэдр.

7
1. Порядок выполнения лабораторной работы
1. Для выполнения лабораторной работы необходимо в папке
«Программный модуль» запустить файл с названием «! Лабораторная работа»
(Рис.1.1):
Описание программных модулей и интерфейса
Ниже на Рис.1.1 представлен интерфейс программы.

Рис. 1.1. Интерфейс программы

8
Кнопки перестановок
На Рис.1.2. начальное состояние с заполнением ячеек, а на Рис.1.3 –
состояние кубика после перемешивания.

Рис. 1.2. Инициальное состояние

Рис. 1.3. Состояние после перемешивания

9
2. Задание
1. В папке «Программный модуль» запустить файл с названием
«! Лабораторная работа».
2. Ввести свое ФИО, группу, аббревиатуру кафедры (КИБ): построчно
по одному символу в каждую ячейку

Рис. 1.4. Пример ввода информации
3. Перемешать текст, используя кнопки стрелок.
4. Пояснить каждый символ: 2cR; 2rD; 3sL; 1rU.
5. Вывести полученный шифртекст в отдельное поле нажатием
кнопки "Вывод шифртекста"
6. Сохранить шифртекст и ключевую последовательность
перестановок кнопками меню "Сохранить шифртекст" и "Сохранить ключ"
7. Очистить поля можно нажатием кнопки меню "Очистить"
8. Выйти из программы можно нажатием кнопки "Меню->Выход"
9. Представить электронный отчет преподавателю.

10