Ақпарат және ақпараттық қауіпсіздік

Төменде жоғарыда көрсетілгенге  ұқсас, бірақ іс жүзінде қолдануға  қолайлы  шифрлеу әдісі беріледі. Оның айырмашылығы,  таблица колонкалары  кілтті сөз, фраза немесе ұзындығы таблица  жолының ұзындығындай сан жинау  арқылы ауыстырылады. Шифрленетін мәтін тізбектеліп жолмен кілтті сөздің символдары астына жазылады, сөздер қайталанбауы керек. Кілтті есте сақтауды жеңілдету үшін кілтті сөзді пайдаланады, оның әріптері алфавиттегі орналасу тәртіптері бойынша номерленіп, ауыстыру ережесін құрады. Шифрленген мәтінді,  егер кілті цифрлы болса, кілттегі әріптердің орналасу тізбегі ретімен немесе сандардың қалыпты тізбегі ретінде колонкалармен жазады. Қарапайым ауыстыру шифрын қолданып шифрлеу процесі 3 суретте көрсетілген. Мысалы келесі ақпараттық мәліметті шифрлеу қажет болды дейік:

«ЗАСЕДАНИЕ СОСТОИТСЯ  ЗАВТРА  ЮСТАС».

 Осы ашық мәтінді  шифрлеу үшін оны бос орынсыз  /без пробелов/ жазамыз және шифрлеу  кілтін таңдаймыз, мысалы,245 136. Осы 6 саннан тұратын кілтке сәйкес барлық ақпараттық мәліметті /информационное сообщение/ блоктарға бөлемі, олардың әрқайсысында мәтіннің 6 әріптері бар. Блоктарға бөлген соң бізде 4 блок шығады, әрқайсысында 6 әріптен, және 1 блок – 5 әріптен. Мұндай жағдайда мәтіндегі ақырғы әріптерке келген символдармен толық блок алу үшін толықтырылады. Біздің жағдайда тек бір әріп жетпейді, сондықтан кез келген әріпті, мысалы Ь, таңдаймыз, және оны бесінші блоктың соңына қосамыз.

                3 Сурет. Қарапайым ауыстыру шифры

Ары қарай, 245 136 кілтін пайдалана отырып, ашық мәтіндегі әріптерді ауыстыру қолданылады. Мысалы, кілттегі алғашқы цифра  -2 жаңа блоктағы шифрленген мәтінде бірінші әріп ашық мәтіндегі екінші әріп болатындығын көрсетеді, кілт шифрындағы екінші сан -4 шифротекстегі екінші әріп – ол ашық мәтін блогындағы төртінші әріп екендігін көрсетеді тағы басқа... ең соңында, барлық блоктарда ауыстыру орындаған соң шифрленген мәтін аламыз. Оны оқып шығып, мәтіннің мағынасының толық жойылғанын көре аламыз.

Кілтті есте сақтауды жеңілдету  үшін әдетте кілтті сөз қолданылады. Қазіргі жағдайда  кілтті сөз  мысалы ,– «КОРЕНЬ». Кілттің бірінші санына Е әрпі сәйкес келеді, себебі ол осы сөздегі барлық әріптердің ішінде алфавитте бірінші тұр, 2 санына – К әрпі  сәйкескеледі т.б.

Жоғарыда берілген мәліметті, мысалы,  5 жолдан /строк/, 6 бағаннан /столбцы/ тұратын таблицаны қолданып шифрлеуге болады(кілтті сөздің ұзындығы бойынша). Ашық мәтін баған бойынша жазылып, таблица құрайды (4 сурет). Кілтті сөз бағандарды ауыстыру ережесін құрайды. Егер кілтті сөзде бірдей әріптер кездессе, олартәртіп бойынша солдан оңға қарай номерленеді, алынған шифротекст /шифромәтін/ 4 суреттегідей, алғашқысына мүлдем ұқсамайды.

4 сурет. Таблица көмегімен  шифрлеу.

Бұл шифрдың негізгі кемшілігіне  оның криптотұрақтылығының аздығы жатады. /невысокая криптостойкость/. Шифрленген мәтінді көбейткішке /на множители/ салып,  шифрлегенде қолданған кодталған сөздің ұзындығын жылдам табуға болады.

 Жоғарыда шифрленген  мәтіннің криптотұрақтылығын  жоғарылату  үшін оны тағы да қайта шифрлеуге  болады. Шифрлеудің бұл әдісі  қос ауыстыру /двойная перестановка/ деп аталады. Бұл әдіс келесідей  орындалады. Алғашқы шифрлеуден кейін алынған мәтін басқа размерлі таблицаны пайдаланып екінші рет шифрленеді. (жол ұзындығы мен бағаналар басқаша таңдалады). Сонымен қатар бір таблицада жолдарын /строки/  ауыстыруға, ал екіншісінде – бағаналарын /столбцы/. Таблицаны алғашқы мәтінмен әртүрлі әдіспен толтыруға болады:зигзаг түрінде, ирелендеген күйінде /змейкой/, спираль түрінде т.б.

Күрделі ауыстыру шифрлары /шифры сложной перестановки/

Күрделі ауыстыру шифрларын  қолдануда ашық мәтіннің символдары тек жол бойынша ғана емес, баған /столбцы/ бойымен де ауыстырылады. Оны жоғарыда көрсетілген таблицаның (4 сурет) көмегімен жасау қолайлы. Таблицаға ашық алғашқы мәтінді жазамыз, және түрлі вариаттермен орындауға болады. Қазіргі жағдайда мәлімдемені /сообщение/ солдан оңға қарй жазамыз. Таблицаның екі жағына кілтті сөзді және оның сандық эквивалентін жазамыз, соған сәйкес бағандардың орын тәртібін сандардың өсу реті бойынша ауыстырамыз. Осыдан соң, осы заң бойынша таблицадағы жолдарды ауыстырамыз. Шифрленген мәлімдеме таблицадағы мәтінді жол бойымен есептегенде шығады. Алынған шифромәтін мағынасынан айырылады. Екі рет ауыстыру варианттары көп және  қолданылатын шифровалды таблицаның размеріне байланысты. (5 сурет). Бірақ үлкен размерлі таблицаны пайдалану да осы шифрді жеткілікті мөлшерде криптотұрақты жасай алмайды.

Шифрленген мәтін  ТЗРАВ АЕЗПА СААЮС СТЪСН ОИЕСТ ТСОИЯ

5 сурет. Таблица пайдаланылған  күрделі ауыстыру шифры

Тағы бір әдісте арнайы торлар /решетки/, трафареттер немесе палеталар /палеток/ қолданылып шифрленеді. Бұл әдіс шифрлеу үшін квадратты таблицаларды қолдануға арналған, олардың төрттен бір ұяшықтары /квадратиктері/кесілген және төрт айналымнан соң /после 4 поворотов/ түгел квадратты жабатындай етіп кесілген. Квадратты /ұяшықты сағат тілінің айналуы бойымен жіне сағат тіліне қарсы да айналдыруға болады.

Трафаретті таза қағазға  саламыз да, сызып шығамыз және кесілген квадратиктерге /ұяшықтарға/ алғашқы мәтініміздің әріптерін  жазамыз. Алғашқы төрт әріпті жазған соң трафаретті сағат тіліні сәйкес 90⁰ айналдырамыз /поворачиваем/ (ыңғайлы болу үшін трафаретте кілт-метка  /ключ-метка/ бар). Тағы да 4 әріпті жазамыз да трафаретті айналдырамыз, және шифрленетін мәтініміз біткенше осылай орындалады. Трафаретті кез келген әріптермен толтыруымызға болады. Трафаретті алып тастаймыз және  таблицаның мәтінің жолмен /построчно/ жазамыз, нәтижесінде қажетті шифромәтін аламыз.

Алмастыру шифры /шифры замены (подстановки) /

Алмастыру шифры ашық мәтіннің белгілерін басқа белгілермен немесе символдармен белгілі бір ережеге /кілтке/ сай алмастыру арқылы алынады. Осындай шифрлардың біреуімен көпшілігіміз бала кезден таныспыз. Мысалы, А. Конан-Дойлдың  «Билеп тұрған адамдар» атты әңгімесінде  мәтінді қалай шифрлеу және шифрды алмастыру арқылы қалай оқуға /расшифровывать/ болатындығы жазылған. Бұл шифрда алфавиттің әр әріпіне билеп тұрған адамның бейнесі сәйкес келеді. Осы шифрды пайдаланып, ашақ мәтінді шифрлеуге болады. Бұл шифрдың криптотұрақтылығы төмен, оны ешбір есептеу техникасын қолданбай-ақ оқуға болады.

Қазіргі заманғы шифрлерді іс  жүзінде оқу мүмкін емес.

Аламастыру негізінде  құрылатын шифрлеу шифроалфавит приципін –эквиваленттер тізімін /перечня  эквивалентов/ қолданады. Егер шифрлеу  үшін бір шифроалфавит қолданылса, шифр біралфавитті (моноалфавитті) деп  аталады.

 Екі немесе одан да көп алфавит қолданылса, шифр көпалфавитті (полиалфавиті) деп аталады.

 Есептеу техникасын  қолданып шифрлеудің жылдамдығын  арттыру үшін мәтіндік ақпаратты  санмен көрсету қолайлы, мәтіннің  символдары бірнеше цифрлы эквиваленттермен алмастырылады немесе екі еселенген кодпен /в виде двоичного/ беріледі. Бұл жағдайда, шифрлеу кезінде, шифрленетін мәтіннің символдары кейбір арнайы тәртіппен (кілтпен) /некоторой специальной последовательности/ (ключом) , осы тәртіп гамма деп аталады. Алғашқы мәтінге кілтті, яғни гамманы салу екі түрлі тәсілмен орындалады.

Бірінші тәсілде алғашқы  мәтіннің символдары  сандық эквиваленттермен алмастырылады (мысалы, А-32, Б-27, В-22 және т.б), модуль К бойынша жиналады, К – алфавиттегі символдар саны, кілтімен (гаммасымен).

Екінші тәсілде алғашқы  ашық мәтіннің символдары мен кілті (гаммасы) екі еселенген код түрінде  көрсетіледі, артынан бір- бірімен 2 модуль бойынша жиналады. Бұл 6 суретте  көрсетілген. Мысалға, «КРОНА» деген сөзді шифрлеу қажет, оның әрбір әрібінің екі еселенген код түрінде эквиваленті бар. Мысалы, 1001 деген кілтті (гамманы) қолданып, әріптердің екі еселенген кодтарымен 2 модуль бойынша оны қосамыз. /используя ключ, например, 1001, произведем его сложение по модулю 2 с двоичными кодами букв/. Нәтижесінде тек  0 мен 1 сандарынан тұратын тізбек алынады. Алғашқы мәтінді қалпына келтіру үшін  кілттің 2 модулі  және алынған шифр тізбегі бойынша кері есептейміз. /воостановление исходной последовательности заключается в обратном сложении по модулю 2 исходного ключа и полученной шифропоследовательности/.

2 модуль бойынша қосып  есептеудің орнына басқа да  логикалық операцияларды қолдануға  болады, мысалы, логикалық эквиваленттік  ережесі бойынша. Бұл тәсіл  бойынша шифрлеу көпалфавитті  алмастыру әдісіне ұқсас, егер  кілттің ұзындығы шифрленетін  мәтіннің ұзындығынан артып кеткен  жағдайда.

Біралфавитті шифрлар 

Біралфавитті шифрдың  мысалы ретінде Цезарь шифрын алуға  болады, ашық мәтіннің әріптері латин  алфавитіндегі төртінші әріппен  алмастырылып отырған.

Мұндай шифрды ашып оқу  үшін көптеген кілттерді қолданады, ол үшін әріптерді мағынасы анықталған мәтін алғанша алмастырып отырады.