Mavzu: Klassik kriptotizimlar. Reja

O‘rin almashtirish shifrlari
O‘rin almashtirish shifrlash algoritmlarining asosiy xususiyati ochiq ma’lumot va shifrma’lumot alfaviti belgilarining bir xilligidadir, ya’ni shifrma’lumotni tashkil etuvchi belgilarning ma’nosi mos keluvchi ochiq ma’lumotdagi belgilarning ma’nosi bilan bir xil bo‘ladi. Haqiqatan ham, o‘rin almashtirish shifrlash jarayonida ochiq ma’lumot alfaviti belgilari o‘rinlari almashtirilishi natijasida shifrma’lumot hosil qilinadi. Shuning uchun ham bunday shifrlash algoritmlarining kaliti uzunligi, umuman olganda, shifrlanishi kerak bo‘lgan ma’lumot uzunligiga, ya’ni ochiq ma’lumot tashkil etuvchi alfavit belgilarining soniga teng. Bundan tashqari, ochiq ma’lumotni tashkil etuvchi alfavit belgilarining chastotaviy xususiyatlari to‘laligicha shifrma’lumotga o‘tadi. Bunday holatlar amaliy tadbiq imkoniyatlarini cheklaydi. Shunday bo‘lsada ularning samarali tadbiqlarini ta’minlashga qaratilgan sinflari mavjud. Yo‘nalishli o‘rin almashtirish sinfidagi shifrlarning qo‘llanilishi amalda ko‘p tarqalgan. Bunday shifrlash algoritmlari biror geometrik shaklga asoslangan bo‘ladi. Ochiq ma’lumot bloklari geometrik shaklga biror trayektoriya (uzluksiz iz) bo‘yicha joylashtiriladi. Shifrma’lumot esa boshqa trayektoriya bo‘yicha hosil qilinadi. Geometrik shakl sifatida (nx m) o‘lchamli jadval olib, uning birinchi satri boshidan boshlab ochiq ma’lumot belgilarini chapdan o‘ngga ketma-ket joylashtirib, satr tugagach ikkinchi satrga, ochiq ma’lumot belgilarini o‘ngdan chapga ketma-ket joylashtirib, bu satr tamom bo‘lgach, keyingi satrga oldingisiga teskari yo‘nalishda joylashtiriladi va hokazo. Oxirida to‘lmay qolgan satr yacheykalari ochiq ma’lumot alfavitidan farqli bo‘lgan belgilar bilan to‘ldiriladi. So‘ngra, ochiq ma’lumotni joylashtirish tartibidan farqli bo‘lgan biror yo‘nalish tanlab olinib, shu yo‘nalish asosida shifrma’lumot hosil qilinadi. Shifrma’lumot hosil qilish yo‘nalishi kalit vazifasini bajaradi.
Enigma kriptomashinasi
Enigma shifri dastab nemis natsislari tomonidan II jahon urushi davomida foydalanilgan. Harbiy Enigma mashinasi Artur Sherbuyus tomonidan sotish maqsadida ishlab chiqilgan. Enigma 1920 yilda patentlangan, ammo, u vaqt o‘tishi bilan shakllantirilgan va Nemis harbiylar uchun yaratilgan versiya haqiqiy versiyadan jiddiy farq qiladi. Haqiqatda, “Enigma” shifr mashinalarning oilasini namoyish etadi, ammo, “bir Enigma” faqat Nemis harbiy sohasi uchun maxsus taklif etilgan va uni biz bu bo‘limda tahlil etamiz.
Taqriban 100 000 ta Enigma mashinasi ishlab chiqarilgan va ulardan 40 000 tasi II jahon urushi davriga to‘g‘ri keladi. Biz tahlil etadigan Enigma varianti Nemis armiyasi tomonidan II jahon urushida foydalanilgan. Qurilma maqsadli urushga tegishli xabarlarni yuborish va yuqori darajadagi tizimli aloqa uchun foydalanilgan.
Enigma mashinasi soyuzlar tomonidan buzilgan va bu zukkolikni ULTRA deb nomlashgan. Nemislar Enigmani buzilmasligiga qatiy ishonishgan va ular undan muhim aloqalarda foydalanishni davom ettirganlar. Albatta, urush natijalarida Enigma deshifrlanganligiga bog‘lab bo‘lmaydi, ammo, Enigmani buzish natijasida Yevropadagi urush bir necha yilga qisqardi va yuz minglab insonlarni hayoti saqlab qolindi.
Enigma mashinasi ikkinchi bo‘limdagi 5.1 – rasmda keltirilgan. Esda tuting, albatta, tugmalar to‘plami, mexanik yozish va belgilarning yorqin – shchitdan tashkil topgan. Eski ko‘rinishdagi telefon kommutatoriga o‘xshash bo‘lib, old panelida belgilar juftini bog‘lovchi kabellar mavjud. Bu kommutator nemischa nom, stecker deb nomlangan. Bundan tashqari, bu yerda, yana uchta rotor mavjud bo‘lib, u mashinaning tepasi yaqinida ko‘rinib turibti.

5.1 - rasm. Enigma mashinasi
Xabarni shifrlashdan oldin, operator qurilmani sozlagan. Dastlabki sozlanish o‘z ichiga rotorlarni turli sozlanishlarini va stekerni kabeli ulanishini olgan. Dastlabki sozlanish kalitni tashkil etgan.
Mashina sozlangandan so‘ng, tugmalar to‘plami orqali xabar yoziladi va unga mos shifrmatn yorqin – shchitda namayon bo‘ladi. Shifrmatn belgilari yorqin – shchitda ko‘rinishi bilan yozib boriladi va ketma – ketlik odatda ovoz yoki radio ko‘rinishida o‘tkazilgan.
Deshifrlash uchun, qabul qiluvchi mashinani yuboruvchi kabi bir – xil soshlashi shart. Shundan so‘ng, shifrmatn tugmalar to‘plami orqali kiritilganda, mos ochiq matn yorqin – shchitda namayon bo‘ladi.
5.2 – rasmda Enigmaning kriptografik muhim tashkil etuvchilari aks ettirilgan. Bu tashkil etuvchilar va ularning o‘zaro aloqasi quyida tahlil ettirilgan.

5.2 – rasm. Enigma diagrammasi
Shifrlash uchun, ochiq matn belgilari tugmalar orqali kiritiladi. Bu belgilar dastlab stiker orqali o‘tadi va keyin navbat bilan har bir rotorlardan o‘tadi, reflektordan o‘tadi, har bir rotordan qayta o‘tadi, stikerdan qayta o‘tadi va nihoyat shifrmatn belgilari yorqin – shchitda namoyon bo‘ladi. Har bir rotor, shuningdek, reflektor – 26 – harfni almashtirish uchun kabel bilan ulangan. Rotorlar kriptografik elementlar sifatida quyida tahlil qilingan.
5.2 – rasmda namoyish etilgan misolda, ochiq matn S belgini kiritiladi va steker kabeli C ni S ga bog‘langanligi uchun, S ga almashtiriladi. Keyin, S rotorlar, reflektor orqali o‘tadi va rotorlar orqali qaytadi. Barcha rotorlar va reflektorning natijasi alfavitni almashtirishdan iborat. 5.2 – rasmdagi misolda, S belgisi Z belgisiga almashgan va steker L va Z ni bog‘laganligi sababli, Z belgisini L ga almashtiradi.
Biz Enigmada turli o‘zgarishlar uchun quyidagi belgilanishlardan foydalanamiz:
R_r – o‘ng tomondagi rotor;
R_m – o‘rtadagi rotor;
R_l – chap tomondagi rotor;
T – reflektor;
S - steker.
Bu belgilanishlar orqali, 5.2 – rasmdan biz quyidagi ko‘rishimiz mumkin:

Bu yerda x ochiq matn belgisi va u unga mos shifrmatn belgisi.
Agar bu Enigma yuqorida aytilganidek bo‘lsa, u holda u dastlabki sozlanish orqali o‘rin almashadigan maqtalgan sodda o‘rniga qo‘yish shifridan ortiq hech narsa emas. Biroq, har tugmacha bosilganda, o‘ng tomondagi rotor bir holatga yuradi va qolganlagi milometrga o‘zshash harakat qiladi. Ya’ni, o‘rtadagi rotor o‘ng tomondagi rotorning har 26 qadamida bir qadamga yuradi va chapdagi rotor o‘rtadagi rotorning har 26 qadamida bir qadam yuradi. Reflektor belgilarni o‘rinini almashtirganligi, ammo, aylantirmaydi, sababli u mahkamlangan rotor kabi ko‘rinadi. Natijada, bosilgan har bir harf almashtiriladi. Shuni esda tutish kerakki, milometr tasiri natijasida, larning o‘rin almashishi turlicha, ammo, T va S niki emas.