Ukázkyaplikacímatematiky

Podobné dokumenty
Ukázky aplikací matematiky. Kapitola 1. Jiří Tůma. Úvod do šifrování. Základní pojmy- obsah. Historie šifrování

kryptosystémy obecně další zajímavé substituční šifry klíčové hospodářství kryptografická pravidla Hillova šifra Vernamova šifra Knižní šifra

Šifrová ochrana informací historie KS4

kryptoanalýza druhy útoků proti klasickým šifrám příklad útok hrubou silou frekvenční analýza Kasiskiho metoda index koincidence Jakobsenův algoritmus

Šifrová ochrana informací historie PS4

Šifrová ochrana informací historie PS4

2000 zveřejnění dobové zprávy General Report on Tunny informací nedostatek k odvození konstrukce šifrátoru Lorenz cíl: odvození pravděpodobného

2000 zveřejnění dobové zprávy General Report on Tunny

Kryptografie, elektronický podpis. Ing. Miloslav Hub, Ph.D. 27. listopadu 2007

Klasická kryptologie: Historické šifry

Matematické základy šifrování a kódování

Šifrovací kroužek, 2015 Pro potřeby žáků ZŠ Čerčany ŠIFROVACÍ KROUŽEK - 3. hodina

Tonda Beneš Ochrana informace jaro 2011

Klasická kryptologie: Historické šifry

Konstrukce šifer. Andrew Kozlík KA MFF UK

CO JE KRYPTOGRAFIE Šifrovací algoritmy Kódovací algoritmus Prolomení algoritmu

Substituční šifry a frekvenční analýza. Mgr. Radim Janča ijanca@fit.vutbr.cz

Vzdálenost jednoznačnosti a absolutně

Kryptografie - Síla šifer

Algebra - druhý díl. Lenka Zalabová. zima Ústav matematiky a biomatematiky, Přírodovědecká fakulta, Jihočeská univerzita

základní informace o kurzu základní pojmy literatura ukončení, požadavky, podmiňující předměty,

Transpozice. Kapitola 4

klasická kryptologie základní pojmy požadavky na kryptosystém typologie šifer transpoziční šifry substituční šifry

[1] samoopravné kódy: terminologie, princip

Permutační grupy Cykly a transpozice Aplikace. Permutace. Rostislav Horčík: Y01DMA 11. května 2010: Permutace 1/17

klasická kryptologie základní pojmy požadavky na kryptosystém typologie šifer transpoziční šifry substituční šifry

Demonstrace základních kryptografických metod

Matematika I 2a Konečná pravděpodobnost

Celostátní kolo soutěže Baltík 2008, kategorie C

Zajímavosti z kryptologie

Klasická kryptografie

Aplikovaná informatika

Vybrané kapitoly z kódování informací

Šifrová ochrana informací věk počítačů PS5-1

Základy moderní kryptologie - Symetrická kryptografie II.

SOFTWAROVÁ PODPORA VÝUKY KLASICKÉ KRYPTOANALÝZY

5.1. Klasická pravděpodobnst

NÁHODNÁ ČÍSLA. F(x) = 1 pro x 1. Náhodná čísla lze generovat některým z následujících generátorů náhodných čísel:

Generátory náhodných a

4. Teorie informace, teorie složitosti algoritmů. doc. Ing. Róbert Lórencz, CSc.


Algoritmy komprese dat

Kryptografie a počítačová bezpečnost

Kryptografie a počítačová

Úvod do teorie informace

SHANNONOVA TEORIE TAJNÉ KOMUNIKACE

Informatika / bezpečnost

Základy šifrování a kódování

IB112 Základy matematiky

[1] LU rozklad A = L U

Univerzita Karlova v Praze Pedagogická fakulta

Šifrovací stroje. Dějiny kryptografie. Zpracováno podle knihy Simon Singh: Kniha kódů a šifer. Alena Gollová Dějiny kryptografie 1/44

naladěný na správnou frekvenci. Zpráva em může být doručena na spoustu nezamýšlených adres v důsledku překlepu nebo viru číhajícího v

Kryptografie a informační bezpečnost

Zpracování seminární práce. AD7B32KBE semestrální práce

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

Kvantové algoritmy a bezpečnost. Václav Potoček

0.1 Úvod do lineární algebry

Řešení. Hledaná dimenze je (podle definice) rovna hodnosti matice. a a 2 2 1

Kryptografie Doc. Ing. Cyril Klimeš, CSc. CSc. 1

3. Matice a determinanty

Moderní metody substitučního šifrování

Kerchhoffův princip Utajení šifrovacího algoritmu nesmí sloužit jako opatření nahrazující nebo garantující kvalitu šifrovacího systému

Pravděpodobnost v závislosti na proměnné x je zde modelován pomocí logistického modelu. exp x. x x x. log 1

Kódy a kódování dat. Binární (dvojkové) kódy. Kód Aikenův

Základní jednotky používané ve výpočetní technice

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Kryptoanalýza klasických šifer Josef Podstata. Vedoucí práce: RNDr. Eduard Bartl, Ph.D.

Pravděpodobnost a její vlastnosti

Informatika Ochrana dat

Systém rizikové analýzy při sta4ckém návrhu podzemního díla. Jan Pruška

Substituční monoalfabetické šifry

Asymetrické šifry. Pavla Henzlová FJFI ČVUT v Praze. Pavla Henzlová (FJFI ČVUT v Praze) Asymetrické šifry 28.3.

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

SOUČIN MATIC A m n B n p = C m p, přičemž: a i1 b 1j +a i2 b 2j + +a in b nj = c ij, i=1 m, j=1 p. Např: (-2) = -3

II. Symetrické šifrovací systémy

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

ElGamal, Diffie-Hellman

Matematika 1 MA1. 2 Determinant. 3 Adjungovaná matice. 4 Cramerovo pravidlo. 11. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 29

Asymetrická kryptografie a elektronický podpis. Ing. Dominik Breitenbacher Mgr. Radim Janča

Úvod do kryptologie. Ing. Jan Přichystal, Ph.D. 12. listopadu PEF MZLU v Brně

Aplikovaná informatika Bezpečné přenášení, ukládání a archivace dat. ZEMÁNEK, Z. - PLUSKAL,D. - SMETANA, B.

Počet kreditů: 5 Forma studia: kombinovaná. Anotace: Předmět seznamuje se základy dělitelnosti, vybranými partiemi algebry, šifrování a kódování.

(a kryptografické odbočky) IB111 Úvod do programování skrze Python

Informatika Datové formáty

Diffieho-Hellmanův protokol ustanovení klíče

Základy matematiky pro FEK

UNIVERZITA PARDUBICE. Fakulta elektrotechniky a informatiky. Šifrovací algoritmy. Michal Indra

0.1 Úvod do lineární algebry

Kódování a Šifrování. Iveta Nastoupilová

Generování pseudonáhodných. Ing. Michal Dorda, Ph.D.

Monoalfabetické substituční šifry

Symetrické šifry, DES

IB112 Základy matematiky

Základy kryptologie. Kamil Malinka Fakulta informačních technologií

Diskrétní náhodná veličina. November 12, 2008

Šifrová ochrana informací věk počítačů KS - 5

doc. Ing. Róbert Lórencz, CSc.

2. ZÁKLADY MATICOVÉ ALGEGRY 2.1. ZÁKLADNÍ POJMY

Autentizace uživatelů

Ochrana dat Obsah. Kryptologie. Radim Farana Podklady pro výuku. Kryptologie. Kryptografické systémy, Systémy s tajným klíčem,

Transkript:

Ukázkyaplikacímatematiky Jiří Tůma 2015 http://www.karlin.mff.cuni.cz/ tuma/aplikace15.htm tuma@karlin.mff.cuni.cz 0-1

Kapitola1 Úvod do šifrování 1-1

Základní pojmy- obsah Základnípojmy Ceasarova šifra Posuvná šifra Útok hrubou silou Základní pojmy 1-2

Historie šifrování historie šifrování je několik tisíc let stará šifrování skrývá obsah zprávy neskrývá samotnou zprávu Ceasarova šifra KOSTKY JSOU VRZENY Základní pojmy 1-3

Posuvná šifra je to Ceasarova šifra s variabilní délkou posunutí k šifrování potřebujeme znát nejen otevřený text ale také klíč napříkladproklíčk=5 posunutío5 KOSTKY JSOU VRZENY Základní pojmy 1-4

Nevýhoda posuvné šifry malý prostor klíčů dají se všechny vyzkoušet říkásetomuútokhrubousilou OXGB OBWB OBVB Základní pojmy 1-5

Jednoduchá záměna- obsah Jednoducházáměna Popis šifry Slabiny jednoduché záměny Jednoduchá záměna 1-6

Jednoduchá záměna Ceasarova šifra nahrazuje každé písmeno otevřeného textu písmenem, které je pod ním v násleující tabulce ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC podobně posuvnou šifru s posunutím k = 9 zapíšeme tabulkou ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ JKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHI jako druhý řádek můžeme použít libovolnou permutaci 26 písmen abecedy taková šifra se nazývá jednoduchá záměna nebo jednoduchá substituce nebo simple substitution Jednoduchá záměna 1-7

Klíč pro jednoduchou záměnu ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC zašifrujeme zprávu VEZEME PENICILIN základní slabina jednoduché záměny Jednoduchá záměna 1-8

Úprava textu před zašifrováním vynecháme mezery VEZEMEPENICILIN nebo nahradíme mezery málo používaným písmenem třeba X VEZEMEXPENICILIN pročtonepomůže? Jednoduchá záměna 1-9

Frekvenční analýza hrubá síla nepomůže Jednoduchá záměna 1-10

Fekvenční analýza hrubásílanepomůže klíčůje frekcence jednotlivých písmen v přirozeném jazyce pomůžou v klasických dobách kryptoanalytici používali dnes existují jednoduché algoritmy, které spolehlivě najdou 70% textu najdou šifrové podoby samohlásek Jednoduchá záměna 1-11

Jednoduchá transpozice- obsah Jednoduchátranspozice Popis transpoziční šifry Kódová kniha Jednoduchá transpozice 1-12

Jednoduchá transpozice založená na přeházení písmen v otevřeném textu prostorklíčůprozprávydélky200je200! proto se používal postup založený na klíči- SLIZOUN zašifrujeme DNES VECER VYBOUCHNE NA RECEPCI Jednoduchá transpozice 1-13

Dvojitá transpozice dva klíče: první SLIZOUN, druhý VYMEKNE před zprávou musela být vždy uvedena její délka základní bezpečnostní opatření neposílat dvě zprávy stejné délky zašifrované stejnými klíči Jednoduchá transpozice 1-14

Kódová kniha jednotlivá slova se nahrazují skupinami 5 cisel nebo pismen jde vlastně o slovník MINISTR FINANCI 00007, BURES PRESIDENT 00001, HLAVA A 98765, RANDE HRAD 13856, BEDQR NA 85479, TWHPU VECERE 36820, SALAM DNES 70333, AGENT HLAVA RANDE BURES SALAM TWHPU AGENT 00001 98765 00007 36820 85479 13856 Jednoduchá transpozice 1-15

Vigenérova šifra- obsah Vigenérovašifra Popis Vigenérova šifra 1-16

Nerozluštitelnášifra používá periodicky několik různých posunutí abecedy délka posunutí se opět udávala heslem SLIZOUN pomocí tabulky 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 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 dávalposunutí18 11 8 5 14 20 13 SLIZOUNSLIZOUN KOCKALEZEDIROU Vigenérova šifra 1-17

Historie šifrupopsaljižvroce1586blaisedevigenére rozluštil ji až Charles Babbage(1791-1875), profesor matematiky na Cambridge University algoritmus vymyslel William F. Friedman(1891-1961) kolem roku 1920 založený na indexu koincidence jeden z nejdůležitějších pojmů v kryptologii využívá slabinu Vigenérova šifra 1-18

Index koimcidence- obsah Indexkoimcidence Definice Index koimcidence 1-19

Index koincidence je definován pro dva texty protezyrukoujsoucimdalcitlivejsiaobratnejsinejenze francouzskyreziseroscarovychdeljeanjacquesannaudtv bezrukympacientumumoznujivratitsedobeznehozivotaal urcesedmiletvtibetucijmenaruzeprevezmenafebiofestu index koincidence dvou textů je procento míst, kde jsou stejná písmena dvě náhodně generované posloupnosti písmen by měly index koincidence rovný Index koimcidence 1-20

Očekávaná hodnota indexu koincidence označíme-li pravděpodobnosti výskytu písmen v jazyce p 0,p 1,p 2,...,p 25 bude očkávaná hodnota indexu koincidence tohoto jazyka očekávané hodnoty indexu koincidence pro různé jazyky Index koimcidence 1-21

Slabina peridického hesla stejné dvojice po sobě jdoucích písmen v otevřeném textu xy ve vzdálenosti násobku délky klíče je zašifrována stejnou dvojicí písmen xy na tomto pozorování je založený Kasiského test Friedrich Kasiski(1805-1881) v šifrovém textu hledáme opakované výskyty stejných dvojic některé vznikly náhodně, jiné jako výše, těch je víc spočteme vzdálenosti stejných dvojic najdeme číslo, které dělí většinu vzdáleností tojeodhaddélkyklíče,zbytekjesnadný Index koimcidence 1-22

Polyalfabetická šifra- obsah Polyalfabetickášifra Popis Polyalfabetická šifra 1-23

Polyalfabetická šifra podobná Vigenérově, pouze místo různých posunutí na různých místech používá obecné permutace abcdefghijklmnopqrstuvwxyz gkqwhrjvoisnazcubdxplfytme cintzuhsymjabvoelxwpkfqgrd ekrwxpavqbslcfitudgjmhnyzo dqcuimhvrelnwgofjkztysabpx permutace periodicky opakujeme 1234123412 BECHEROVKA Polyalfabetická šifra 1-24

Generování klíče klíčem pro polyalfabetickou šifru je posloupnost permutací jak ji generovat jaksijipamatovat,jakjipředávat předtéměř100letyzačalyvznikat šifrovacístroje nejznámější jsou Enigma, Hagelin Polyalfabetická šifra 1-25

Polyalfabetická šifra a index koincidence Polyalfabetická šifra 1-26

Algoritmus pro luštění Vigenérovy šifry založený na indexu koincidence zachycený šifrový text zapisujeme postupně do 2,3,4,... sloupců je-li počet sloupců násobkem délky klíče, jsou všechna písmena v každém sloupci zašifrována stejným posunutím v různých sloupcích různým pokud počet sloupců není násobkem délky klíče, jsou různá různá písmena v témže sloupce výsledkem šifrování různým posunutím Polyalfabetická šifra 1-27

Nalezení délky klíče pro každý sloupec v dané tabulce spočteme index koincidence pak spočteme průměr indexů koincidence předs všechny sloupce vyjde něco jako zbytek je snadný Polyalfabetická šifra 1-28

Vernamova šifra dne 13.9.1918 Gilbert Vernam požádal o americký patent na údajně zcela bezpečnou šifru šlo vlastně o Vigenérovu šifru s náhodně generovaným klíčem téže délky jakou má otevřený text absolutní bezpečnost Vernamovy šifry dokázal až Claude Shannon poroce1945 intuitivně ji lze nahlédnout Polyalfabetická šifra 1-29

Absolutní a výpočetní bezpečnost aboslutní bezpečnpost- ze šifrového textu nelze usoudit nic o otevřeném textu, jakýkoliv možný otevřený text je stejně pravděpodobný i ve chvíli, kdy známe šifrový text Shannonova klec moderní šifry se snaží imitovat Vernamovu šifru z krátkého klíče, třeba 128 bitů generují nějakým algoritmem proud klíče, který vypadá náhodně výpočetní bezpečnost- nic neusoudíme ani za použití všech dostupných výpočetních prostředků Polyalfabetická šifra 1-30