Краткое описание шифра

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Полесский государственный университет»

Факультет банковского дела

Кафедра высшей математики и информационных технологий

Лабораторная работа №1

«Простейшие алгоритмы шифрования: шифрование с помощью перестановок, шифрование с помощью подстановок»

(вариант 2)

по дисциплине «Криптография и защита коммерческой информации»

Выполнил: студент группы 13ИТ-1:

Ломако Инга Александровна

Проверил: доцент кафедры ВМ и ИТ:

Романова Марина Александровна

Пинск, 2016

Краткое описание шифра

Шифр Плейфера - ручная симметричная техника шифрования, в которой впервые использована замена биграмм. Изобретена в 1854 году Чарльзом Уитстоном. Шифр предусматривает шифрование пар символов (биграмм), вместо одиночных символов, как в шифре подстановки и в более сложных системах шифрования Виженера. Таким образом, шифр Плейфера более устойчив к взлому по сравнению с шифром простой замены, так как затрудняется частотный анализ. Он может быть проведен, но не для 26 возможных символов (латинский алфавит), а для 26х26=676 возможных биграмм. Анализ частоты биграмм возможен, но является значительно более трудным и требует намного большего объема зашифрованного текста.

Шифр Плейфера использует матрицу 5х5 (для латинского алфавита, для русского алфавита необходимо увеличить размер матрицы до 6х6), содержащую ключевое слово или фразу. Для создания матрицы и использования шифра достаточно запомнить ключевое слово и четыре простых правила. Чтобы составить ключевую матрицу, в первую очередь нужно заполнить пустые ячейки матрицы буквами ключевого слова (не записывая повторяющиеся символы), потом заполнить оставшиеся ячейки матрицы символами алфавита, не встречающимися в ключевом слове, по порядку (в английских текстах обычно опускается символ " Q", чтобы уменьшить алфавит, в других версиях " I" и " J" объединяются в одну ячейку). Ключевое слово может быть записано в верхней строке матрицы слева направо, либо по спирали из левого верхнего угла к центру. Ключевое слово, дополненное алфавитом составляет матрицу 5х5 и является ключом шифра.

Для того, чтобы зашифровать сообщение необходимо разбить его на биграммы (группы из двух символов), например «Hello World» становится «HE LL OW OR LD», и отыскать эти биграммы в таблице. Два символа биграммы соответствуют углам прямоугольника в ключевой матрице. Определяем положения углов этого прямоугольника относительно друг друга. Затем руководствуясь следующими 4 правилами зашифровываем пары символов исходного текста:

· Если два символа биграммы совпадают, добавляем после первого символа «Х», зашифровываем новую пару символов и продолжаем. В некоторых вариантах шифра Плейфера вместо «Х» используется «Q».

· Если символы биграммы исходного текста встречаются в одной строке, то эти символы замещаются на символы, расположенные в ближайших столбцах справа от соответствующих символов. Если символ является последним в строке, то он заменяется на первый символ этой же строки.

· Если символы биграммы исходного текста встречаются в одном столбце, то они преобразуются в символы того же столбца, находящимися непосредственно под ними. Если символ является нижним в столбце, то он заменяется на первый символ этого же столбца.

· Если символы биграммы исходного текста находятся в разных столбцах и разных строках, то они заменяются на символы, находящиеся в тех же строках, но соответствующие другим углам прямоугольника.

Для расшифровки необходимо использовать инверсию этих четырёх правил, откидывая символы «Х» (или «Q»), если они не несут смысла в исходном сообщении.

2. Тело программы на языке программирования С++

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Windows.Forms;

namespace Playfair_code

{

public partial class Form1: Form

{

public Form1()

{

InitializeComponent();

}

//матрица алфавита шифрования

private string[, ] encriptionMatrix =

{

{" А", " Ч", " Б", " М", " Ц", " В" }, //первая строка матрицы

{" Ь", " Г", " Н", " Ш", " Д", " О" }, //вторая строка матрицы

{" Е", " Щ", ", ", " Х", " У", " П" }, //третья строка матрицы

{".", " З", " Ъ", " Р", " И", " Й" }, //четвертая строка матрицы

{" С", " -", " К", " Э", " Т", " Л" }, //пятая строка матрицы

{" Ю", " Я", " ", " Ы", " Ф", " Ж" } //шестая строка матрицы

};

private string text; //исходный текст для шифрования

private int i_first = 0, j_first = 0; //координаты первого символа пары

private int i_second = 0, j_second = 0; //координаты второго символа пары

private string s1 = " ", s2 = " "; //строки для хранения зашифрованного символа

private string encodetString; //зашифрованая строка

private string decodetString; //расшифрованная строка

private string login; //логин

private string pass; //пароль

#region Кодирование текста

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

{

text = " ";

encodetString = " ";

text = Convert.ToString(richTextBox1.Text).ToUpper();

int t = text.Length; //длина входного слова

int i, j;

///проверяем, четное ли число символов в строке

int temp = t % 2;

if (temp! = 0) //если нет

{ //то добавляем в конец строки символ " "

text = text.PadRight((t + 1), ' ');

}

int len = text.Length / 2; /*длина нового массива -

равная половине длины входного слова

т.к. в новом масиве каждый элемент будет

содержать 2 элемента из старого массива*/

string[] str = new string[len]; //новый массив

int l = -1; //служебная переменная

for (i = 0; i < t; i += 2) //в старом массиве шаг равен 2

{

l++; //индексы для нового массива

if (l < len)

{

//Элемент_нового_массива[i] = Элемент_старого_массива[i] + Элемент_старого_массива[i+1]

str[l] = Convert.ToString(text[i]) + Convert.ToString(text[i + 1]);

}

}

///координаты очередного найденного символа из каждой пары

foreach (string both in str)

{

for (i = 0; i < 6; i++)

{

for (j = 0; j < 6; j++)

{

//координаты первого символа пары в исходной матрице

if (both[0] == Convert.ToChar(encriptionMatrix[i, j]))

{

i_first = i;

j_first = j;

}

//координаты второго символа пары в исходной матрице

if (both[1] == Convert.ToChar(encriptionMatrix[i, j]))

{

i_second = i;

j_second = j;

}

}

}

///если пара символов находится в одной строке

if (i_first == i_second)

{

if (j_first == 5) /*если символ последний в строке,

кодируем его первым символом из матрицы*/

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first, 0]);

}

//если символ не последний, кодируем его стоящим справа от него

else

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first, j_first + 1]);

}

if (j_second == 5) /*если символ последний в строке

кодируем его первым символом из матрицы*/

{

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second, 0]);

}

//если символ не последний, кодируем его стоящим справа от него

else

{

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second, j_second + 1]);

}

}

///если пара символов находится в одном столбце

if (j_first == j_second)

{

if (i_first == 5)

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[0, j_first]);

}

else

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first + 1, j_first]);

}

if (i_second == 5)

{

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[0, j_second]);

}

else

{

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second + 1, j_second]);

}

}

///если пара символов находиться в разных столбцах и строках

if (i_first! = i_second & & j_first! = j_second)

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first, j_second]);

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second, j_first]);

}

if (s1 == s2)

{

encodetString = encodetString + s1 + " =" + s2;

}

else

{

//записыавем результат кодирования

encodetString = encodetString + s1 + s2;

}

richTextBox2.Text = encodetString.ToLower();

}

}

#endregion

private void button3_Click(object sender, EventArgs e)

{

int count = 0;

login = Convert.ToString(textBox1.Text);

pass = Convert.ToString(textBox2.Text);

if (login == " root" & & pass == " qwerty")

{

foreach (string s in encriptionMatrix)

{

count++;

if (count! = 6)

{

richTextBox3.Text += s + " \t";

}

if (count == 6)

{

richTextBox3.Text += s + " \t\n";

count = 0;

}

}

}

else

{

MessageBox.Show(" Неверный логин и пароль", " Ошибка инициализации", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Warning);

}

}

private void button4_Click(object sender, EventArgs e)

{

richTextBox3.Clear();

textBox2.Clear();

}

#region Раскодирование текста

private void button2_Click_1(object sender, EventArgs e)

{

decodetString = " ";

string tempString = " "; //переменная для хранения строки подлежащей расшифровке

int i, j;

//удаляем символы " -" из зашифрованной строки

for (i = 0; i < encodetString.Length; i++)

{

if (encodetString[i]! = '=')

{

tempString = tempString + encodetString[i].ToString();

}

}

//MessageBox.Show(tempString);

int len = tempString.Length / 2; /*длина нового массива -

равная половине длины входного слова

т.к. в новом масиве каждый элемент будет

содержать 2 элемента из старого массива*/

string[] str2 = new string[len]; //новый массив

int l = -1; //служебная переменная

for (i = 0; i < tempString.Length; i += 2) //в старом массиве шаг равен 2

{

l++; //индексы для нового массива

if (l < len)

{

//Элемент_нового_массива[i] = Элемент_старого_массива[i] + Элемент_старого_массива[i+1]

str2[l] = Convert.ToString(tempString[i]) + Convert.ToString(tempString[i + 1]);

}

}

foreach (string both in str2)

{

for (i = 0; i < 6; i++)

{

for (j = 0; j < 6; j++)

{

//координаты первого символа пары в исходной матрице

if (both[0] == Convert.ToChar(encriptionMatrix[i, j]))

{

i_first = i;

j_first = j;

}

//координаты второго символа пары в исходной матрице

if (both[1] == Convert.ToChar(encriptionMatrix[i, j]))

{

i_second = i;

j_second = j;

}

}

}

if (s1 == s2)

{

if (i_first! = 0 & & i_second! = 0)

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first - 1, j_first]);

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second - 1, j_second]);

}

else

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[5, j_first]);

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[5, j_second]);

}

}

if (s1! = s2)

{

if (i_first == i_second)

{

if (j_first == 0) /*если символ первый в строке,

кодируем его последним символом из матрицы*/

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first, 5]);

}

//если символ не последний, кодируем его стоящим справа от него

else

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first, j_first - 1]);

}

if (j_second == 0) /*если символ последний в строке

кодируем его первым символом из матрицы*/

{

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second, 5]);

}

//если символ не последний, кодируем его стоящим справа от него

else

{

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second, j_second - 1]);

}

}

///если пара символов находится в одном столбце

if (j_first == j_second)

{

if (i_first == 0)

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[5, j_first]);

}

else

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first - 1, j_first]);

}

if (i_second == 0)

{

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[5, j_second]);

}

else

{

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second - 1, j_second]);

}

}

///если пара символов находиться в разных столбцах и строках

if (i_first! = i_second & & j_first! = j_second)

{

s1 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_first, j_second]);

s2 = Convert.ToString(encriptionMatrix[i_second, j_first]);

}

}

decodetString = decodetString + s1 + s2;

}

richTextBox4.Text = decodetString.ToLower();

}

#endregion

private void button5_Click(object sender, EventArgs e)

{

Application.Exit();

}

}

}