Шифр Вернама – один из способов шифрования данных. Он также известен как «одноразовый блокнот» или «шифр с одноразовым ключом». Данная концепция шифрования с одной стороны является простой, с другой – сложной.
Далее предстоит изучить соответствующий алгоритм более подробно. Необходимо изучить историю его возникновения, требования к ключам, а также области практического применения. Соответствующие данные пригодятся всем IT-специалистам, связанным с компьютерной и информационной безопасностью.
Симметричное шифрование
Перед более детальным изучением шифра Вернама необходимо сначала разобраться с симметричным подходом. Оно имеет прямое отношение к рассматриваемой концепции.
Симметричные криптосистемы (шифры) – это способ шифрования, в котором для шифрования и расшифровки необходимо применять один и тот же криптографический ключ. Это самый древний метод обеспечения безопасности информации. Он появился еще до схем асимметричного шифрования.
Ключ алгоритма здесь должен сохраняться обеими сторонами информационного обмена в тайне. Также требуется реализовывать методы по защите доступа к связным каналам на всем пути следования криптограммы или сторонами взаимодействия через криптообъекты.
Примерами криптографических алгоритмов могут служить следующие концепции:
- одиночная перестановка по ключу;
- простая перестановка;
- перестановка «Магический квадрат»;
- двойная перестановка.
Основным принципом симметрических алгоритмов является условие: передатчику и приемнику заранее известны алгоритмы шифрования, а также ключ к сообщению, без которых информация представляет собой бессмысленный символьный набор.
Vernam method – это…
Шифр Вернама – это система симметричных алгоритмов. Она появилась в 1917 году благодаря Гилберту Вернаму. Данный метод – это разновидность криптосистемы одноразовых блокнотов. Он предусматривает использование булевой функции «исключающее ИЛИ». Выступает примером системы с абсолютной криптографической стойкостью, но среди криптосистем является одним из элементарных.
При использовании Vernam method исходный текст (открытый) шифруется побитово. Для этого используется случайный ключ. Рассматриваемый механизм подразумевает присвоение номера каждому символу открытого текста.
Принцип работы
Представить принцип работы рассматриваемого подхода к обеспечению информационной безопасности можно так:
- Сначала исходный текст разбивается на некие последовательности битов.
- Для каждой последовательности битов открытого текста выбирается соответствующий бит ключа.
- Выполняется побитовое «исключающее ИЛИ». Операция осуществляется над битами открытого текста и битами ключа.
- Полученный результат – это зашифрованный текст.
Расшифровка шифра Вернама осуществляется аналогичным образом. Для нее необходимо воспользоваться ключом, ранее задействованным при шифровании.
История появления
Шифр Вернама появился благодаря американскому инженеру Гилберту Вернаму. Это произошло в 1917 году. Вернам трудился над созданием шифровальной системы для телетайпа. Он пытался сделать абсолютно стойкий шифр – такой, чтобы его было невозможно взломать.
Вернам решил, что при использовании случайных последовательностей битов при шифровании, они будут непредсказуемы для злоумышленников. Если ключ действительно будет являться случайным, для взлома шифра хакерам предстоит узнать весь ключ.
Для случайной генерации битовых последовательностей Вернам решил использовать генератор шума. Он предполагал, что данное устройство сможет обеспечить действительно случайные цепочки битов.
Представить историю развития шифра Вернама (XOR-шифра) можно так:
- изобретение алгоритма – 1917 год;
- первое использование в военных целях во время Первой мировой войны – 1918 год;
- доказательство абсолютной стойкости алгоритма Клодом Шенноном – 1945;
- использование алгоритма в коммерческих целях – 1950-е годы;
- снижение популярности рассматриваемой концепции из-за развития криптографии с открытыми ключами – 1970-е годы.
Сейчас данная система не развивается. Она является устаревшей, но иногда все равно используется. Пример – постквантовая криптография.
Преимущества и недостатки
К сильным сторонам алгоритма относят:
- идеальную секретность;
- отсутствие распознавания образов;
- простой подход к реализации (через XOR).
Недостатки у него тоже имеются:
- при повторном использовании ключей создается угроза безопасности;
- проблемы при хранении и передаче ключей;
- практичность и эффективность.
Сейчас в шифровках Вернама практически не нуждаются. Раньше этот алгоритм использовался в военных целях, но с появлением асимметричных подходов он устарел.
Требования к ключам
Чтобы зашифровать и расшифровать данные при помощи рассматриваемого подхода необходимо соблюдать некоторые требования к ключам:
- Длина. Она должна быть не меньше длины открытого текста. Если the key короче, его необходимо повторить для получения идентичного «размера».
- Содержание. Символы должны быть случайными и не следовать каким-либо предсказуемым шаблонам. Любая предсказуемость – это потенциальная угроза безопасности.
- Использование. Каждый ключ необходимо использовать только один раз, после чего – выбросить.
Рассматриваемый подход – самый безопасный среди криптографических систем, но его использование привязано к определенным условиям. Из-за этого возникает ограничение в применении соответствующей концепции в некоторых областях.
Области применения
Метод Вернама раньше использовался в армейских системах связи, а также в финансовом и телекоммуникационном секторах. Это база для других криптографических алгоритмов. Пример – RC4.
Сейчас данная концепция встречается значительно реже – в основном там, где криптографическая стойкость имеет критически важную значимость. Метод активно используется в мире блокчейна.
Здесь можно увидеть больше информации о концепции Вернама. А научиться работать с ним, как и с другими шифрами, помогут специализированные компьютерные курсы. Обучение возможно дистанционно. Каждый курс рассчитан на срок от нескольких месяцев до года. В конце ученику будет выдан электронный сертификат, подтверждающий приобретенные навыки и знания.
Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!
