Κλασικά κρυπτοσυστήματα

Στην κρυπτογραφία μια διαδικασία κρυπτογράφησης και η αντίστοιχη διαδικασία απο-κρυπτογράφησης, και τα δύο μαζί, είναι ένα κρυπτοσύστημα. Κλασσικά κρυπτοσυστήματα αποκαλούνται συνήθως τα κρυπτοσυστήματα αντικατάστασης και τα κρυπτοσυστήματα αναδιάταξης.

Τα κλασσικά κρυπτοσυτήματα αφορούν στην επεξεργασία γλωσσικών μηνυμάτων. Δηλαδή μηνυμάτων αποτελούμενων από λέξεις όπου κάθε ψηφίο της λέξης θα είναι ένα από τα γράμματα αλφαβήτου, π.χ. 26 του αγγλικού. Για παράδειγμα η λέξη LAND μπορεί σε κάποιο σύστημα (δες παρακάτω παράδειγμα) να κρυπτογράφεται LVNO. Η επεξεργασία γίνεται τόσο με αντικατάσταση του κάθε γράμματος με κάποιο άλλο γράμμα βάση κάποιας μεθόδου-κλειδί όσο και με αναδιάταξη στην σείρα-θέση που εμφανίζονται τα γράμματα σε μία λέξη.

Κρυπτοσυστήματα Αντικατάστασης

Οι τεχνικές αντικατάστασης είναι εκείνες στις οποίες τα γράμματα αντικαθίστανται από άλλα γράμματα ή σύμβολα ή αριθμούς. Υπάρχουν οι τεχνικές μονοαλφαβητικής αντικατάστασης, ομοφωνικής αντικατάστασης, πολυγραμματικής αντικατάστασης, πολυαλφαβητικής αντικατάστασης

Πολύαλφαβητικά κρυπτοσυστήματα τετραγώνου Viginere :

Στα πολυαλφαβητικά κρυπτοσυστήματα κάθε γράμμα του μηνύματος αντικαθίσταται με ένα σύμβολο κάθε φορά από διαφορετικό αλφάβητο. Κάθε γράμμα του μηνύματος αντικαθίσταται με διαφορετικό κάθε φορά σύμβολο. Ορίζεται ένας πίνακας αντιστοίχησης 1-1 (αμφιμονότιμη) από το αλφάβητο της γλώσσας σε πολλά διαφορετικά αλφάβητα ανακατεμένα ή μη φυσικά αλφάβητα τα οποία αλλάζουν κάθε φορά ανάλογα με τα γράμματα της κλείδας πιν 2.4. Το τετράγωνο viginere περιέχει ουσιαστικά μια λίστα μετατοπισμένων αλφαβήτων της κάθε γλώσσας

Υπάρχουν δύο τύποι μικτών αλφαβήτων

• Κλείδα και ακολουθία • Κλείδα και αναδιάταξη

Στην μέθοδο κλείδα και ακολουθία γράφουμε την κλείδα αφαιρώντας τα επαναλαμβανόμενα γράμματα και μετά συμπληρώνουμε τα υπόλοιπα γράμματα του αλφαβήτου. Ενώ στην μέθοδο κλείδα και αναδιάταξη γράφουμε την κλείδα χωρίς επαναλαμβανόμενα γράμματα και γράφουμε από κάτω τα υπόλοιπα γράμματα σε γραμμές κάτω από τα αρχικά και διαβάζουμε τις στήλες που δημιουργούνται και τις τοποθετούμε στην στήλη κλειδιών. Οι μέθοδοι αυτές αύξησαν την πολυπλοκότητα του κρυπτοσυστήματος .Το μέγεθος τάξης κλειδιού είναι πολύ μεγάλο

Πίνακας 2.4 Τετράγωνο Vigenere

Γράμματα κλειδιού Γράμματα Μηνύματος

    A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z

A   A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z
B   B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A
C   C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B
D   D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C
E   E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D
F   F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E
G   G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F
Η   Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G
I   I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H
J   J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I
K   K L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J
L   L M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K
M   M N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L
N   N Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M
Ο   Ο P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N
P   P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N O
Q   Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P
R   R S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q
S   S T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R
T   T U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S
U   U V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T
V   V W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U
W   W X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V 
X   X Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W 
Y   Y Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X 
Z   Z A B C D E F G Η I J K L M N Ο P Q R S T U V W X Y 

Έστω κείμενο P και κρυπτοκείμενο C , όπου τα κείμενα εκφράζονται με το αριθμητικό τους ισοδύναμο και επιλογή γλώσσας η αγγλική (26 σύμβολα ) και επιλογή κλειδιού που ορίζει το αλφάβητο που θα χρησιμοποιηθεί κάθε φορά.

Ορίζω αριθμητικό Ισοδύναμο γλώσσας πίν 2.1

Ορίζω συνάρτηση κρυπτογράφησης Ορίζω συνάρτηση αποκρυπτογράφησης

Η ασφάλεια του κρυπτοαλγορίθμου βασίζεται στην διάχυση των στατιστικών δεδομένων της γλώσσας η κατανομή γραμμάτων του κρυπτοκειμένου πλέον δεν παρουσιάζει μέγιστα και ελάχιστα αλλά τείνει να γίνει επίπεδη. Το γράμμα Ε στην αγγλική γλώσσα διαμοιράζεται σε n διαφορετικά αλφάβητα δηλαδή κωδικοποιείται με n διαφορετικά γράμματα. Άρα η συχνότητα του καταμερίζεται σε n διαφορετικά γράμματα. Όπου ν είναι οι χαρακτήρες του κλειδιού. Πιο επίπεδη κατανομή σε ένα κρυπτόγραμμα σημαίνει μεγάλο παράγοντα εργασία και οδηγεί σε μία πρώτη σχεδιαστική αρχή.

Παράδειγμα :

Επιλέγουμε σαν λέξη κλειδί την AVALANCHE και την γράφουμε επαναληπτικά πάνω από το κείμενο του μηνύματος. .Το πρώτο γράμμα του μηνύματος είναι το L πηγαίνουμε στην στήλη που ο δείκτης είναι το L και στην γραμμή που δείχνει το γράμμα κλειδιού A στον πιν 2.4 το στοιχείο που δείχνουν είναι το γράμμα L όπου είναι το παραγόμενο κρυπτόγραμμα. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται για τα επόμενα γράμματα του μηνύματος.. Η αντίστροφη διαδικασία οδηγεί στην αποκρυπτογράφηση.

Κωδική λέξη AVALANCHEAVALANCHE Έστω το μήνυμα  : LANDINGINBLUECOAST Το παραγόμενο κρυπτοκείμενο είναι  : LVNOIAIPRBGUPCBCZX

Κρυπτοσυστήματα Αναδιάταξης

Υπάρχουν οι τεχνικές της μονοσταδιακής αναδιάταξης και της πολυσταδιακής αναδιάταξης.

Άλλα "κλασσικά" συστήματα

Επίσης στα κλασσικά εντάσσονται συνήθως τα γραμμικά κρυπτοσυστήματα, το αφινικό ή ομοπαραλληλικό κρυπτοσύστημα, το Hill κρυπτοσύστημα, τα συνδιαστικά κρυπτοσυστήματα (π.χ. κρυπτοσύστημα Playfair), το ADFGVX Κρυπτοσύστημα, οι "μηχανές με ρότορες".

Πηγές

Φραγκιαδάκης, Κ., Δ., Σχεδιασμός και υλοποίηση συμμετρικού κρυπταλγορίθμου, Πτυχιακή Εργασία, 2006