Информационная безопасность и защита информации : разделы криптография и стеганография

Москва 2019

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ 
УПРАВЛЕНИЯ 
 
Кафедра электротехники и информационно-измерительных 
систем

Л.Е. Бахаров

ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 
И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

(разделы криптография и стеганография)

Практикум

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3854

УДК 621.38:004.056 
 
Б30

Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук, доц. А.О. Аристов

Бахаров Л.Е.
Б30  
Информационная безопасность и защита информации (разделы криптография и стеганография) : практикум / Л.Е. Бахаров. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2019. – 59 с.
ISBN 978-5-906953-94-0

В практикуме рассмотрены вопросы применения криптографических алгоритмов с открытым и секретным ключом, требования к криптографическим 
хэш-функциям и средствам формирования электронной подписи. Даются основы стеганографических алгоритмов применительно к вопросам защиты интеллектуальной собственности путем внедрения цифровых водяных знаков.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению подготовки 
09.03.02 «Информационные системы и технологии», может быть использован 
студентами других направлений и специальностей.

УДК 621.38:004.056

 Л.Е. Бахаров, 2019
ISBN 978-5-906953-94-0
 НИТУ «МИСиС», 2019

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ....................................................................................................4
Практическая работа 1. Шифр Виженера ............................................. 6
Практическая работа 2. Алгоритм шифрования ГОСТ 28147–89 .... 10
Практическая работа 3. Алгоритм шифрования RSA ........................ 17
Практическая работа 4. Хэш-функции в криптографии .................... 22
Практическая работа 5. Электронная цифровая подпись RSA  ........ 25
Практическая работа 6. Изучение принципов защищенного 
документооборота .................................................................................. 28
Практическая работа 7. Программы для стеганографических 
преобразований ...................................................................................... 32
Практическая работа 8. Встраивание и извлечение  
цифровых водяных знаков. Алгоритм Лангелаара.  
Алгоритм Куттера .................................................................................. 40
Контрольные работы по криптографии ................................................48
Библиографический список ...................................................................57
Приложение. Сравнение двух чисел по модулю n ............................. 58

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Информационная безопасность и защита информации» в современной системе подготовки специалистов по направлению «Информационные системы и технологии» входит в вариативную часть профессионального цикла дисциплин. Она изучает 
способы обеспечения безопасности и целостности данных информационных систем и технологий, прививает студентам навыки и умения 
в области анализа потенциальных угроз информационной безопасности, а также выборе средств реализации защиты в информационных 
системах.
В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования 
по направлению подготовки 09.03.02 «Информационные системы и технологии», утвержденным приказом Министерства образования и науки РФ от 12 марта 2015 г. № 219, изучение дисциплины «Информационная безопасность и защита информации» 
направлено на формирование у студентов общекультурных, 
общепрофессиональных и профессиональных компетенций, обладание которыми может быть выявлено на основе проявления 
студентами способностей:
 – к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке 
цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
 – применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для интеллектуального развития, повышения культурного уровня, профессиональной компетенции (ОК-6);
 – владеть широкой общей подготовкой (базовыми знаниями) для 
решения практических задач в области информационных систем и 
технологий (ОПК-1);
 – понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, соблюдение основных требований к информационной безопасности, в том числе защите государственной тайны (ОПК-4);
 – проектировать базовые и прикладные информационные технологии (ПК-11);
 – участвовать в работах по доводке и освоению информационных 
технологий в ходе внедрения и эксплуатации информационных систем (ПК-15);

– поддерживать работоспособность информационных систем и 
технологий в заданных функциональных характеристиках и соответствии критериям качества (ПК-30);
 – обеспечивать безопасность и целостность данных информационных систем и технологий (ПК-31);
 – адаптировать приложения к изменяющимся условиям функционирования (ПК-32).
В первой части практикума представлены задания с изложением 
основных теоретических положений и примерами выполнения заданий. Каждое задание имеет 30 вариантов. Во второй части приведены 
варианты задач, выносимые на экзамен, а также библиографический 
список, содержащий литературу для изучения дисциплины «Информационная безопасность и защита информации».

Практическая работа 1 

ШИФР ВИЖЕНЕРА

Цель работы: изучение симметричных полиалфавитных шифров 
на примере шифра Виженера.

Шифр Виженера – это разновидность наиболее известных в криптографии шифров замены или подстановки, особенностью которых 
является замена символов (или слов, или других частей сообщения) 
открытого текста соответствующими символами, принадлежащими 
алфавиту шифротекста. Различают одноалфавитную и многоалфавитную замену.
Одноалфавитные шифры достаточно легко вскрываются с помощью частотного анализа (учет частоты появления отдельных букв и 
их сочетаний в данном языке). 
Примером многоалфавитного шифра замены является так называемая система Виженера. Система Виженера впервые была опубликована в 1586 г. и является одной из старейших и наиболее известных 
многоалфавитных систем. Впервые этот метод описал в своей книге 
Джован Баттиста Беллазо в 1553 г., однако в XIX в. получил имя Блеза Виженера, французского дипломата XVI в., который развивал и совершенствовал криптографические системы.
Система Виженера подобна такой системе шифрования Цезаря, у которой ключ подстановки меняется от буквы к букве. Этот 
шифр многоалфавитной замены можно описать таблицей шифрования, называемой таблицей (квадратом) Виженера. Каждая строка таблицы представляет собой символы используемого алфавита 
с циклическим сдвигом на n позиций. Таблица представляет собой 
квадратную матрицу размерностью n × n, где n – число символов используемого алфавита. На рис. 1.1 показана таблица Виженера для 
русского языка (алфавит состоит из 32 букв и пробела). Первая строка содержит все символы алфавита. Каждая следующая строка получается из предыдущей циклическим сдвигом последней на символ  
влево.