Занимательная информатика. Криптография. Манга

ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА

МАНГА

Занимательная информатика Криптография Манга

V > Я Z b Й' 3




                Еч





E3 KE • ffil M-/#S ^ОФ Н^дэ/^И ^i^^/ffl^

      ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ МАНГА



       ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА


КРИПТОГРАФИЯ


Митани Масааки, Сато Синъити
Хиноки Идэро

Перевод
А. Б. Клионского, Научный редактор Д. М. Белявский



издательство

Москва
ДМК Пресс, 2019

УДК 003.26
ББК 32.81
     М66

     Митани Масааки, Сато Синъити
М66 Занимательная информатика. Криптография. Манга / Митани Масааки, Сато Синъити (авторы), Хиноки Идэро (худож.); пер. с яп. Клионского А. Б., научн. ред. Д. М. Белявский. - М.: ДМК Пресс, 2019. - 238 с.: ил. - (Серия «Образовательная манга»). - Доп. тит. л. яп.
     ISBN 978-5-97060-603-2
        Из музея исскуств один за другим дерзко крадут ценные произведения, а преступник каждый раз оставляет зашифрованные сообщения. Проницательный инспектор Мэгуро, его сестра - математик Рика, - и эрудированная журналистка Ёнэда Рио бросают вызов дерзкому похитителю, но для этого им требуется разгадать загадку шифра. Книга познакомит читателя с общими понятиями криптологии и лежащими в её основе интересными математическими закономерностями, а также с тем, как криптография используется в нашей повседневной жизни.







УДК 003.26
ББК 32.81



Original Japanese edition
Manga de wakaru Ango (The Manga Guide to Cryptology) By Mitani Masaaki and Sato Shinichi (Authors), Hinoki Idero (Illustrator) and Verte Corp. (Producer)
Japan language edition copyright © 2007 by Verte Corp. and Mitani Masaaki Russian language edition copyright © 2019 by DMK Press

    Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, ксерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без письменного разрешения издательства.







ISBN 978-4-274-06674-0 (яп.) Copyright © 2007 by Mitani Masaaki, Sato Shinichi and Verte Corp.
ISBN 978-5-97060-603-2 (рус.) © Издание, перевод ДМК Пресс, 2019

            предисловие


 Развитие информационного общества, ядром которого является сеть интернет, сделало нашу жизнь очень удобной, позволив свободно получать информацию, публикуемую на веб-сайтах, общаться по электронной почте, пользоваться услугами интернет-магазинов и интернет-банкинга.
 Но, наслаждаясь этими удобствами, нам всем почему-то часто приходится слышать вызывающие некоторое беспокойство слова: «информационная безопасность», «защита личной информации» и, наконец, «шифрование». В чём же заключается проблема?
 Дело в том, что пользоваться сетью - значит обмениваться по ней разнообразной информацией, в том числе и конфиденциальной, то есть такой, которую требуется держать в секрете. К ней относятся, например, номера кредитной карты и банковского счета, история болезни и кредитная история, адрес электронной почты и т. п. Попав в руки злоумышленников, такие сведения могут быть использованы для совершения различных преступлений, поэтому защита информации, несомненно, является главной задачей в области сетевых технологий. Основой для построения безопасных систем, предоставляющих разнообразные сетевые услуги с надёжной аутентификацией (установлением подлинности) данных, защитой от спуфинга (злонамеренных действий под видом законных пользователей), перехвата информации и фальсификации данных является шифрование.
 За последние годы в развитии криптографии⁵* произошёл огромный скачок: она перестала быть уделом только специалистов по информационной безопасности и прочно вошла в жизнь обычных людей, пользующихся услугами информационных сетей.
 Каким же образом шифрование обеспечивает информационную безопасность и защиту личной информации?
 В этой книге на основе манги описываются механизмы шифрования и его роль в нашей жизни. Объяснения сложных математических понятий, без которых понимание криптологии невозможно, даются в легком для понимания виде, поэтому вы сможете освоить их без особого напряжения, просто следя за развитием сюжета. В самом повествовании, конечно же, тоже заложен шифр, разгадав который, читатель получит дополнительное удовольствие. Надеюсь, что эта книга поможет вам овладеть базовыми знаниями в области криптологии⁵* и информационной безопасности.
 В завершение хотим поблагодарить коллектив Отдела разработок издательства Ohmsha и художника Хиноки Идэро, рисовавшего мангу.


 Апрель 2007                  Авторы


ж Криптография - раздел криптологии, в котором изучают собственно методы шифрования.
В другом разделе криптологии - криптоанализе, - занимаются поиском уязвимости шифров.

            содерждние



ПРОЛОГ.............................................1

Глава 1
ОСНОВЫ КРИПТОГРАФИИ...............................15
1-1 Основные понятия криптографии.................16
  • Термины криптографии..........................20
  • Связь между ключами Е*и Dk....................21
1-2 Классические шифры............................24
  • Шифр Цезаря...................................24
  • Шифр одноалфавитной замены....................25
  • Шифр многоалфавитной замены (шифр Виженера)...26
  • Шифр перестановки.............................27
1-3 Стойкость шифра...............................28
  • Число ключей шифра многоалфавитной замены.....32
  • Число ключей шифра перестановки...............32
  • Возможность криптоанализа.....................35
  • Совершенно стойкий шифр.......................35
  • Типы криптостойкости..........................37

Глава 2
ОДНОКЛЮЧЕВОЙ ШИФР.................................45
2-1 Двоичные числа и сложение по модулю 2.........46
2-2 Что такое одноключевой шифр?..................57
  • Особенности одноключевого шифра...............62
2-3 Устройство потокового шифра...................63
2-4 Устройство блочного шифра.....................66
  • Режим сцепления блоков шифртекста (СВС).......69
2-5 Устройство шифра DES..........................70
  • Основы строения сети Фейстеля.................71
  • Инволюция.....................................72

       СОДЕРЖАНИЕ

    • Генерирование ключей шифрования DES...............75
    • Устройство нелинейной функции /шифра DE5..........76
    • Обобщённая модель шифрования и расшифрования DES..77
  2-6 Шифры 3-DES и AES.................................78
    • Общие сведения о шифре AES........................83
  Пример использования упрощённого DES..................87
    • Преобразование в двоичные данные..................87
    • Генерирование шифртекста DES......................87
    • Расшифрование шифртекста DES......................95
    • Генерирование ключей шифрования DES..............100
    • Генерирование ключей расшифрования DES...........104


  Глава 3
  ШИФР С ОТКРЫТЫМ КЛЮЧОМ.............................107
  3-1 Основы шифра с открытым ключом.................108
    • Основные разновидности шифра с открытым ключом.117
    • Односторонние функции..........................118
    • Рождение шифра RSA.............................121
  3-2 Простые числа и факторизация...................122
    • Тест на простоту...............................131
  3-3 Модульная арифметика...........................136
    • Сложение по модулю и вычитание по модулю.......139
    • Умножение по модулю и деление по модулю...........148
  3-4 Малая теорема Ферма и теорема Эйлера...........154
    • Ферма - отец теории чисел......................155
    • Тест Ферма и псевдопростые числа...............157
    • Теорема Эйлера.................................158
    • Математик Эйлер................................159
    • Функция Эйлера от произведения двух простых чисел.160
  3-5 Устройство шифра RSA...........................163
    • Шифрование и расшифрование R5A.................165
    • Метод генерирования ключей RSA.................167

СОДЕРЖАНИЕ

  • Генерирование открытого и секретного ключей....169
  • Генерирование шисрртекста RSA..................171
  • Расшифрование RSA..............................173
3-6 Шисрр с открытым ключом и задача дискретного логарифмирования...................................175
  • Задача дискретного логарифмирования............176
  • Шифрование и расшифрование Эль-Гамаля..........178
Расширенный алгоритм Евклида.......................183

Глава 4
КАК ИСПОЛЬЗУЮТ UWP НА ПРАКТИКЕ?...................187
4-1 Гибридные криптосистемы........................188
4-2 Хеш-функция и код аутентификации сообщения .... 192
  • Подмена данных.................................192
  • Защита от подмены..............................194
  • Хеш-функция....................................195
  • Спуфинг........................................196
  • Защита от спуфинга.............................197
  • Устройство имитовставки........................198
  • Отказ..........................................199
  • Два недостатка имитовставки....................201
4-3 Цифровая подпись...............................202
  • Защита от отказа...............................202
  • Устройство цифровой подписи....................203
  • Атака посредника...............................205
  • Защита от атаки посредника.....................206
  • Сертификат и удостоверяющий центр..............206
4-4 Инфраструктура открытых ключей (ИОК)...........208
Доказательство с нулевым разглашением..............219
Разъяснение некоторых терминов.....................225
Список использованной литературы...................227
Предметный указатель...............................228

VIII

СОДЕРЖАНИЕ

ПРОЛОГ