Материал: Практикум по мдк. 03. 02 Безопасность функционирования информационных систем

Практическая работа №2

Тема: «Шифрование информации»

Цель работы:изучение простейших методов криптографической зашиты информации и закрепление навыков работы в программной среде Microsoft Excel.

Формируемые компетенции

ОК 1.	Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес
ОК 2.	Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество
ОК 3.	Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность
ОК 4.	Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития

План работы:

1. 
   Изучение теоретического материала.
   
2. 
   Зашифровывание своих фамилии и имени, используя метод Цезаря и среду Microsoft Excel.
   
3. 
   Расшифровывание фразы с карточки, используя метод Цезаря и среду Microsoft Excel.
   
4. 
   Зашифровать, расшифрованную в п.4 фразу методом перестановки с ключом. В качестве ключа взять свою фамилию.
   
5. 
   Ответить устно на вопросы.
   
6. 
   Предъявить работу преподавателю.
   

Теоретические сведения:

Система шифрования Цезаря – частный случай шифра простой замены. Метод основан на замене каждого символа сообщения (открытого текста) на другой символ того же алфавита, путем смещения от исходного на kпозиций (получаем закрытый текст). Величина k называется ключом шифра (ключ – это информация, необходимая для беспрепятственного дешифрования информации). Ключ в методе Цезаря – целое число. Если поставить в соответствие каждому символу используемого алфавита число, то процесс шифрования будет проходить по формуле:

где x_i – номер i-того символа в открытом тексте, y_i – номер i-того символа в закрытом тексте, k – ключ, n – число символов в алфавите. Операция mod – это взятие остатка от деления одного числа на другое (например: 5 mod 2 = 1, 10 mod 5 = 0, 20 mod 7 = 6).

Дешифрование (расшифровывание) будет проходить по формуле



Пример.

Зашифруем методом Цезаря с ключом k=7 слово «шифр».

Будем использовать русский алфавит без буквы ё, где букве А соответствует число 0, а следовательно букве Я – 31. Т.е. n=32.

Поставим в исходном слове в соответствие каждой букве число:

ш	 24	= х1
и	 8	= х2
ф	 20	= х3
р	 16	= х4

Тогда y₁ = (x₁ + k) mod 32 = (24 +7) mod 32 = 31 mod 32 = 31  я

y₂ = (x₂ + k) mod 32 = (8 +7) mod 32 = 15 mod 32 = 15  п

y₃ = (x₃ + k) mod 32 = (20 +7) mod 32 = 27 mod 32 = 27  ы

y₄ = (x₄ + k) mod 32 = (16 +7) mod 32 = 23 mod 32 = 23  ч

Таким образом, получили слово «япыч»

Дешифрование.

Для дешифрования необходимо каждому символу слова «япыч» поставить в соответствие число:

я	 31	= y1
п	 15	= y2
ы	 27	= y3
ч	 23	= y4

Тогда x₁ = (y₁ + (32 – k)) mod 32 = (31 +(32 – 7)) mod 32 = 56 mod 32 = 24  ш

x₂ = (y₂ + (32 – k)) mod 32 = (15 +25) mod 32 = 40 mod 32 = 8  и

x₃ = (y₃ + (32 – k)) mod 32 = (27 +25) mod 32 = 52 mod 32 = 20  ф

x₄ = (y₄ + (32 – k)) mod 32 = (23 +25) mod 32 = 48 mod 32 = 16  р

Получили слово «шифр», следовательно шифрование было выполнено правильно.

Шифр перестановки с ключом – является одним из многочисленных видов шифров перестановки (символы исходного сообщения переставляются по определенным законам).

Для перестановки с ключом выбирается ключ – любое слово. Символы ключа нумеруется в порядке следования их в алфавите. Строится таблица, в которой количество столбцов равно количеству букв в ключе. Исходный текст вместе с пробелами и знаками препинания записывается в эту таблицу. Если последняя срока заполнена не полностью, до до конца строки записываются любые символы («пустышки»). Затем текст переписывается по столбцам, учитывая их нумерацию согласно ключу.

Пример.

Выберем в качестве ключа слово «информация». Пронумеруем ключ (первая, из имеющихся в ключе, в алфавите буква А, следовательно ей присваивается номер 1; следующая по алфавиту буква И, следовательно первая буква И будет иметь номер 2, а вторая – 3; далее идет буква М, ей присваиваем номер 4 и т.д.):

и	н	ф	о	р	м	а	ц	и	я
2	5	8	6	7	4	1	9	3	10

Зашифруем пословицу: От умного научишься, от глупого разучишься.

Запишем ее в таблицу под ключом. Оставшиеся ячейки до конца строки заполняют «пустышками».

и	н	ф	о	р	м	а	ц	и	я
2	5	8	6	7	4	1	9	3	10
о	т		у	м	н	о	г	о
н	а	у	ч	и	ш	ь	с	я	,
	о	т		г	л	у	п	о	г
о		р	а	з	у	ч	и	ш	ь
с	я	а	б	в	г	д	е	ж	з

Переписываем столбцы, учитывая их номер:

Оьучдон осояошжншлугтао яуч абмигзв утрагспие ,гьз

Для дешифрования зашифрованный текст записывается в таблицу по столбцам, учитывая их номер.
Задание к работе.

1. 
   Ознакомьтесь с теоретической частью практической работы.
   
2. 
   Загрузите программу Microsoft Excel.
   
3. 
   На первом листе электронной книги запишите в столбец А буквы русского алфавита. В столбце В – номер букв, в столбце С – опять буквы (такая запись будет необходима для использования функции ВПР).
   

4. 
   Переименуйте лист1 в Алфавит.
   
5. 
   На втором листе электронной книги запишите название работы, ключ и название столбцов таблицы (S – исходные символы, Х – числа исходных символов, Y – пересчитанные по формуле значения, S1 – символы закрытого текста). Значение ключа можно взять любым и обязательно его значение записать в отдельную ячейку (В5). В столбец S, начиная с 8 строки, впишите фамилию и имя, каждую букву в отдельной ячейке.
   

6. 
   В столбце Х должны быть числовые значения символов из столбца S. Эти значения хранятся на листе Алфавит. Чтобы получить их, можно воспользоваться функцией ВПР (категория – ссылки и массивы). Встаем в ячейку В8 и вызываем функцию ВПР. Заполняем ее окно следующим образом:
   

7. 
   Растянуть формулу вниз до конца таблицы.
   
8. 
   В ячейку С8 (столбец Y) записывается формула для шифрования. Исходная формула метода Цезаря имеет вид: .Операции mod в Excel соответствует функция ОСТАТ(число; делитель). В нашем случае число – это , а делитель – 32. Т.е. функция ОСТАТ будет иметь вид =ОСТАТ((B8+$B$5);32).
   
9. 
   Эту формулу необходимо растянуть вниз до конца таблицы.
   
10. 
    В ячейку D8 (столбец S1) опять записываем функцию ВПР, которая по числу Y найдет букву. Эта функция будет выглядеть следующим образом:
    

11. 
    Окончательно таблица должна выглядеть следующим образом:
    

Запишите полученный закрытый текст (столбец S1) в тетрадь.

12. 
    Рядом приготовьте место для дешифрования информации. Получите у преподавателя карточку с закрытым текстом и впишите его в столбец S1 новой таблицы.
    

13. 
    Проведите дешифрования текста по аналогии с зашифровыванием. Для расшифровывания (столбца Х) используйте формулу
    

14. 
    Запишите полученную фразу в тетрадь.
    
15. 
    Зашифруйте в тетради расшифрованную фразу методом перестановки с ключом. В качестве ключа используйте свою фамилию.
    
16. 
    Предъявите работу преподавателю.
    

Контрольные вопросы.

1. 
   Какой текст называется открытым?
   
2. 
   Какой текст называется закрытым?
   
3. 
   Что такое ключ?
   
4. 
   Как осуществляется процесс шифрования в методе Цезаря?
   
5. 
   Что такое «шифрование методом перестановки»?
   
6. 
   Как работает функция ОСТАТ?
   
7. 
   Что делает функция ВПР?
   

Варианты заданий

№1 Используя ключ 8 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: фищтршцкти - еъц эръшцщъд р щхцшцкти	№2 Используя ключ 6 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: ршф ыфэлш туфйф нужшв, шфтщ ужкф тжсф чхжшв
№3 Используя ключ 4 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: уфйичуфйимца жтжфйрг - ийпт ифчлйн	№4 Используя ключ 6 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: ифнвтлшче ужцфк - фнлцф хлцлсвлш
№5 Используя ключ 7 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: хлфпу схфму йшм цхтм фм хибмлмяг	№6 Используя ключ 9 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: мно ъфчлй щонус, ыйх чцс лоъ схозы
№7 Используя ключ 10 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: цкх йсеф, ок мыпц ьпхшц мхкоппь	№8 Используя ключ 7 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: юму ихтгям фзъсп, щму ъуфмм чъсп
№9 Используя ключ 9 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: хйфч нсшфчх схоые, цйнч нофч щйрьхоые	№10 Используя ключ 4 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: рчифтхца - сдмрйсаьдг цгкйпдг стьд ж учцм
№11 Используя ключ 10 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: щъшнэхжчеп очт мшъшмыьмэ ыъшочт	№12 Используя ключ 5 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: уч ирем чурпш серу, кцрн шс цркф
№13 Используя ключ 6 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: рфтщ цжзфшж и шейфчшв, шфтщ ул илкфтж	№14 Используя ключ 7 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: ьхчхямм йхшцпщзфпм - тъюямм фзштмлшщйх
№15 Используя ключ 8 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: чцфиэинад тцщцс - йымнъ щуимцт чцтцс	№16 Используя ключ 9 проведите дешифрование информации, зашифрованной методом Цезаря: уыч хцчмч цйасцйоы, ычы хйфч учцайоы