Конспект занятия Основы криптографии

Тема занятия: Основы криптографии.
Тип урока: освоение и закрепление нового материала.
Метод обучения: проблемный.
Программно-дидактическое обеспечение: ПК, электронная презентация «Способы кодирования», карточки с заданиями.
Цели и задачи:
познакомить с проблемой криптографической защиты информации.
дать понятия кодирования, шифрования; дешифрования.
принцип шифров замены; шифры Цезаря и Виженера;
принцип перестановочных шифров;
развивать логическое мышление, внимательность;
совершенствовать навыки работы с различными источниками информации.
План занятия
Организационный момент.
Постановка целей и задач занятия.
Актуализация знаний. Дидактическая игра «Да или нет».
Объяснение нового материала.
Работа с электронной презентацией «Способы кодирования» по методике активного чтения.
Обсуждение ответов на вопросы.
Подведение итогов. Выставление оценок.
Ход урока
Организационный момент.
Постановка целей и задач занятия. Ознакомление с планом занятия.
На занятии мы рассмотрим науку криптография. Криптография - наука о методах преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей. Познакомимся с видами шифров. Научимся зашифровать и расшифровывать сообщения.
Когда и зачем нужно защищать информацию?
Дидактическая игра «Да или нет»
Игра «Да или нет»
Верите ли вы, что
Верите ли вы, что перестановки из n элементов считаются по формуле n!?
(да)
В группе 30 человек. Требуется выбрать трёх дежурных. Для подсчёта количества вариантов необходимо применить формулу размещений?
(нет, сочетаний)
В группе 30 человек. Требуется выбрать старосту, его заместителя, художника. Для подсчёта количества вариантов необходимо применить формулу сочетаний?
( нет, размещений)
Упорядоченные выборки объемом m из n элементов, где элементы могут повторяться, называются сочетаниями с повторениями.
(нет, размещениями с повторениями ).
В колледже учатся 380 студентов. Верите ли вы, что, по крайней мере, двое из них родились в один и тот же день года.
( да, всего 365 дней )
Если в 12 часов ночи идёт дождь, то можно ли ожидать, что через 72 часа будет солнечная погода?
( нет через 72 часа будет опять ночь )
У двух программистов есть брат Сергей, а у самого Сергея братьев нет. Может ли такое быть?
( да, если программисты – женщины )
Спутник вращается вокруг Земли с постоянной скоростью. Может ли делать один оборот вокруг Земли спутник за 1 ч 40 минут, а другой - за 100 минут?
(да, 1 ч 40 мин = 100 мин)
Верите ли вы, что существует алфавит, в котором используется только два символа?
( да, двоичный, азбука Морзе )
Объяснение нового материала.
Лекция.
Если вы хотите передать свое текстовое сообщение (последовательность символов некоторого алфавита) адресату так, чтобы оно осталось тайным для посторонних лиц, то у вас есть, по крайней мере, две возможности. Вы можете попытаться скрыть сам факт передачи текста, то есть прибегнуть к методам стеганографии, в арсенале которой - симпатические (невидимые) чернила, микроточки и тому подобные средства. Другая возможность заключается в попытке скрыть смысл сообщения от посторонних лиц, случайно или намеренно познакомившихся с передаваемым текстом. В этом случае вы можете прибегнуть к методам криптографии. Термин «криптография» происходит от двух греческих слов: «криптос» - тайна и «графейн» - писать, и означает тайнопись. «Тайнопись» как раз и подразумевает, что вы скрываете смысл своего сообщения.
Кодирование информации – процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки. Обратное преобразование называется декодированием.
Способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется: сокращение записи, засекречивание (шифровка) информации, удобство обработки и т.п.Чаще всего кодированию подвергаются тексты на естественных языках (русском, английском и пр.).
Существуют три основных способа кодирования текста:
графический – с помощью специальных рисунков или значков;
числовой – с помощью чисел;
символьный – с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст.
Полный набор символов, используемый для кодирования текста, называется алфавитом или азбукой.
ШИФРОВАНИЕ И ДЕШИФРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Шифр - совокупность алгоритмов криптографических преобразований (шифрования), отображающих множество возможных открытых данных на множество возможных зашифрованных данных, и обратных им преобразований.
Важным параметром любого шифра является ключ — параметр криптографического алгоритма(шифра), обеспечивающий выбор одного преобразования из совокупности преобразований, возможных для этого алгоритма. В современной криптографии предполагается, что вся секретность криптографического алгоритма (шифра) сосредоточена в ключе, но не деталях самого алгоритма
Шифрование — способ сокрытия информации, применяемый для хранения важной информации в ненадежных источниках или передачи её по незащищённым каналам связи. Шифрование производиться по криптографическому алгоритму (шифру) с использованием ключа.
Шифртекст - результат операции шифрования, произведённой над открытым текстом и ключом, информация со скрытым содержанием и смыслом
Расшифрование - преобразование шифртекста в исходный открытый текст при помощи криптографического алгоритма (шифра) и ключа
Дешифрование - получение открытого теста из шифртекста в условиях, когда алгоритм расшифровки (шифр) и его секретные параметры(ключ) не являются полностью известными и расшифровка не может быть выполнено обычным путем.
В зависимости от структуры используемых ключей методы шифрования подразделяются на :
тайнопись: посторонним лицам неизвестен сам алгоритм шифрования; закон преобразования знают только отправитель и получатель сообщения;
симметричное шифрование: посторонним лицам может быть известен алгоритм шифрования, но неизвестна небольшая порция секретной информации - ключа, одинакового для отправителя и получателя сообщения;
асимметричное шифрование: посторонним лицам может быть известен алгоритм шифрования, и, возможно открытый ключ, но неизвестен закрытый ключ, известный только получателю.
Шифрами перестановки называются такие шифры, преобразования из которых приводят к изменению только порядка следования символов исходного сообщения. Примером преобразования, которое может содержаться в шифре перестановки, является следующее правило. Каждая буква исходного сообщения, стоящая в тексте на позиции с четным номером, меняется местами с предшествующей ей буквой. В этом случае ясно, что и исходное, и шифрованное сообщение состоят из одних и тех же букв.
Шифрами замены называются такие шифры, преобразования из которых приводят к замене каждого символа открытого сообщения на другие символы - шифробозначения, причем порядок следования шифробозначений совпадает с порядком следования соответствующих им символов открытого сообщения. В качестве примера преобразования, которое может содержаться в шифре замены, приведем такое правило. Каждая буква исходного сообщения заменяется на ее порядковый номер в алфавите. В этом случае исходный буквенный текст преобразуется в числовой.
Под стойкостью шифра, как правило, понимается способность противостоять попыткам провести его вскрытие. При анализе шифра обычно исходят из принципа, сформулированного голландцем Огюстом Керкгоффсом (1835-1903). Согласно этому принципу при вскрытии криптограммы противнику известно о шифре все, кроме используемого ключа. Одной из естественных характеристик шифра является число его возможных ключей. Ведь вскрытие шифра можно осуществлять перебором всех возможных его ключей. Мы уже говорили, что в приводимых ниже задачах олимпиад, как правило, шифр известен, но неизвестен выбранный ключ, что соответствует принципу Керкгоффса. Подчас смешивают два понятия: шифрование и кодирование. Мы уже договорились, что для шифрования надо знать шифр и секретный ключ. При кодировании нет ничего секретного, есть только определенная замена букв или слов на заранее определенные символы. Методы кодирования направлены не на то, чтобы скрыть открытое сообщение, а на то, чтобы представить его в более удобном виде для передачи по техническим средствам связи, для уменьшения длины сообщения и т. д. В принципе, кодирование, конечно же, можно рассматривать как шифр замены, для которого набор возможных ключей состоит только из одного ключа (например, буква а в азбуке Морзе всегда кодируется знаками · — и это не является секретом).
В настоящее время для защиты информации широко используются электронные шифровальные устройства. Важной характеристикой таких устройств является не только стойкость реализуемого шифра, но и высокая скорость осуществления процессов шифрования и расшифрования. Для создания и обеспечения грамотной эксплуатации такой техники широко используются достижения современной криптографии, в основе которой лежат математика, информатика, физика, электроника и другие науки.
ШИФР ЦЕЗАРЯ
Шифр Цезаря реализует следующее преобразование текста: каждая буква исходного текста заменяется идущей после нее с некоторым сдвигом буквой в алфавите, который считается написанным по кругу.
Пример. Пусть величина сдвига будет равна 3. Тогда слово ЦЕЗАРЬ в полном русском алфавите будет представлено кодом ЩЗКГУЯ, а код НУЛТХСЁУГЧЛВ соответствует слову КРИПТОГРАФИЯ.

ШИФР ВИЖЕНЕРА
Шифр Виженера представляет собой шифр Цезаря с переменной величиной сдвига. Величину сдвига задают ключевым словом.
Пример. Пусть ключевое слово ВАЗА означает следующую последовательность сдвигов исходного текста: 3 1 9 1 3 1 9 1 и т.д. Тогда слово ЦЕЗАРЬ в полном русском алфавите будет представлено кодом ЩЁРБУЭ.
5.Работа с электронной презентацией «Способы кодирования» по методике активного чтения.
Учащиеся разбиваются по группам и, изучая электронную презентацию «Способы кодирования», должны найти ответы на контрольные вопросы
Контрольные вопросы
Что такое кодирование?
Как называется операция, обратная кодированию?
Как называется алфавит, состоящий из двух знаков?
Назовите три основных способа кодирования текста.
Если длина кода равна n, то с помощью алфавита, состоящего из к знаков, можно закодировать
Запишите формулу для нахождения длины кода.
Что такое криптография?
Что такое шифрование?
Что такое расшифрование?
Что такое дешифрование?
Кто находит методы обеспечения секретности сообщений?
Кто при неизвестном ключе выполняет задачу дешифровки?
Что изучает стеганография?
Что такое шифр?
Что такое ключ?
В чём разница между кодированием и шифрованием?
В чём заключается принцип шифров замены?
В чём заключается принцип шифров перестановки?
В чём заключается принцип шифра Цезаря?
В чём заключается принцип шифра Виженера?
6. Обсуждение ответов на вопросы.
7.Подведение итогов. Выставление оценок. Домашнее задание. Прочитать конспект. Зашифровать шифром Цезаря сообщение «Шарлатанство эксплуатирует невежество».