Prírodou inšpirované algoritmy

Súčasné delenie šifier

Postupným vývojom kryptografie dochádzalo k deleniu jednotlivých typov kryptografických algoritmov do niekoľkých základnych skupín. Najznámejšie, najzákladnejšie a najjednoduchšie delenie je na:

• symetrické šifry
• nesymetrické šifry

Ak by sme toto delenie chceli rozšíriť podrobnejšie dostali by sme nasledujúce skupiny:

• Tradičné šifry
• klasické techniky
• substitučné šifrovacie systémy
• transpozičné šifrovacie systémy
• moderné techniky
• symetrické šifrovacie systémy
• Šifry s verejným kľúčom
  • asymetrické šifrovacie systémy

Substitučné šifrovacie systémy

Substitučná šifra nahradzuje každý znak otvoreného textu iným znakom šifrovaného textu. Aby príjemca získal otvorený text, musí na zašifrovaný text použiť inverznú substitúciu.

V klasickej kryptografii existujú štyri typy substitučných šifier:

• Jednoduchá substitučná šifra (monoalfabetická šifra) je taká šifra, v ktorej sa každý znak otvoreného textu nahradzuje príslušným znakom šifrovaného textu.
• Homofónna substitučná šifra sa podobá jednoduchému substitučnému systému. Jeden znak otvoreného textu môže byť nahradený jedným znakom z niekoľko možných znakov šifrovaného textu. Znak “A” by mohol byť nahradený napr. 5, 13, 25 alebo 56, “B” napr. 7, 19, 31 alebo 42 atď.
• Polygramová substitučná šifra je taká, v ktorej šifrovanie prebieha medzi skupinami znakov. Napríklad skupina “ABA” môže byť nahradená skupinou “RTQ”, “ABB” skupinou “SLL” atď.
• Polyalfabetická substitučná šifra sa skladá z niekoľko jednoduchých šifier. Napríklad túto šifru môže tvoriť päť rôznych, jednoduchých substitučných šifier; jednotlivé šifry sú postupne aplikované na jednotlivé po sebe idúce znaky otvoreného textu.

Medzi substitučné šifry napríklad patri Caesarova šifra alebo Vernamova šifra.

Transpozičné šifrovacie systémy

Pri transpozičných šifrách sa znaky otvoreného textu nemenia, mení sa iba ich usporiadanie. Pri jednoduchej stĺpcovej transpozičnej šifre sa otvorený text zapisuje horizontálne na štvorčekovaný papier a zašifrovaný text sa získava jeho vertikálnym čítaním. Pri dešifrovaní sa šifrovaný text zapíše vertikálne opäť na štvorčekovaný list papiera rovnakej šírky a číta sa horizontálne.

j e d n o d u c h a s t

l p c o v a t r a n s p

o z i c n a s i f r a

Šifrovaný text: jloepzdcinocovndaautscrihafanrssatp Pretože znaky šifrovaného aj otvoreného textu sú rovnaké, bude sa frekvenčný výskyt jednotlivých znakov šifrovaného textu približne rovnať frekvenčnému výskytu znakov v príslušnom národnom jazyku. Navyše je tento systém náročný na pamäť a niekedy aj obmedzuje dĺžku správ.

Sem patria napríklad: Cardanova mriežka, Richelieuova šifra.

Symetrické šifrovacie systémy

V základnom delení bolo spomínané, že medzi tradičné šifrovacie systémy patria aj symetrické šifry. Využívajú vhodne zvolené kombinácie substitučných a transpozičných algoritmov.

Tento šifrovací systém sa nazýva symetrický preto, lebo šifrovací kľúč je možné odvodiť z dešifrovacieho a naopak. Väčšina symetrických algoritmov má rovnaký šifrovací aj dešifrovací kľúč. Tieto algoritmy označované ako algoritmy tajného kľúča vyžadujú, aby sa príjemca aj odosielateľ vopred dohodli na kľúči, ktorý budú používať. Bezpečnosť je založená na utajení kľúča. Ak sa používa dlhšiu dobu, vzniká nebezpečenstvo, že kľúč padne do nepovolaných rúk a obsah utajovaných informácií sa prezradí. Preto sa kľúče často obmieňajú - nazývame ich aj “kľúče pre sedenie” (session - relácia).

Symetrické algoritmy sa môžu deliť na dve kategórie a to na prúdové a blokové. V dnešných algoritmoch je typická dĺžka 64 bitov. V minulosti sa otvorený text šifroval po jednom znaku.

Najbežnejšie používané symetrické algoritmy sú Rivest Cipher 5 (RC5), Data Encryption Standard (DES), International Data Encryption Algorithm (IDEA), Blowfish a Skipjack.