Құрастырушылар: ________ п.ғ.к., профессор Н.Н. Оспанова

Құрастырушылар: ________ п.ғ.к., профессор Н.Н. Оспанова

Информатика және ақпараттық жүйелер кафедрасы

5B070300 – Ақпараттық жүйелер мамандығының студенттеріне арналған

зертханалық жұмыстардың

әдістемелік нұсқаулары

Кафедраның отырысында ұсынылды

20__ж. «___»__________№___хаттама
Кафедра меңгерушісі ____________Н.Н.Оспанова 20__ж. «___»________
Физика, математика және ақпараттық технологиялар факультетінің оқу әдістемелік кеңесімен мақұлданды 20__ж. «___»__________№___ хаттама.

ОӘК төрағасы _______________ А.Б.Искакова 20__ж. «___»__________

ОӘБ бастығы ____________ Жуманкулова Е.Н. 20__ж. «___»__________

20__ж. «___»__________№___ хаттама.

«Ақпараттық қауіпсіздік және ақпаратты қорғау» пәнінен зертханалық сабақтар арнайы бағдарламалық қамтылуы бар компьютерленген аудиторияларда өткізіледі. Алғашқы зертханалық сабағында компьютерлік техника орнатылған аудиторияға жауапты техник-бағдарламашы студенттерге техникалық қауіпсіздігі жайлы мағмұмат жеткізеді. Нәтижесінде студенттер техникалық қауіпсіздік журналына жазылып тіркелуі қажет.

Компьютерлердің және автоматтандырылған ақпарат құралдарының кең тарауы мен пайда болуы, файлдарды және компьютердегі сақталатын ақпаратты қорғайтын автоматтандырылған құралдардын пайдалануын қажет етті. Қорғау құралдарының аса қажеттілігі көппайланушылар жүйесінде және де телефон желісі арқылы қосылатын немесе ашық компьютерлік желілерде байқалады. Хакерларға қарсы әрекет ретінде және мәліметтерді қорғауға арналған әдістер мен құралдарды сипаттау үшін компьютерлік қауіпсіздік термині пайда болды.

Желі мен коммуникацияны қорғайтын негізі автоматтандырылған құралдын бірі шифрлау болып табылады.

Жасырын түрде берілетін мәлімдемені ашық мәтін деп атайды. Ашық мәтінді өзгелерге мәні түсінікті болмас үшін оны өзгертеді, бұл өзгертуді шифрлау деп атайды. Мәтінді шифрлау нәтижесінде шифрланған мәтін болып шығады.Кері әрекетті дешифлау деп атайды, немесе шифланған мәтінді қалпына әкелу. Заңсыз пайдаланушылар қорғау мақсатында, ақпаратты бір таңбадан екінші таңбаға ауыстыруды зерттейтін ғылымды криптография дейді.

1-Сурет – Дәстүрлі криптожүйенің моделі

Мәлімдеме бұлағы мәлдемені Х=[Х₁,Х₂,...Х_м] түрінде ашық мәтінді құрастырады. Ашық Х мәтіннің Х_і элементтері болып қандай да бір шекті алфавиттың символдары болады. Ол мәліметті шифлау үшін қандайда бір кілт K=[K₁,K₂,…, K_J] ойластырылады. Берілген Х мәтін мен К кілті алынып шифрлау алгоритмы арқылы мәлімдеме шифраладыда шифрланған мәтін Y=[Y₁,Y₂,…, Y_N] шығады. Мұны формула арқылы көрсетуге болады:

Y = E_K(X).

Бұл формуланы, Y-тің шығуы К кілтін қолданып Е шифрлау алгоритмын Х мәтініне пайдалануы арқылы болған. Қабылдаушы берілген кілтті пайдалана отырып кері әрекет жасай білу керек:

X=D_K(Y).
Бөгде адам Y пен таныса келгенде? Ол K және X қалпына келтіруді тырысады. Осыған қарағанда Сол адам E шифрлау алгоритмын және D дешифрлау алгоритмын білуі мүмкін. Егерде бөгде адам қандайда Х мәтінді ғана білгісі келсе онда ол осы Х ашық мәтініне ықтималдықты құрастыраду жолдарын қарастырады. Егер мәтіннің барлығы керек болса ықтималдықты құрастыру жолдарымен К кілтін қарастырады.

1.2 Криптографиялық жүйелердің жіктелуі

Жалпы жағдайда криптографиялық жүйелердің жіктелуі келесі тәуелсіз сипаттармаларға негізделген.

1. 
   Қолданылатын кілттер саны. Егер жіберуші мен алушы бір кілт қолданса, жүйе симметриялық, бір кілтті жүйе, құпия кілтті жүйе немесе дәстүрлі шифрлеу схемасы деп аталады. Егер жіберуші мен алушы әр түрлі кілттер қолданса, онда жүйе ассиметриялы, екі кілтті жүйе немесе ашық кілтті шифрлеу схемасы деп аталады.
   
2. 
   Ашық мәтінді өңдеу әдісі. Блоктық шифрлеу ашық мәтінді блоктармен өңдеуді білдіреді. Әр блокты өңдеу нәтижесінде шифрленген мәтін блогы пайда болады. Ағымды шифрлеу ашық мәтіннің барлық элементтерін бірінен соң бірін шифрлеуді білдіреді, нәтижесінде әр кезеңде шифрленген мәтіннің бір элементі пайда болады.
   

Қойылым кезінде ашық мәтіннің жеке әріптері басқа әріптер, сандар немесе басқа да бір символдармен ауыстырылады. Егер ашық мәтін биттер тізбегі ретінде қарастырылса, онда қойылым ашық мәтіннің белгілі биттер тізбегі шифрленген мәтіннің белгілі биттер тізбегімен ауыстырылады.

АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ.

Цезарь шифрын пайдаланып, берілген мәлімдемелерді шешу керек. Қозғалу өлшемі белгісіз. Паскаль тілінде программа құрындар.

1 кесте – тапсырмалар нұсқасы.

нұсқа нөмірі	Тапсырма
	ИЦРХЭЫЩШШЩРЬЩЩМДРШУРМЮПРЭЪЩЬЭРЪРШШЩТЛЧ РШКЭЗЩМЖВШЩРМЮЧЛСШЩРЬЩЩМДРШУР
	ФГМКРОНФЩЗТЪЦФЫКШНФНХРТЦЛМИЩЪШИХГЙЫМЫЪЧНШНЩН ЯНХГЩНЪЗФРЧНШНМИЯРМИХХГЭ
	ВЦЫБЦГЮМЦСФЦЮГВГУСЩЭЦПГХЯВГДАЫЖЯБЯЙЦЪЫБЩАГЯФБСЕ ЩИЦВЫЯЪГЦЖЮЯЬЯФЩЩ
	КЭЧУЙЧБЗЪАДЮНЮКБИЭКЗШФДЙНОЮБМЬЙББЙБДИБЗДАКНОПЛЬЖЖ МДЛОКЯМЬРДУБНЖДИОБСЙКЗКЯДЫИЮКБЙЙКЯКПМКЮЙЫ
	ТБВРЭФРАВЭЛЕЪАШЯВЮУАРДШЗХБЪШЕБШБВХЬРЕШБЯЮЫМЧГХВБП ЮФШЭШВЮВЦХЪЫОЗШФЫПИШДАЮТРЭШПШФЫПАРБИШДАЮТЪШ
	ШАЖЮЕИДЩЖЦКЮНЫЗАДЯЗЮЗИЫВЫЗДИАЖСИСВАБФНДВАЦЬЪСЯЮ ВЫЫИЪШЦЗШХЭЦГГСЛШЭЦЮВГДАБФНЦ
	ШОФТЙЧШЩМЕТУЖЦВЮБУАШЬТ,ЯТУЩОЫЫЙЧЯЭЬЪЬЗКМТЮБСЬСЬ ШЩМЕО
	ПМЯПРАГЛЛЩЗПГИОГРЛЩЗИЙЬХМРНОЮАЖРГЙЭКМДГРЯЩРЪЖПНМЙ ЪЕМАЮЛВЙЭЦЖТОМАИЖПММЯЧГЛЖЭ
	ЙЧСЦЮЬЪЩЩМЛЫЪРЫФЭИЭЪЪНЕСЩФЛРЪЦМУЗОМСЮГЮЪЪЮЫЬМО ФЮСЧСШНЗЧРСХЭЮОФЮСЧИЩЪЭЪУРМЮСЧИЭЪЪНЕСЩФЛ
	ЖКВИУКУЭВГЦПАНИШЕЧКЙЧЪЪАЬЭЙЭИКАМАВШКЖЪВГЦПЭБВЖКЖ ИУЭЪВГЦПШЦКЪЙЭЩЧАЬЭЕКАМАВШКЖИЗЖГФЯЖЪШКЭГЧ

Зерханалық жұмыс № 2

Тақырыбы: Ашық мәтіннің статистикалық мінездемесі

Мақсаты: Ашық мәтінмен жұмыс істеуді үйрету.
Қысқаша теориялық мәлімет
Тасмалдаушыға(қағаз, магниттік диск) жазылған ақпараттың кезкелгені қорғауға жатады. Сондағы мәлімдеме қандай да бір алфавиттің тізбегінен тұрады.Алфавит екіге бөлінеді табиғи алфавит (қазақ, ағылшын, оры т.с.с) және арнайы алфавит (Морзе әліппесі, компьютер кодтарты т.б).

Төмендегі қарастыратынымыз адам арасындағы байланыста пайдаланатын тілдер алфавиты, сонын ішіндегі орыс және ағылшын алфавитіне және олардың лингвистикалық ерекшеліктеріне тоқталық. Сондай ақ ерекшклікті талдау жасайтын тәсілдер барлық тілдерге бірдей пайдаланылады.

Орыс алфавиты төмендегі 33 әріптен тұрады:

А, Б, В, Г, Д, Е, Ё, Ж, 3, И, Й, К, Л, М, Н, О, П, Р, С, Т, У, Ф, X, Ц, Ч, Ш,

Щ, ъ, ы, ь,Э,Ю,Я.

Байланыстын техникалық каналдары арқылы тасымалданатын мәлімдемелерге әдетте қысқартылған орыс алфавиты пайдаланылады, мұнда Ё-Е, Й-И, Ъ-Ь бір әріп полып есептеледі. Кейде оқуға ынғайлы болсындеп сөз арасына - бос орын белгісін қояды.

Ағылшын толық алфавиты 26 әріптен тұрады:

А, В, C,D,E,F, G,H,I,J,K,L,M,N, O,P, Q,R,S, T, U, V, W,X, Y,Z.

Байланыстын техникалық каналдары арқылы тасымалданатын мәлімдемелерге әдетте қысқартылған орыс алфавиты пайдаланылады, мұнда I - J бір әріп полып есептеледі. Кейде оқуға ынғайлы болсындеп сөз арасына - бос орын белгісін қояды.

Арнайы алфавиттардың бірі болып – Морзе әліппесі, ASCII (American Standart Code for Information Interchange) және т.б.
Цезарь шифры.

Белгілі қойылымды шифрлардың ең көне және ең қарапайымы, Юлий Цезарь қолданған шифр болып табылады. Цезарь шифрінде алфавиттің әр әрібі, сол алфавитте үш орынға әрі қарай орналасқан әріппен ауыстырылады. Бұл жерде алфавит «циклдық» болып саналады, яғни Я әріпінен кейін А әрібі кетеді. Мысалы, мына алфавит үшін

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ъ

Ы

Ь

Э

Ю

Я

Шифрлеу келесідей өтеді:

Ашық мәтін:

К

Р

И

П

Т

О

Г

Р

А

Ф

И

Я

Шифрленген мәтін:

Н

У

Л

Т

Х

С

Ж

У

Г

Ч

Л

В

Жасалымды анықтау үшін барлық мүмкіндіктерді қарастыру керек.

Ащық мәтін:

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ъ

Ы

Ь

Э

Ю

Я

Шифрленген мәтін:

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ъ

Ы

Ь

Э

Ю

Я

А

Б

В

Егер әр әріпке сандық эквивалент белгілесек (А = 1, Б = 2 және т.б.), онда шифрлеу алгоритмін келесі формулаларымен беруге болады.Р ашық мәтіннің әр әрібі С шифрленген мәтіннің әрібімен ауыстырылады:

C = E(P) = (P+3) mod (26).

Жалпы жағдайда жылжыту әр түрлі болуы мүмкін, сондықтан Цезарьдің жалпы алгоритмі келесі формуламен жазылады:

C = E(P) = (P+k) mod (26),

Мұндағы k 1-ден 31-ге(қарастырылған алфавит үшін) дейінгі диапазонда мән қабылдай алады. Дешифрлеу алгоритмі де қарапайым:

P = D(C) = (C-k) mod (26).

Егер анықталған мәтіннің, Цезарь шифрінің көмегімен аяқталғаны белгілі болса, онда шифрді барлық мүмкіндіктерді қарапайым таңдау арқылы ашу өте оңай - бұл үшін кілттің 31 мүмкіндігін тексеру жеткілікті.

Барлық мүмкін түрлердің реттік таңдау әдісін қолдану берілген шифрдің негізгші үш сипаттамасымен айқындалады.

1. 
   Шифрлеу және дешифрлеу алгоритмдері.
   
2. 
   Барлық 31 нұсқаны таңдау қажет.
   
3. 
   Ашық мәтіннің тілі белгілі және түсінікті.
   

Көптеген жағдайларда, компьютерлік ақпаратты қорғау туралы сөз қозғалса, алгоритм белгілі деп алынады. Криптоанализ реттік таңдау әдісі кезінде қажетсіз әрекеті - көптеген кілттерді қажет ететін алгоритмді қолдану.
Тапсырма

Плейфейер шифра пайдаланғанда орыс алфавитінен Ё әріпі (заменяется буквой Е) және Й әріпі (заменяется буквой И). Ъ и Ь әріптері бір әріппен белгіленеді. Келесі 31 әріп тен тұратын алфавит бойынша матрица құрылады да 5 жол мен 6 бағаннан тұрады.

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ,

Мысалы,ПАРУСНИК кілт сөзі келесі түрде болады.

П	А	Р	У	С	Н
И	К	Б	В	Г	Д
Е	Ж	З	Л	М	О
Т	Ф	Х	Ц	Ч	Ш
Щ	Ъ/Ь	Ы	Э	Ю	Я

Таблицадан 1 кілт сөзді алыпПлейфер шифрын пайдаланып келесі сөйлемді кодыландар «КОД ПЛЕЙФЕЙЕРА ОСНОВАН НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАТРИЦЫ БУКВ» и кестедегі берілген символдар тізбегін декодтандар.

1 -Кесте

Нұсқа нөмірі	Тапсырма
	Кілт сөз: ПОЛЕТ Декодтауға арналған символдар тізбегі: КЛКЕПЕШОБКЕРЭЛЧСКУЛЮЕТВМВКИММЮЗОТЖША
	Кілт сөз: ФИЛЬМ Декодтауға арналған символдар тізбегі: НПВЪЗПЖИКЛБЦРПЪПЭИЯЩЛИЗПБКФАГПШУХЭЧЖРЫВЦТУНЧТЩЧНХНЩТНЯХКДНЦВЗТЧИ
	Кілт сөз: КАТЕР Декодтауға арналған символдар тізбегі: ЗЛНЖКГСЩЯЪАОЕСМЩЯСОЛКДБОУЩФРКЖФТАРТЮВИОАСЫЫРМРЕПМЩ
	Кілт сөз: ПАРОЛЬ Декодтауға арналған символдар тізбегі: ЮОГНФПЛМКЮМВРМХИНЦШБЛГЖМУПЕАЮЖЧЗПДАМАЛНЪЖЕАДПУНЕЛСЪМЧПМЪЗЧЪЭАЩЩНТЗЗУАД
	Кілт сөз: КОЛЬЦА Декодтауға арналған символдар тізбегі: МИПГПДПМЖВТЩВИЕИЛРЩЧЗОЛИНЦЩХЖПЪРВЦТУОЖАЫВХУКЖЕВИ
	Кілт сөз: КАМЕНЬ Декодтауға арналған символдар тізбегі: РСРФЪПЧСВЛНПНЪСШТОБСХЪИЪФОПГИМФАНЪУКГЩЛНВНКХЧЪДУНЛМАХКСЛИЧТБЕУ
	Кілт сөз: СОЛНЦЕ Декодтауға арналған символдар тізбегі: ЗОИЦОЫИТЗУСОШЖАЦФАВЗЗКЗЧНБЗЖУКПБЕЫТЗЪЗФЩ
	Кілт сөз: ТОВАРИЩ Декодтауға арналған символдар тізбегі: МОЩЕЯВЧЪЛТАПЯВМОМРЗФИЫПТБКВИХБЦБЩШЪЧШЩИВТЧОАДХОПАБТИВАРМЖИ
	Кілт сөз: СВЯЗЬ Декодтауға арналған символдар тізбегі: ЛМЧШЮГХТЯПХООПКПЖМКЧВЦАОБФЖГКХПНЯВЖФЪЛЯНХОФЗТЪСЦПИЛФЛЪ
	Кілт сөз: МАТЕРИЯ Декодтауға арналған символдар тізбегі: УЕНАЕЭМЧЗПФТКСЪИАРУЕПЕСЯЕХТИСЩГХМЖФЗЧБГЩКМЮАЕЪ

unit Unit1;
interface
uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls;
type

TForm1 = class(TForm)

Memo1: TMemo;

Memo2: TMemo;

Button1: TButton;

Button2: TButton;

OpenDialog1: TOpenDialog;

Button3: TButton;

Edit1: TEdit;

procedure Button2Click(Sender: TObject);

procedure Button1Click(Sender: TObject);

function deshifer(str:string;sdvig:integer):string;

procedure FormShow(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;
var

Form1: TForm1;

kiril_niz:string;

kiril_verh:string;

latin_niz:string;

latin_verh:string;

implementation

{$R *.dfm}
function tform1.deshifer(str:string;sdvig:integer):string;

var

st:String;

i,n:integer;

begin

for i:=0 to Length(str)-1 do

begin
end;

Result:=st;

end;
procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

begin

if OpenDialog1.Execute then

begin

Memo1.Clear;

Memo1.Lines.LoadFromFile(OpenDialog1.FileName);

end;

end;
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var

i,j:integer;

begin

for i:=0 to Memo1.Lines.Count-1 do

begin

Memo2.Lines.Add(deshifer(memo1.Lines[i],strtoint(edit1.text)));

end;

end;
procedure TForm1.FormShow(Sender: TObject);

begin

kiril_niz:='абвгдеёжзийклмнопрстуфхцчшщъыьэюя';

kiril_verh:='АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ';

latin_niz:='abcdefghijklmnopqrstuvwxyz';

latin_verh:='ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';

end;
end

Лабораторлық жұмыс №3

Тақырып: Шифр Хилла

Мақсаты: Хилл шифрымен жұмыс. Осы шифр көмегімен мәтінді шифрлау және дешифрлауды үйрену.
Қысқаша теориялық мәлімет

Хилл шифры - сызықтық алгебра негізінде құрылған полиграммдық алмастыру шифры.

Бұл шифр тәжірибеде бір мезетте үш символдан артық символдармен әрекеттеседі.

Шифрдың кілті - матрицадан тұрады. Әрбір әріпке сан сәйкес келеді. Латын әліпбиі үшін:

A = 0, B =1, ..., Z=25, қазақ әліпбиі де сәйкесінше.

n әріптерден тұратын блок n-өлшемді вектор сияқты қарастырылады және

n*n матрицасына 26 модулі бойынша көбейтіледі. Ал қазақ әліпбиі бойынша модулі 42-ге тең.

Матрица толығымен шифр кілті болып келеді. Және осы матрицаның міндетті түрде кері

матрицасы болуы керек. Ол шифрдан шығару үшін қажет.
Тапсырма: Хилла әдісі бойынша шифрация мен дешифрация программасын жасау

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Шифрлаудың алгоритмі
   
2. 
   Дешифрлау алгоритмі
   
3. 
   Әдістің талдауы
   

Зертханалық жұмыс №4

Тақырып: Мәтінді архивтеу

Мақсаты: Архивтеудің негіздері мен жұмыс технологиясын оқып, үйрену
Теориялық мәлімет
Архивтеу - файлды немесе файлдар тобын қысу, сығу процесі. Диск кеңістігінде файлдың алатын орнын азайту үшін ондағы мәліметтерді архивтеуші программалар (arj, zip, rar) көмегімен тығыздау әрекеті.
Тапсырма: Мәтінді және программанының әдісін іске асыру
Бақылау сұрақтары:

1. 
   Таңдалынған архивтік әдіс ненің негізінде болады?
   
2. 
   Шығыс файлына тоқтау бола ма?
   
3. 
   Қосымша кітапханалар бар ма?
   
4. 
   Архивтеу алгоритмі
   
5. 
   Архивтен шығу алгоритмі
   
6. 
   Қысылған алгоритм қаншалықты қолайлы?
   
7. 
   Әдістің талдауы
   

Зертханалық жұмыс №5

Тақырып: Шифрация мәтінінің суреттегі әдісі
Қысқаша теориялық мәлімет

Қорғаудың техникалық құралдарын қолдану өзіндік, яғни өз бетімен атқарылған шаралар сипатында болады. Көптеген бағдарламалық құралдар (ОЖ, МББЖ) қамтамасыздандарудың жалпы жүйелік компонеттері (құраушылары) құрамына кіреді. Ұйымдастыру компонеттерінің жиынтығы деректердегі ақпаратты өңдеу жүйесіндегі ақпараттарды қорғаудың жалпы ұйымдастыру жұмысынан тұрады.

Ақпаратты қорғау мәселесі заң шығарушы орындардан бастап нақты техникалық құрылғыға дейін кең ауқымды қамтиды. Бағдарламаны өңдеушілер ақпараттың жоғары деңгейде қорғалуын қамтамасыз ететін қорғаудың техникалық құралдары қажеттігін ұсынады. Бағдарламалық құралдарды пайдаланушыларға қорғау құралдары пайдалану тарихында қосымша қиындық туғызады. Бірден-бір қорғау құралы болып табылатын – авторлық құқықты мойындау – яғни бағдарламалық құралдарды сату экономикалық жағынан тиімсіз. Бұдан басқа сақтайтын ақпараттардың ашылу деңгейін көтеру және оны өңдеу әдісін (ноу-хау) жоғарылату тағы бар.
Тапсырма: Берілген әдісті пайдаланып, мәтінді шифр арқылы суретте қолданудың программасын құру
Бақылау сұрақтары:

1. 
   bmp файлына шектеу бар ма?
   
2. 
   bmp файлының өлшемі және кодтау текстінің ұзындығы арасында қандай байланыс анықталады
   
3. 
   Визуалды алынған сурет өзгереді ме?
   
4. 
   Шифрация алгоритімі
   
5. 
   Дешифрация алгоритімі
   
6. 
   Әдістің талдауы
   

Әдебиет

1. 
   Столлингс В. Криптография и защита сетей: принципы и практика, 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. - 672 с.
   
2. 
   Анин Б.Ю. Защита компьютерной информации. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000. - 384 с.
   
3. 
   Введение в криптографию/Под общей ред. В.В. Ященко. – СПб.: Питер, 2001. – 288с.
   
4. 
   Жельников В. Криптография от папируса до компьютера. М.: ABF, 1996
   
5. 
   Салома А. Криптография с открытым ключом. М.: Мир, 1995.
   

жүктеу 223,5 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: