МБОУ «Карсинская  СОШ»

                                                  Тема проекта:

                Криптография и шифры

(творческий)

            Выполнила: Головина Д. А. обучающаяся 7 класса

            Наставник: Панарина Л. В. учитель математики

2022 г.

Введение                                                                                            3

1.  Криптография-наука о шифровании                                          

1. История возникновения криптографии                              4

2. Основные криптографические определения                      5

 2.  Виды шифрования                                                                      

2.1    Шифр замены                                                                       7

2. Шифр Полибия                                                                     7

2.3    Шифр Цезаря                                                                        8                                                              

            2.4   Азбука Морзе                                                                        9

          3. Практическая часть                                                                   10

     Заключение                                                                                 11

     Список литературы                                                                    12

     Приложение

Введение

С распространением письменности в человеческом обществе появилась потребность в обмене письмами и сообщениями, содержание которых скрыто от посторонних. Одним из способов сокрытия информации является тайнопись (криптография). Криптография – наука, покрытая пеленой тайн, и это делает её столь увлекательной. Это одна из древнейших наук на планете.

Я решила изучить  тему «Криптография и шифры», так как меня заинтересовали секреты и тайны науки – «Криптография». В разных ситуациях мы встречаем шифры, но  не всегда можем их расшифровать. В ходе проекта я изучу различные виды шифров и создам свой.

Цель: познакомиться с основами криптографии и шифрования.

Задачи:

1. Рассмотреть основные термины криптографии.
2. Познакомиться с историей  возникновения криптографии.
3. Научиться шифровать простейшие сообщения разными видами шифров.
4. Создать свой шифр.

1. Криптография-наука о шифровании

Криптография – область знаний, изучающая тайнописи и методы её раскрытия. Главная цель этой науки – скрыть смысл сообщения, для этого текст шифруют по особому правилу.

Существует несколько способов шифрования текста. При помощи замены и перестановки знаков, используют для шифровки буквы, рисунки, цифры, знаки и даже звуковые.

Криптография считается разделом математики. Криптография – это наука о шифрах. [2]

Главная цель этой науки – скрыть смысл сообщения, для этого текст шифруют по особому правилу.

1. Основные криптографические определения

Наука о создании и использовании шифров называется криптографией.

Слово криптография произошло от древнегреческих слов: КРИПТОС (тайный) и ГРАФО (пишу).[4]

 Шифр (от фр.  «цифра» от араб.  «нуль») — какая-либо система преобразования текста с ключом для обеспечения секретности передаваемой информации. [1]

 Процесс засекречивания сообщения с помощью шифра называется шифрованием.

Шифрование – преобразовательный процесс: исходный или открытый текст заменяется шифрованным текстом. Шифрованный текст преобразуется в открытый на основе ключа. [5]

Расшифровывание – преобразования шифрованного текста в открытый.

Изначально криптография изучала методы шифрования информации -  обратимого преобразования открытого текста на основе секретного алгоритма или ключа в шифрованный текст. Традиционная криптография образует раздел симметричных криптосистем, в которых зашифровывание и расшифровывание проводится с использованием одного и того же секретного ключа.  

2.  История возникновения криптографии

  Криптография – наука, покрытая пеленой тайн, и это делает её столь увлекательной. Это одна из древнейших наук на планете. История криптографии насчитывается  около 4 тысяч лет.

Шифры появились в глубокой древности в виде криптограмм (по-гречески - тайнопись). Порой священные иудейские тексты шифровались методом замены. Вместо первой буквы алфавита писалась последняя буква, вместо второй - предпоследняя и так далее. Этот древний метод шифрования назывался «Акбаш». Известно, что шифровалась переписка Юлия Цезаря (100 - 44 гг. до н. э.) с Цицероном (106 - 43 г.г. до н. э.).[5]

    В начале XX было разработано большое количество всевозможных электромеханических шифровальных устройств.

В годы Второй Мировой войны, немецкие разведчики передавали информацию при помощи шифровальной машины ЭНИГМА, но благодаря таланту учёных-криптографов из Польши и Британии, удалось взломать код, дешифровать злой умысел врага и одержать победу войне. Шифровальные устройства позволяют защитить информацию, передаваемую по радиоканалу от прочтения посторонними лицами, и прежде всего, спецслужбой противника.

 В середине XX века появились первые электронно-вычислительные вычислительные машины, что значительно повлияло на развитие криптографии. Компьютеры проникли в различные сферы жизни, возникла новая отрасль хозяйства - информационная индустрия. Объем информации в обществе, с тех пор стабильно возрастает.

Криптографами были разработаны стойкие шифры с секретным ключом для обеспечения секретности и целостности передаваемых или хранимых данных.

Многие социальные сети пользуются средствами криптографической защиты. Это необходимо для того, чтобы информация, передаваемая одним пользователем, была получена в целостности и сохранности другим пользователем. Криптография сегодня - это важнейшая часть всего Интернета. Она обеспечивает  точность, прозрачность и конфиденциальность. Криптография предотвращает попытки мошенничества в сети Интернет, помогает установить личность, но и обеспечить анонимность.[2]

2. Виды шифрования

2.1  Шифр замены

Такой шифр характеризуется тем, что отдельные части сообщения (буквы, слова) заменяются на какие-либо другие буквы, числа, символы и т.д. При этом замена осуществляется так, чтобы потом по шифрованному сообщению можно было однозначно восстановить передаваемое сообщение.

 Я рассмотрела простую замену и придумала свой ключ для шифрования. Каждая буква открытого текста заменяется на один и тот же символ шифротекста.

Еще один пример простой замены – Шифр Атбаш. Шифрование осуществляется путем замены первой буквы алфавита на последнюю, второй на предпоследнюю и так далее.[3]

Этот шифр использовался для еврейского алфавита и отсюда получил свое название. Первая буква – алеф, заменяется на тау (последнюю), вторая буква – бет, заменяется на шин (предпоследнюю). Из этих букв и сформировалось название.

 Атбаш для русского алфавита.

А Б В Г Д Е Ё 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

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

Пример: Исходное слово:  ЗАМЕНА = ЧЯТЬСЯ

2.2  Шифр Полибия

 В общем случае буквы и цифры сообщения заменяются другими символами, делая его совершенно непонятным. Идею формирования таблицы шифрования проиллюстрируем для русского языка [4]. Число букв в русском алфавите отличается от числа букв в греческом алфавите, поэтому размер таблицы выбран другой (квадрат 6*6=36, поскольку 36 наиболее близкое число к 33):

К каждому языку отдельно составляется таблица шифрования с одинаковым (не обязательно) количеством пронумерованных строк и столбцов, параметры которой зависят от его мощности (количества букв в алфавите). Берутся два целых числа, произведение которых ближе всего к количеству букв в языке — получаем нужное число строк и столбцов. Затем вписываем в таблицу все буквы алфавита подряд — по одной в каждую клетку. При нехватке клеток можно вписать в одну две буквы (редко употребляющиеся или схожие по употреблению).

2.3  Шифр Цезаря

Шифр назван в честь римского полководца Гая Юлия Цезаря.  Шифр Цезаря, один из самых простых и наиболее широко известных методов шифрования.

Шифр Цезаря - это вид шифра подстановки, в котором каждый символ в открытом тексте заменяется символом, находящимся на некотором постоянном числе позиций левее или правее него в алфавите. Например, в шифре со сдвигом вправо на 3, А была бы заменена на Г, Б станет Д, и так далее.

Способы  выбора ключей могут быть различны. В шифре Цезаря ключом служит произвольное число k, выбранное в интервале от 1 до 25. Каждая буква открытого текста заменяется буквой, стоящей на k знаков дальше нее в алфавите. [3]
Для наглядности зашифруем слово ТОРТ  шифром  Цезаря с ключом k=3. Построим таблицу подстановок:

И  заменив каждую букву в тексте получим: ТОРТ = ХСУХ.

2.4  Азбука Морзе

Азбука Мо́рзе — способ представления букв алфавита, цифр, знаков препинания и других символов последовательностью сигналов: длинных (тире) и коротких (точек). За единицу времени принимается длительность одной точки. Длительность тире равна трём точкам. Пауза между элементами одного знака — одна точка, между знаками в слове — 3 точки, между словами — 7 точек]. Назван в честь американского изобретателя и художника   Сэмюэля  Морзе.

Сэмюэль Морзе, который был первым президентом Национальной Академии рисования, возвращался из Европы, где изучал творчество мастеров древности. В пути он познакомился с попутчиком, который рассказал Морзе о воздействии тока на магнит и о его способности мгновенно проходить по длинному проводу.

3. Практическая часть

Изучая разные виды шифров, я сама составляла зашифрованные тексты и  предлагала ученикам их расшифровать. Тексты составляла с помощью Шифра Полибия, Шифра Цезаря. (Приложение1, 2).

Также я составила свой шифр замены. К каждой букве алфавита я придумала фигуру. (Приложение 3). С помощью этого шифра я могу вести тайную переписку со  своими друзьями.

        Я провела опрос по теме: «Криптография и шифры».

          Опрос показал, что  наука Криптография вызывает интерес у моих сверстников.  Но когда я предлагала дешифровать криптограммы, желающих было не много.

Вывод:

Выполняя работу, я много узнала о шифровании. Изучила различные виды шифров. Придумала свой шифр замены и использовала его в переписке.

Так же я поняла, что наука криптография - это наука, которая никогда не устареет и в современном мире без неё не обойтись, так как вся информация шифруется с целью безопасности.

Я считаю, что знания, которые я получила при выполнении проекта, мне пригодятся в будущем.

Список литературы

1. Ожегов С. И.

Словарь русского языка: Ок. 60 000 слов и фразеологических выражений /  С. И. Ожегов; Под общ. Ред. Проф. Л. И. Скворцова. – 25-е изд., испр. и доц. – М.: ООО «Издательство Оникс»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2007.

2.  https://infourok.ru/statya-kriptografiya-dlya-nachinayuschih-3088882.html
3. https://dn.net/files/dd7/d62d7b626cdda7ac3b70f9752ea21059.pdf
4. https://ru.wikipedia.org/wiki ( Шифр Полибия)
5. https://ru.wikipedia.org/wiki ( Шифр)