Szyfry symetryczne w języku Java

Przykładem szyfru symetrycznego jest znany nam szyfr CezaraPvJJ5fOYkszyfr Cezara. Przeanalizujmy teraz implementację jego szczególnego przypadku, znanego jako szyfr ROT13, w którym każdą literę przesuwamy o $13$ pozycji.

Implementacja będzie znajdować się w funkcji rot13(String) przyjmującej i zwracającej zmienną typu tekstowego.

Przyjmijmy założenie, że tekst jawny zawiera małe litery alfabetu łacińskiego.

Zapiszmy funkcję:

	// Funkcja do szyfrownia tekstu szyfrem rot13
	public static String rot13(String value)
	{

	}

Zamieńmy teraz naszą zmienną value na tablicę zmiennych typu char, a następnie utwórzmy pętlę for, która przejdzie po wszystkich elementach utworzonej tablicy:

	// Funkcja do szyfrownia tekstu szyfrem rot13
	public static String rot13(String value)
	{
		char[] result = value.toCharArray();
		for(int i = 0; i < result.length; i++)
		{
			
		}
	}

Teraz każdy ze znaków przekształćmy poprzez zwiększenie jego kodu ASCII o 13. Jeżeli wykroczymy poza zakres liter, będziemy musieli powrócić do początku alfabetu. W tym celu należy zastosować operację reszty z dzielenia. Na końcu naszej funkcji wystarczy zwrócić zmienną typu String utworzoną z tablicy result.

	// Funkcja do szyfrownia tekstu szyfrem rot13
	public static String rot13(String value)
	{
		char[] result = value.toCharArray();
		for(int i = 0; i < result.length; i++)
		{
			// zamień wszystkie litery w tekście na te przesunięte o 13 jednostek
			result[i] = (char) (((result[i] - 'a' + 13) % 26) + 'a');
		}
		return String.valueOf(result);
	}

A oto kod demonstrujący działanie programu:

    public static void main(String[] args)
    {
		System.out.println("Podaj wiadomosc do zaszyfrowania");
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		String text = sc.nextLine();

		text = rot13(text);
		System.out.println("Po zaszyfrowaniu ten tekst to\n"+text);

		text = rot13(text);
		System.out.println("Po odszyfrowaniu ten tekst to\n"+text);
    }

Na szczególną uwagę w szyfrze ROT13 zasługuje fakt, że do odszyfrowania służy tu dokładnie ta sama funkcja, która zaszyfrowała tekst. Dzieje się tak dlatego, że w alfabecie łacińskim jest 26 znaków, zatem okresowość tego ciągu liter jest równa dwukrotności liczby 13. Przesuwając literę o 13 znaków dwa razy, otrzymujemy dokładnie tę samą literę. Zjawisko to występuje, ponieważ mamy tu do czynienia z szyfrem odwrotnościowymszyfr odwrotnościowyszyfrem odwrotnościowym, czyli takim, w którym funkcja szyfrująca jest odwrotnością samej siebie.

Szyfry asymetryczne

Działanie szyfru asymetrycznego przeanalizujmy na podstawie protokołu Diffiego‑Hellmana, który służy do tzw. wynegocjowania klucza publicznego między dwiema stronami. W naszym przykładzie rozpatrzmy komunikację między klientem a serwerem.

1. Z góry ustalone są dwie liczby – liczba pierwsza $p$ oraz podstawa $g$

2. Klient losuje pewną liczbę całkowitą $a$ i oblicza wartość $A = g^a \bmod p$. Wartość ta przesyłana jest do serwera.

3. Serwer analogicznie losuje liczbę $b$, po czym oblicza wartość $B = g^b \bmod p$. Następnie przesyła tę wartość do klienta.

4. Klient oblicza wartość $s = B^a \bmod p$, zaś serwer $s=A^b \bmod p$. Liczby te będą sobie równe.

Otrzymana wartość $s$ jest sekretnym kluczem, który może być używany do szyfrowania symetrycznego za pomocą innego algorytmu. Wartości $a$ oraz $b$ są kluczami prywatnymi. Wszystkie pozostałe wartości w tym algorytmie mogą zostać udostępnione i będą miały niemal zerowy wpływ na siłę szyfru.

Prześledźmy teraz ten proces dla przykładowych danych:

1. Jako ustalone odgórnie wartości przyjmiemy liczbę pierwszą $p=29$ oraz podstawę $g = 9$

2. Klient wylosował wartość $a=7$. Obliczona wartość $A$ wynosi więc $A=g^a \bmod p = (29^7) \bmod 9 = 17249876309 \bmod 9 = 2$. Przesyłana jest ona do serwera.

3. Serwer wylosował liczbę $b=3$. Obliczona wartość $B$ wynosi więc $B=g^b \bmod p = (29^3) \bmod 9 = 24389 \bmod 9 = 8$. Przesyłana jest ona do klienta.

4. Obie strony obliczają wartość $s$. Dla klienta jest ona równa $s=B^a \bmod p = (B^7) \bmod 9 = 2097152 \bmod 9 = 8$. Dla serwera będzie równa $s=A^b \bmod p = (A^3) \bmod 9 = 8 \bmod 9 = 8$. Jak widać, obie otrzymane wartości są sobie równe.

Spójrzmy na prostą implementację tego protokołu w języku Java. Będziemy kolejno zapisywać przedstawione wcześniej obliczenia:

public class Main
{

	public static void main(String[] args)
	{
		//elementy klucza publicznego
		long p = 29;
		long g = 9;

		long a = 7; //klucz prywatny klienta
		System.out.println("Klucz prywatny klienta to " + a);
		long A = (long)Math.pow(g, a) % p; //element klucza publicznego klienta
		System.out.println("A klienta to: " + A);

		long b = 3; //klucz prywatny serwera
		System.out.println("Klucz prywatny serwera to " + b);
		long B = (long)Math.pow(g, b) % p; //element klucza publicznego serwera
		System.out.println("B serwera to: " + B);

		long s1 = (long)Math.pow(B, a) % p; //klucz publiczny dla klienta
		System.out.println("Klucz publiczny dla klienta to: " + s1);

		long s2 = (long)Math.pow(A, b) % p; //klucz publiczny dla serwera
		System.out.println("Klucz publiczny na serwerze to:" + s2);
	}
}

Szyfrowanie podczas przesyłania

Obecnie, korzystając z internetu, przesyłamy wiele informacji. Szczególnie więc zależy nam na tym, aby nasze dane były bezpieczne. Takie zabezpieczenie udaje się osiągnąć poprzez szyfrowanie danych podczas ich przesyłania. Najczęściej stosuje się w tym celu protokół TLSprotokół TLSprotokół TLS, który może też służyć do zabezpieczenia takich protokołów jak FTP czy POP3. Służą one do wymiany plików i obsługi poczty e‑mail. Sam protokół TLS to zbiór zasad opisujących bezpieczną komunikację – zawiera on instrukcje dotyczące zarówno szyfrów symetrycznych, jak i asymetrycznych.

Słownik