Как зашифровать и расшифровать тексты с помощью aes бесплатно и ничего не устанавливая

Немного о проекте

Мне, лично, давно была интересна тема шифрования информации, однако, каждый раз погрузившись в эту тему, я осознавал насколько это сложно и понял, что лучше начать с чего-то более простого. Я, лично, планирую написать некоторое количество статей на эту тему, в которых я покажу вам различные алгоритмы шифрования и их реализацию в Python, продемонстрирую и разберу свой проект, созданный в этом направлении. Итак, начнем.

Для начала, я бы хотел рассказать вам какие уже известные алгоритмы мы рассмотрим, в моих статьях. Список вам представлен ниже:

• Шифр Цезаря

• Шифр Виженера

• Шифр замены

• Омофонический шифр

• RSA шифрование

Пользуемся стандартным Word

Этот редактор очень популярен, именно с ним работает большая часть пользователей. Так что они регулярно сталкиваются с некорректным отображением букв или невозможностью открыть участок с неподходящей кодировкой. Если документ Ворд  открылся в режиме ограниченной функциональности, следует ее убрать. Если все еще отображаются непонятные знаки, укажите верную кодировку в программных настройках. Для этого идете по такому пути:

Файл (Office)/Параметры/Дополнительно.

В разделе «Общие» установите галочку в спецнастройке «Подтверждать преобразование формата». Соглашаетесь с изменениями, закрываете прогу, а потом опять открываете файл. В окошке «Преобразование» выбираете «Кодированный текст». Ищите свой вариант.

Почему шифрование слабое?

Как бы ни был прост в понимании и применении шифр Цезаря, он облегчает любому взлом дешифровки без особых усилий.

Шифр Цезаря – это метод подстановочного шифрования, при котором мы заменяем каждый символ в тексте некоторым фиксированным символом.

Если кто-то обнаружит регулярность и закономерность появления определенных символов в шифротексте, он быстро определит, что для шифрования текста был использован шифр Цезаря.

Если убедиться, что для шифрования текста использовалась техника шифра Цезаря, то восстановить оригинальный текст без ключа будет проще простого.

Простой алгоритм Brute Force вычисляет оригинальный текст за ограниченное время.

Атака методом перебора

Взлом шифротекста с помощью шифра Цезаря – это просто перебор всех возможных ключей.

Это осуществимо, потому что может существовать только ограниченное количество ключей, способных генерировать уникальный шифротекст.

Например, если в шифротексте зашифрованы все строчные буквы, то все, что нам нужно сделать, это запустить шаг расшифровки со значениями ключа от 0 до 25.

Даже если бы пользователь предоставил ключ выше 25, он выдал бы шифротекст, равный одному из шифротекстов, сгенерированных с ключами от 0 до 25.

Давайте рассмотрим шифротекст, в котором зашифрованы все строчные символы, и посмотрим, сможем ли мы извлечь из него разумный шифротекст с помощью атаки “методом перебора”.

У нас есть текст:

Сначала определим функцию расшифровки, которая принимает шифротекст и ключ и расшифровывает все его строчные буквы.

Теперь у нас есть наш текст, но мы не знаем ключа, т.е. значения смещения. Давайте напишем атаку методом перебора, которая пробует все ключи от 0 до 25 и выводит каждую из расшифрованных строк:

В выводе перечислены все строки, которые могут быть получены в результате расшифровки.

Если вы внимательно посмотрите, строка с ключом 14 является правильным английским высказыванием и поэтому является правильным выбором.

Теперь вы знаете, как взломать шифр с помощью шифра Цезаря.

Мы могли бы использовать другие более сильные варианты шифра Цезаря, например, с использованием нескольких сдвигов (шифр Виженера), но даже в этих случаях определенные злоумышленники могут легко расшифровать правильную расшифровку.

Поэтому алгоритм шифрования Цезаря относительно слабее современных алгоритмов шифрования.

Эпоха шифровальных машин

Промышленная революция не обошла вниманием и криптографию. Около 1790 года один из отцов – основателей США Томас Джефферсон создал дисковый шифр, прозванный позже цилиндром Джефферсона

Этот прибор, основанный на роторной системе, позволил автоматизировать процесс шифрования и стал первым криптоустройством Нового времени. 

Шифровальный цилиндр Томаса Джефферсона

Большое влияние на шифровальное дело оказало изобретение телеграфа. Прежние шифры вмиг перестали работать, при этом потребность в качественном шифровании только возрастала в связи с чередой крупных военных конфликтов. В XIX-XX веках основные импульсы для развития криптографии давала именно военная сфера. С 1854 года британские военные применяют шифр Плейфера, в основе которого – шифрование биграмм, или пар символов. Этот шифр использовался до начала Второй мировой войны. 

Во Второй мировой войне противники уже использовали мобильные электромеханические шифраторы, шифры которых считались нераскрываемыми. Устройства были роторными или на цевочных дисках. К первым относилась знаменитая машина «Энигма», которой пользовались нацисты, ко вторым – американская машина M-209. 

Принцип работы «Энигмы» заключался в следующем: при каждом нажатии на клавишу с буквой алфавита в движение приходили один или несколько роторов. Буква изменялась несколько раз по принципу шифра Цезаря, и в окошке выдавался результат. Шифры «Энигмы» считались самыми стойкими для взлома, так как количество ее комбинаций достигало 15 квадриллионов. Однако код «Энигмы» все же был расшифрован, сперва польскими криптографами в 1932 году, а затем английским ученым Аланом Тьюрингом, создавшим машину для расшифровки сообщений «Энигмы» под названием «Бомба». Комплекс из 210 таких машин позволял англичанам расшифровывать до 3 тыс. военных сообщений нацистов в сутки и внес большой вклад в победу союзников. 

Роторы «Энигмы» в собранном состоянии. Фото: wikimedia.org

О советских шифровальных машинах известно мало, так как до последнего времени информация о них была засекречена. Например, до 1990-х годов в СССР и союзных странах использовалась роторная шифровальная машина «Фиалка». В отличие от «Энигмы» и других устройств, в ней использовались 10 роторов, а информация выводилась на бумажную ленту.
 

О программе

Здравствуйте! Эта страница может пригодиться, если вам прислали текст (предположительно на кириллице), который отображается в виде странной комбинации загадочных символов. Программа попытается угадать кодировку, а если не получится, покажет примеры всех комбинаций кодировок, чтобы вы могли выбрать подходящую.

Использование

• Скопируйте текст в большое текстовое поле дешифратора. Несколько первых слов будут проанализированы, поэтому желательно, чтобы в них содержалась (закодированная) кириллица.
• Программа попытается декодировать текст и выведет результат в нижнее поле.
• В случае удачной перекодировки вы увидите текст в кириллице, который можно при необходимости скопировать и сохранить.
• В случае неудачной перекодировки (текст не в кириллице, состоящий из тех же или других нечитаемых символов) можно выбрать из нового выпадающего списка вариант в кириллице (если их несколько, выбирайте самый длинный). Нажав OK вы получите корректный перекодированный текст.
• Если текст перекодирован лишь частично, попробуйте выбрать другие варианты кириллицы из выпадающего списка.

Ограничения

• Если текст состоит из вопросительных знаков («???? ?? ??????»), то проблема скорее всего на стороне отправителя и восстановить текст не получится. Попросите отправителя послать текст заново, желательно в формате простого текстового файла или в документе LibreOffice/OpenOffice/MSOffice.

• Не любой текст может быть гарантированно декодирован, даже если есть вы уверены на 100%, что он написан в кириллице.

• Анализируемый и декодированный тексты ограничены размером в 100 Кб.
• Программа не всегда дает стопроцентную точность: при перекодировке из одной кодовой страницы в другую могут пропасть некоторые символы, такие как болгарские кавычки, реже отдельные буквы и т.п.
• Программа проверяет максимум 7245 вариантов из двух и трех перекодировок: если имело место многократное перекодирование вроде koi8(utf(cp1251(utf))), оно не будет распознано или проверено. Обычно возможные и отображаемые верные варианты находятся между 32 и 255.
• Если части текста закодированы в разных кодировках, программа сможет распознать только одну часть за раз.

Условия использования

Пожалуйста, обратите внимание на то, что данная бесплатная программа создана с надеждой, что она будет полезна, но без каких-либо явных или косвенных гарантий пригодности для любого практического использования. Вы можете пользоваться ей на свой страх и риск.. Если вы используете для перекодировки очень длинный текст, убедитесь, что имеется его резервная копия.

Если вы используете для перекодировки очень длинный текст, убедитесь, что имеется его резервная копия.

Переводчики

Русский (Russian) : chAlx ; Пётр Васильев (http://yonyonson.livejournal.com/)

Страница подготовки переводов на другие языки находится тут.

Что нового

October 2013 : I am trying different optimizations for the system which should make the decoder run faster and handle more text. If you notice any problem, please notify me ASAP.

На английской версии страницы доступен changelog программы.

Вернуться к кириллической виртуальной клавиатуре.

Способы обучения специальности

Стать криптографом можно 2 способами. Первый предусматривает прохождение срочной службы в армии (войска связи) и дальнейшее обучение в школе шифровальщиков при военном училище. Если идти по второму пути, то придётся оканчивать ВУЗ по профильной специальности.

Лучшие учебные заведения:

• Академия Федеральной службы безопасности России — Москва;
• КВВУ (Краснодарское высшее военное шифровальное училище) — Краснодар;
• ИКСИ (Институт криптографии, связи и информатики) — Москва;
• МГТУ (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана) — Москва;
• МТУСИ (Московский технический университет связи и информатики) — Москва.

литература

• Фридрих Л. Бауэр : Расшифрованные секреты. Методы и положения криптологии. 3-е, переработанное и дополненное издание. Springer, Berlin et al., 2000, ISBN 3-540-67931-6 .
• Линда А. Бертрам, Гюнтер ван Дубл и др. (Ред.): Номенклатура — Энциклопедия современной криптографии и интернет-безопасности. От AutoCrypt и экспоненциального шифрования до ключей с нулевым разглашением. Книги по запросу, Norderstedt 2019, ISBN 978-3746-06668-4 .
• Albrecht Beutelspacher Kryptologie — Введение в науку о шифровании, сокрытии и сокрытии без какой-либо секретности, но не без лживого мошенничества, представленное для пользы и удовольствия широкой публики . Vieweg & Teubner, 9-е обновленное издание, Брауншвейг 2009 г., ISBN 978-3-8348-0253-8 .
• Клаус Бейрер (ред.): Совершенно секретно! Мир зашифрованного общения . Braus Verlag, Гейдельберг, 1999.  
• Йоханнес Бухманн : Введение в криптографию . Springer, 4-е расширенное издание, Берлин 2008 г., ISBN 978-3-540-74451-1 .
• Майкл Миллер: Симметричные методы шифрования — проектирование, разработка и криптоанализ классических и современных шифров . Teubner, Wiesbaden 2003, ISBN 3-519-02399-7 .
• Клаус Шме : Взломщики кода против создателей кода — Увлекательная история шифрования . W3L-Verlag, 2-е издание, Herdecke 2008, ISBN 978-3-937137-89-6 .
• Брюс Шнайер : Прикладная криптография . Протоколы, алгоритмы и исходный код в C. Pearson Studium, Мюнхен 2006, ISBN 3-8273-7228-3 .
• Саймон Сингх : Секретные сообщения . Карл Хансер Верлаг, Мюнхен 2000, ISBN 3-446-19873-3 .
• Фред Б. Риксон: коды, шифры и другие секретные языки — от египетских иероглифов до компьютерной криптологии . Könemann, Кельн 2000, ISBN 3-8290-3888-7 .

Тарабарщина, цифирь и другие шифры

Работы арабских ученых способствовали появлению полиалфавитных шифров, более стойких к расшифровке, в которых использовались сразу несколько алфавитов. Однако люди Средневековья продолжали пользоваться простыми шифрами, основанными на замене букв другими буквами или цифрами, неправильном написании букв и т.д. В Средние века в Европе считалось, что криптография была тесно связана с магией и каббалой.    

Интересно, что в Древней Руси тоже были свои способы тайнописи, например литорея, которая делилась на простую и мудрую. В мудрой версии шифра некоторые буквы заменялись точками, палками или кругами. В простой литорее, которая еще называлась тарабарской грамотой, все согласные буквы кириллицы располагались в два ряда. Зашифровывали письмо, заменяя буквы одного ряда буквами другого. 

Еще одним известным шифром Древней Руси была цифирь, когда буквы, слоги и слова заменялись цифрами. Иногда для усложнения в шифр добавлялись математические действия, и было непросто разгадать подобную загадку: «Десятерица сугубая и пятерица четверицею, единица четверицею сугубо и десятерица дващи». 

Тайнопись XVI века, в основе которой числовые значения церковнославянских букв

В эпоху Возрождения криптография переживает подъем. Начинается период формальной криптографии, связанный с появлением формализованных, более надежных шифров. Над некоторыми загадками ученых Ренессанса криптографы последующих лет бились столетиями. 

Около 1466 года итальянский ученый Леон Альберти изобретает шифровальный диск, состоящий из двух частей: внешней и внутренней. На неподвижном внешнем диске был написан алфавит и цифры. Внутренний подвижный диск также содержал буквы и цифры в другом порядке и являлся ключом к шифру. Для шифрования нужно было найти нужную букву текста на внешнем диске и заменить ее на букву на внутреннем, стоящую под ней. После этого внутренний диск сдвигался, и новая буква зашифровывалась уже с новой позиции. Таким образом, шифр Альберти стал одним из первых шифров многоалфавитной замены, основанных на принципе комбинаторики. Кроме того, Леон Альберти написал одну из первых научных работ по криптографии − «Трактат о шифрах». 

Шифровальный диск Леона Альберти

Здесь стоит упомянуть такое явление, как стеганография, которому в работе Альберти также было уделено внимание. Если с помощью шифра пытаются утаить смысл информации, то стеганография позволяет скрыть сам факт передачи или хранения данных

То есть текст, спрятанный с помощью этого метода, вы примите за картинку, кулинарный рецепт, список покупок или, например, кроссворд. Или вообще не увидите его, если он будет написан молоком, лимонным соком или с помощью особых чернил. Часто методы стеганографии и криптографии объединялись в одном послании. 

Прорывом в криптографии стала книга «Полиграфия» аббата Иоганеса Тритемия 1518 года, рассказывающая в том числе о шифрах с полиалфавитной заменой. Самым известным шифровальщиком XVI века считается дипломат и алхимик из Франции Блез де Виженер, придумавший абсолютно стойкий шифр, в котором использовалось 26 алфавитов, а порядок использования шифра определялся знанием пароля. Можно сказать, что шифр Виженера представлял собой комбинацию нескольких уже упоминавшихся шифров Цезаря.  
 

Стандартные шифры

ROT1

Этот шифр известен многим детям. Ключ прост: каждая буква заменяется на следующую за ней в алфавите. Так, А заменяется на Б, Б — на В, и т. д. Фраза «Уйрйшоьк Рспдсбннйту» — это «Типичный Программист».

Попробуйте расшифровать сообщение:

Шифр транспонирования

В транспозиционном шифре буквы переставляются по заранее определённому правилу. Например, если каждое слово пишется задом наперед, то из hello world получается dlrow olleh. Другой пример — менять местами каждые две буквы. Таким образом, предыдущее сообщение станет eh ll wo ro dl.

Ещё можно использовать столбчатый шифр транспонирования, в котором каждый символ написан горизонтально с заданной шириной алфавита, а шифр создаётся из символов по вертикали. Пример:

Из этого способа мы получим шифр holewdlo lr. А вот столбчатая транспозиция, реализованная программно:

Азбука Морзе

В азбуке Морзе каждая буква алфавита, цифры и наиболее важные знаки препинания имеют свой код, состоящий из череды коротких и длинных сигналов:Чаще всего это шифрование передаётся световыми или звуковыми сигналами.

Сможете расшифровать сообщение, используя картинку?

Шифр Цезаря

Это не один шифр, а целых 26, использующих один принцип. Так, ROT1 — лишь один из вариантов шифра Цезаря. Получателю нужно просто сообщить, какой шаг использовался при шифровании: если ROT2, тогда А заменяется на В, Б на Г и т. д.

А здесь использован шифр Цезаря с шагом 5:

Моноалфавитная замена

Коды и шифры также делятся на подгруппы. Например, ROT1, азбука Морзе, шифр Цезаря относятся к моноалфавитной замене: каждая буква заменяется на одну и только одну букву или символ. Такие шифры очень легко расшифровываются с помощью частотного анализа.

Например, наиболее часто встречающаяся буква в английском алфавите — «E». Таким образом, в тексте, зашифрованном моноалфавитным шрифтом, наиболее часто встречающейся буквой будет буква, соответствующая «E». Вторая наиболее часто встречающаяся буква — это «T», а третья — «А».

Однако этот принцип работает только для длинных сообщений. Короткие просто не содержат в себе достаточно слов.

Шифр Виженера

Представим, что есть таблица по типу той, что на картинке, и ключевое слово «CHAIR». Шифр Виженера использует принцип шифра Цезаря, только каждая буква меняется в соответствии с кодовым словом.

В нашем случае первая буква послания будет зашифрована согласно шифровальному алфавиту для первой буквы кодового слова «С», вторая буква — для «H», etc. Если послание длиннее кодового слова, то для (k*n+1)-ой буквы, где n — длина кодового слова, вновь будет использован алфавит для первой буквы кодового слова.

Чтобы расшифровать шифр Виженера, для начала угадывают длину кодового слова и применяют частотный анализ к каждой n-ной букве послания.

Попробуйте расшифровать эту фразу самостоятельно:

Подсказка длина кодового слова — 4.

Шифр Энигмы

Энигма — это машина, которая использовалась нацистами во времена Второй Мировой для шифрования сообщений.

Есть несколько колёс и клавиатура. На экране оператору показывалась буква, которой шифровалась соответствующая буква на клавиатуре. То, какой будет зашифрованная буква, зависело от начальной конфигурации колес.

Существовало более ста триллионов возможных комбинаций колёс, и со временем набора текста колеса сдвигались сами, так что шифр менялся на протяжении всего сообщения.

Шифр Цезаря в Python на примере английского алфавита

Прежде чем мы погрузимся в определение функций для процесса шифрования и расшифровки шифра Цезаря в Python, мы сначала рассмотрим две важные функции, которые мы будем использовать в процессе – chr() и ord().

Важно понимать, что алфавит в том виде, в котором мы его знаем, хранится в памяти компьютера по-разному. Сам компьютер не понимает алфавит английского языка или другие символы

Сам компьютер не понимает алфавит английского языка или другие символы.

Каждый из этих символов представлен в памяти компьютера с помощью числа, называемого кодом символов ASCII (или его расширением – Unicode), который представляет собой 8-битное число и кодирует почти все символы, цифры и пунктуацию.

Например, заглавная буква “А” представлена числом 65, “В” – 66 и так далее. Аналогично, представление строчных символов начинается с числа 97.

Когда возникла необходимость включить больше символов и знаков из других языков, 8 бит оказалось недостаточно, поэтому был принят новый стандарт – Unicode, который представляет все используемые в мире символы с помощью 16 бит.

ASCII является подмножеством Unicode, поэтому кодировка символов ASCII остается такой же в Unicode. Это означает, что ‘A’ все равно будет представлено с помощью числа 65 в Юникоде.

Обратите внимание, что специальные символы, такие как пробел ” “, табуляция “\t”, новая строка “\N” и т.д., также представлены в памяти своим Юникодом. Мы рассмотрим две встроенные функции Python, которые используются для поиска представления символа в Unicode и наоборот

Мы рассмотрим две встроенные функции Python, которые используются для поиска представления символа в Unicode и наоборот.

Типы шифров

История криптографии началась тысячи лет назад. Криптография использует множество различных типов шифрования. Ранние алгоритмы выполнялись вручную и существенно отличаются от современных алгоритмов , которые обычно выполняются машиной.

Исторические шифры

Исторические ручные и бумажные шифры, использовавшиеся в прошлом, иногда называют классическими шифрами . Они включают:

• Замещающий шифр : единицы открытого текста заменяются зашифрованным текстом (например, шифр Цезаря и одноразовый блокнот )
  • Полиалфавитный шифр замещения : шифр замещения с использованием нескольких алфавитов замещения (например, шифр Виженера и машина Enigma )
  • Полиграфический шифр замены : единица замены представляет собой последовательность из двух или более букв, а не только одну (например, шифр Playfair )
• Шифр транспозиции : шифротекст представляет собой перестановку открытого текста (например, шифр ограждения рельсов )

Исторические шифры обычно не используются в качестве отдельного метода шифрования, потому что их довольно легко взломать. Многие классические шифры, за исключением одноразового блокнота, могут быть взломаны с использованием грубой силы .

Современные шифры

Современные шифры более безопасны, чем классические шифры, и предназначены для противодействия широкому спектру атак. Злоумышленник не должен быть в состоянии найти ключ, используемый в современном шифре, даже если он знает какое-либо количество открытого текста и соответствующего зашифрованного текста. Современные методы шифрования можно разделить на следующие категории:

• Частный ключ криптография ( алгоритм симметричного ключа ): тот же ключ используется для шифрования и дешифрования
• Криптография с открытым ключом ( алгоритм асимметричного ключа ): для шифрования и дешифрования используются два разных ключа.

В алгоритме с симметричным ключом (например, DES и AES ) отправитель и получатель должны иметь общий ключ, настроенный заранее и хранящийся в секрете от всех других сторон; отправитель использует этот ключ для шифрования, а получатель использует тот же ключ для дешифрования. В алгоритме с асимметричным ключом (например, RSA ) есть два отдельных ключа: открытый ключ публикуется и позволяет любому отправителю выполнять шифрование, в то время как закрытый ключ хранится в секрете для получателя и позволяет только ему выполнять правильное дешифрование.

Шифры с симметричным ключом можно разделить на блочные и потоковые . Блочные шифры работают с группами битов фиксированной длины, называемыми блоками, с неизменным преобразованием. Потоковые шифры шифруют цифры открытого текста по одной в непрерывном потоке данных, и преобразование последовательных цифр изменяется в процессе шифрования.

Шифр Вернама — это сложно

Теперь попробуем объяснить подробнее. 

1. Сообщение хранится в виде битов данных. Допустим, мы шифруем текст. Компьютер не умеет работать с текстом как таковым, он этот текст хранит как набор числовых кодов (проще говоря, у компьютера все буквы пронумерованы и он помнит только эти номера).

Числа, в свою очередь, компьютер хранит в виде двоичного кода, то есть битов данных. Это пока что не относится к шифрованию, это просто то, как хранится любая текстовая информация в компьютере.

Буква	Код в ASCII	Биты данных
K	75	01001011
O	79	01001111
D	68	01000100

Если мы напишем KOD в кодировке ASCII, то для компьютера это будет последовательность из трёх чисел, а каждое число — это набор битов: 

01001011 01001111 01000100

2. Берём случайные биты в качестве ключа шифрования. На входе у нас три числа по 8 бит. Чтобы их зашифровать, нам нужны 24 случайных бита. Возьмём их с потолка, они ничего не значат: 

10101101 01111010 10101011

3. Накладываем коды друг на друга и применяем алгоритм шифрования. Шифр Вернама построен на принципе «исключающего ИЛИ», он же XOR. Он смотрит на каждую пару битов и пытается понять, они одинаковые или разные. Если биты одинаковые, результат проверки будет 0, если разные — 1.

Можно проверить себя так: XOR задаёт вопрос «Эти биты разные»? Если да — то 1, если нет — то 0.

Буква K	1	1	1	1
Ключ	1	1	1	1	1
XOR (Они разные?)	1	1	1	1	1

Если мы таким образом закодируем три буквы, мы получим три новых набора битов: 

KOD (сообщение)	01001011	01001111	01000100
Ключ	10101101	01111010	10101011
Результат шифрования с помощью XOR	11100110	00110101	11101111

Получается, что на входе у нас было 24 бита данных и на выходе 24 бита данных. Но эти данные теперь совсем другие. Если перевести эти числа обратно в текст, мы получим: 

KOD  →  æ5ï

Функция chr()

Точно так же, как при преобразовании символа в его числовой Юникод с помощью метода ord(), мы делаем обратное, то есть находим символ, представленный числом, с помощью метода chr().

Метод chr() принимает число, представляющее Unicode символа, и возвращает фактический символ, соответствующий числовому коду.

Давайте сначала рассмотрим несколько примеров:

Обратите внимание, что немецкая буква Ü также представлена в Юникоде числом 360. Мы можем применить процедуру цепочки (ord, затем chr), чтобы восстановить исходный символ

Мы можем применить процедуру цепочки (ord, затем chr), чтобы восстановить исходный символ.