- Преподавателю
- Информатика
- Конспект занятия Основы криптографии
Конспект занятия Основы криптографии
Раздел | Информатика |
Класс | - |
Тип | Конспекты |
Автор | Любавина С.В. |
Дата | 23.01.2015 |
Формат | docx |
Изображения | Есть |
Тема занятия: Основы криптографии.
Тип урока: освоение и закрепление нового материала.
Метод обучения: проблемный.
Программно-дидактическое обеспечение: ПК, электронная презентация «Способы кодирования», карточки с заданиями.
Цели и задачи:
-
познакомить с проблемой криптографической защиты информации.
-
дать понятия кодирования, шифрования; дешифрования.
-
принцип шифров замены; шифры Цезаря и Виженера;
-
принцип перестановочных шифров;
-
развивать логическое мышление, внимательность;
-
совершенствовать навыки работы с различными источниками информации.
План занятия
-
Организационный момент.
-
Постановка целей и задач занятия.
-
Актуализация знаний. Дидактическая игра «Да или нет».
-
Объяснение нового материала.
-
Работа с электронной презентацией «Способы кодирования» по методике активного чтения.
-
Обсуждение ответов на вопросы.
-
Подведение итогов. Выставление оценок.
Ход урока
-
Организационный момент.
-
Постановка целей и задач занятия. Ознакомление с планом занятия.
На занятии мы рассмотрим науку криптография. Криптография - наука о методах преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей. Познакомимся с видами шифров. Научимся зашифровать и расшифровывать сообщения.
Когда и зачем нужно защищать информацию?
-
Дидактическая игра «Да или нет»
Игра «Да или нет»
Верите ли вы, что
-
Верите ли вы, что перестановки из n элементов считаются по формуле n!?
(да)
-
В группе 30 человек. Требуется выбрать трёх дежурных. Для подсчёта количества вариантов необходимо применить формулу размещений?
(нет, сочетаний)
-
В группе 30 человек. Требуется выбрать старосту, его заместителя, художника. Для подсчёта количества вариантов необходимо применить формулу сочетаний?
( нет, размещений)
-
Упорядоченные выборки объемом m из n элементов, где элементы могут повторяться, называются сочетаниями с повторениями.
(нет, размещениями с повторениями ).
-
В колледже учатся 380 студентов. Верите ли вы, что, по крайней мере, двое из них родились в один и тот же день года.
( да, всего 365 дней )
-
Если в 12 часов ночи идёт дождь, то можно ли ожидать, что через 72 часа будет солнечная погода?
( нет через 72 часа будет опять ночь )
-
У двух программистов есть брат Сергей, а у самого Сергея братьев нет. Может ли такое быть?
( да, если программисты - женщины )
-
Спутник вращается вокруг Земли с постоянной скоростью. Может ли делать один оборот вокруг Земли спутник за 1 ч 40 минут, а другой - за 100 минут?
(да, 1 ч 40 мин = 100 мин)
-
Верите ли вы, что существует алфавит, в котором используется только два символа?
( да, двоичный, азбука Морзе )
-
Объяснение нового материала.
Лекция.
Если вы хотите передать свое текстовое сообщение (последовательность символов некоторого алфавита) адресату так, чтобы оно осталось тайным для посторонних лиц, то у вас есть, по крайней мере, две возможности. Вы можете попытаться скрыть сам факт передачи текста, то есть прибегнуть к методам стеганографии, в арсенале которой - симпатические (невидимые) чернила, микроточки и тому подобные средства. Другая возможность заключается в попытке скрыть смысл сообщения от посторонних лиц, случайно или намеренно познакомившихся с передаваемым текстом. В этом случае вы можете прибегнуть к методам криптографии. Термин «криптография» происходит от двух греческих слов: «криптос» - тайна и «графейн» - писать, и означает тайнопись. «Тайнопись» как раз и подразумевает, что вы скрываете смысл своего сообщения.
Кодирование информации - процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки. Обратное преобразование называется декодированием.
Способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется: сокращение записи, засекречивание (шифровка) информации, удобство обработки и т.п.Чаще всего кодированию подвергаются тексты на естественных языках (русском, английском и пр.).
Существуют три основных способа кодирования текста:
-
графический - с помощью специальных рисунков или значков;
-
числовой - с помощью чисел;
-
символьный - с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст.
Полный набор символов, используемый для кодирования текста, называется алфавитом или азбукой.
ШИФРОВАНИЕ И ДЕШИФРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Шифр - совокупность алгоритмов криптографических преобразований (шифрования), отображающих множество возможных открытых данных на множество возможных зашифрованных данных, и обратных им преобразований.
Важным параметром любого шифра является ключ - параметр криптографического алгоритма(шифра), обеспечивающий выбор одного преобразования из совокупности преобразований, возможных для этого алгоритма. В современной криптографии предполагается, что вся секретность криптографического алгоритма (шифра) сосредоточена в ключе, но не деталях самого алгоритма
Шифрование - способ сокрытия информации, применяемый для хранения важной информации в ненадежных источниках или передачи её по незащищённым каналам связи. Шифрование производиться по криптографическому алгоритму (шифру) с использованием ключа.
Шифртекст - результат операции шифрования, произведённой над открытым текстом и ключом, информация со скрытым содержанием и смыслом
Расшифрование - преобразование шифртекста в исходный открытый текст при помощи криптографического алгоритма (шифра) и ключа
Дешифрование - получение открытого теста из шифртекста в условиях, когда алгоритм расшифровки (шифр) и его секретные параметры(ключ) не являются полностью известными и расшифровка не может быть выполнено обычным путем.
В зависимости от структуры используемых ключей методы шифрования подразделяются на :
-
тайнопись: посторонним лицам неизвестен сам алгоритм шифрования; закон преобразования знают только отправитель и получатель сообщения;
-
симметричное шифрование: посторонним лицам может быть известен алгоритм шифрования, но неизвестна небольшая порция секретной информации - ключа, одинакового для отправителя и получателя сообщения;
-
асимметричное шифрование: посторонним лицам может быть известен алгоритм шифрования, и, возможно открытый ключ, но неизвестен закрытый ключ, известный только получателю.
Шифрами перестановки называются такие шифры, преобразования из которых приводят к изменению только порядка следования символов исходного сообщения. Примером преобразования, которое может содержаться в шифре перестановки, является следующее правило. Каждая буква исходного сообщения, стоящая в тексте на позиции с четным номером, меняется местами с предшествующей ей буквой. В этом случае ясно, что и исходное, и шифрованное сообщение состоят из одних и тех же букв.
Шифрами замены называются такие шифры, преобразования из которых приводят к замене каждого символа открытого сообщения на другие символы - шифробозначения, причем порядок следования шифробозначений совпадает с порядком следования соответствующих им символов открытого сообщения. В качестве примера преобразования, которое может содержаться в шифре замены, приведем такое правило. Каждая буква исходного сообщения заменяется на ее порядковый номер в алфавите. В этом случае исходный буквенный текст преобразуется в числовой.
Под стойкостью шифра, как правило, понимается способность противостоять попыткам провести его вскрытие. При анализе шифра обычно исходят из принципа, сформулированного голландцем Огюстом Керкгоффсом (1835-1903). Согласно этому принципу при вскрытии криптограммы противнику известно о шифре все, кроме используемого ключа. Одной из естественных характеристик шифра является число его возможных ключей. Ведь вскрытие шифра можно осуществлять перебором всех возможных его ключей. Мы уже говорили, что в приводимых ниже задачах олимпиад, как правило, шифр известен, но неизвестен выбранный ключ, что соответствует принципу Керкгоффса. Подчас смешивают два понятия: шифрование и кодирование. Мы уже договорились, что для шифрования надо знать шифр и секретный ключ. При кодировании нет ничего секретного, есть только определенная замена букв или слов на заранее определенные символы. Методы кодирования направлены не на то, чтобы скрыть открытое сообщение, а на то, чтобы представить его в более удобном виде для передачи по техническим средствам связи, для уменьшения длины сообщения и т. д. В принципе, кодирование, конечно же, можно рассматривать как шифр замены, для которого набор возможных ключей состоит только из одного ключа (например, буква а в азбуке Морзе всегда кодируется знаками · - и это не является секретом).
В настоящее время для защиты информации широко используются электронные шифровальные устройства. Важной характеристикой таких устройств является не только стойкость реализуемого шифра, но и высокая скорость осуществления процессов шифрования и расшифрования. Для создания и обеспечения грамотной эксплуатации такой техники широко используются достижения современной криптографии, в основе которой лежат математика, информатика, физика, электроника и другие науки.
ШИФР ЦЕЗАРЯ
Шифр Цезаря реализует следующее преобразование текста: каждая буква исходного текста заменяется идущей после нее с некоторым сдвигом буквой в алфавите, который считается написанным по кругу.
Пример. Пусть величина сдвига будет равна 3. Тогда слово ЦЕЗАРЬ в полном русском алфавите будет представлено кодом ЩЗКГУЯ, а код НУЛТХСЁУГЧЛВ соответствует слову КРИПТОГРАФИЯ.
ШИФР ВИЖЕНЕРА
Шифр Виженера представляет собой шифр Цезаря с переменной величиной сдвига. Величину сдвига задают ключевым словом.
Пример. Пусть ключевое слово ВАЗА означает следующую последовательность сдвигов исходного текста: 3 1 9 1 3 1 9 1 и т.д. Тогда слово ЦЕЗАРЬ в полном русском алфавите будет представлено кодом ЩЁРБУЭ.
5.Работа с электронной презентацией «Способы кодирования» по методике активного чтения.
Учащиеся разбиваются по группам и, изучая электронную презентацию «Способы кодирования», должны найти ответы на контрольные вопросы
Контрольные вопросы
-
Что такое кодирование?
-
Как называется операция, обратная кодированию?
-
Как называется алфавит, состоящий из двух знаков?
-
Назовите три основных способа кодирования текста.
-
Если длина кода равна n, то с помощью алфавита, состоящего из к знаков, можно закодировать
-
Запишите формулу для нахождения длины кода.
-
Что такое криптография?
-
Что такое шифрование?
-
Что такое расшифрование?
-
Что такое дешифрование?
-
Кто находит методы обеспечения секретности сообщений?
-
Кто при неизвестном ключе выполняет задачу дешифровки?
-
Что изучает стеганография?
-
Что такое шифр?
-
Что такое ключ?
-
В чём разница между кодированием и шифрованием?
-
В чём заключается принцип шифров замены?
-
В чём заключается принцип шифров перестановки?
-
В чём заключается принцип шифра Цезаря?
-
В чём заключается принцип шифра Виженера?
6. Обсуждение ответов на вопросы.
7.Подведение итогов. Выставление оценок. Домашнее задание. Прочитать конспект. Зашифровать шифром Цезаря сообщение «Шарлатанство эксплуатирует невежество».
5