Kryptering Kongruensregning Kongruensregning i kryptering Litteratur. Hemmelige koder. Kristian Ranestad. 9. Mars 2006

Transkript

1 i kryptering 9. Mars 2006

2 i kryptering i kryptering

3 i kryptering En hemmelig melding Kari sender til Ole den hemmelige meldingen: J MPWF V siden responsen er litt treg prøver hun påny med: U EVOL I Nå kommer svaret raskere...

4 Klartekst i kryptering Meldingen er selvsagt I LOVE U De to eksemplene viser to prinsipper for koding, nemlig substitusjon og permutasjon.

5 substitusjon i kryptering Substitusjon erstatter bokstavene med andre bokstaver eller tegn. Hvis E,I,L,O,U,V erstattes med %,+,=,*,@,& vil den kodete meldingen bli +=*&%@

6 permutasjon i kryptering Permutasjon går ut på å bytte om på rekkefølgen på bokstavene, for eksempel å lese baklengs U EVOL I eller E VULI O

7 Koding med tall i kryptering I praksis brukes både substitusjon og permutasjon. Substitusjon: bokstaver tall. Permutasjon: bytter om tall.

8 ASCII i kryptering Datamaskiner bruker ASCII koden: a A &

9 Kodenøkkel i kryptering Vi skal holde oss til de 6 bokstavene som vi substituerer EILOUV E I L O U V Denne substitusjonstabellen kaller vi en kodenøkkel

10 Kodet melding i kryptering Meldingen I LOVE U blir med denne kodenøkkelen kodet til

11 i kryptering snøkkelen For å gjøre meldingen hemmelig koder vi en gang til med permutasjonen Denne kalles krypteringsnøkkelen

12 i kryptering Dekrypteringsnøkkelen Permutasjonen bytter 1 med 6, 2 med 4, o.s.v. Den omvendte permutasjonen bytter tilbake og kalles derfor dekrypteringsnøkkelen.

13 i kryptering sprosedyre MELDING: KODENØKKEL (ÅPEN): I LOVE U E I L O U V KODET MELDING:

14 i kryptering KODET MELDING: KRYPTERINGSNØKKEL (HEMMELIG): KRYPTERT MELDING:

15 i kryptering Dekrypteringsprosedyre KRYPTERT MELDING: DEKRYPTERINGSNØKKEL (HEMMELIG): DEKRYPTERT MELDING:

16 i kryptering Dekoding DEKRYPTERT MELDING: DEKODENØKKEL (ÅPEN): E I L O U V DEKODET MELDING: I LOVE U

17 Problem i kryptering snøkkelen kan lett bli lange og vanskelige å huske. Vi trenger metoder til å lage gode permutasjoner som er lettere å huske. Til dette kan vi bruke moduloregning eller kongruensregning, som vi skal komme tilbake til.

18 Regning modulo t i kryptering La t være et naturlig tall. Dersom vi deler et helt tall med t, har vi t mulige rester: 0, 1, 2,, t 1. Vi kan regne med tallene 0, 1, 2,, t 1 ved bare å bruke disse restene.

19 Regning modulo t i kryptering To av disse tallene kan vi legge dem sammen eller multiplisere og få et nytt tall, nemlig ved først å addere eller multiplisere på vanlig måte og så ta resten etter divisjon med t. Denne regningen med tallene 0, 1, 2,, t 1 kaller vi kongruensregning eller regning modulo t.

20 Kongruens i kryptering To tall a og b har samme rest modulo t hvis og bare hvis differansen a b er delelig med t. I så fall sier vi at de to tallene a og b er kongruente modulo t og skriver a b modt. Derfor kalles også den regningen vi har beskrevet kongruensregning.

21 i kryptering Regning modulo 2 partall + partall = partall, oddetall + oddetall = partall partall + oddetall = oddetall Addisjonstabellen og multiplikasjontabell modulo 2:

22 i kryptering Regning modulo 3 Addisjonstabellen og multiplikasjonstabell modulo 3:

23 modulo 7 i kryptering Multiplikasjon med 5 modulo 7 blir: modulo 7 fordi 15 : 7 gir 2 med rest 1.

24 i kryptering modulo 7 Muliplikasjon med 5 modulo 7 gir en permutasjon: , mens multiplikasjon med 3 gir den omvendte permutasjonen Hvorfor?

25 invers modulo 7 i kryptering Hvis jeg starter med et tall x og multipliserer det først med 5 og deretter med 3 modulo 7 får jeg x 5 3 = x (5 3) x 1 = x modulo 7. Det vil si at hvis jeg først krypterer ved å multiplisere med 5, så kan jeg dekryptere med å multiplisere med 3 modulo 7.

26 Lett å knekke i kryptering Multiplikasjon modulo 7 er lettere å huske enn lange permutasjoner, men siden dekrypteringsnøkkelen er av samme type så er disse krypteringsnøklene er ikke særlig sikre.

27 Potenser i kryptering Litt sikrere krypteringsnøkler får en ved å ta potenser. I vårt eksempel tar vi potenser modulo 7: x x Dekrypteringsnøkkelen er ikke av samme type. En må rett og slett skrive opp den omvendte permutasjonen

28 RSA og AES i kryptering De mest brukte krypteringsoppskriftene som brukes idag er RSA og AES. RSA bruker potenser modulo store tall som er produkt av to primtall som krypteringsnøkkel. AES er laget i Belgia og bruker litt mer avansert algebra i en effektive og sikker krypteringsalgoritme.

29 Oppgave i kryptering Bruk kodenøkkelen A B C D... Å til å kode en melding, og muliplikasjon modulo 7 til kryptere den, og utfordre naboen til å knekke den hemmelige meldingen!

30 Les videre i i kryptering 1. B. Johnsen: Kryptografi - en gammel disiplin med moderne anvendelser, i Per Hag & Ben Johnsen (red.): Fra Matematikkens Spennende Verden, Tapir, 1993, Jacobus H. van Lint: Kompaktskivans matematik, Normat, 48 (2000), L. Nilsen: Modulære kvadratrøtter og moderne kryptologi, Normat, 40 (1992), K. Ranestad: Koder i klasserommet, 5. S. Singh: Koder, Aschehoug 2000