Пеньков А. П., Герасимов В. В.

Днепропетровский национальный университет

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ УЧЕБНОЙ ПОДГОТОВКИ РАЗРАБОТЧИКОВ КРИПТОСИСТЕМ

Актуальность. Современные криптосистемы являются классом развивающихся встроенных систем в компьютерных и коммуникационных системах. Это требует подготовки соответствующих инженеров системотехников для рыночных условий.

Анализ источников. В [1] исследована методология подготовки инжене-ров-системотехников, их эволюции. Такой специалист является "исследователем, конструктором и администратором", должен "уметь объединить разных специалистов для совместной работы, понимать их…, быть универсалом…"

Согласно [2] разработчик и заказчик должны согласовать свои точки зрения и совместно разработать техническое задание (ТЗ) на разработку. Следует обратить внимание на специфику разработки криптосистемы.

Очевидна особенность формирования инженеров-системотехников в вузе. В [1] предлагается специально готовить универсалов. А как готовить специалистов по разработке криптосистем?

Решение задачи. В [3] при разработке сложных систем рекомендовано использовать "триединство информатики" (модель — алгоритм — программа), предложенное академиками А. И. Самарским и А. А. Дородницыным в качестве общей модели информатики в 1984 г. Очевиден приоритет модели и необходимость её правильного выбора. В проведенном представлении уже очевидны этапы учебный (изготовление разработчика) и проектный (разработка технической системы). Представим это в виде цепи Маркова (рис. 1):

Рис. 1. Цепь Маркова учебного и проектного этапов.

где: S₁ — первичный источник полной информации; S₂ — преобразователь сообщений от S₁; S₃ — потребитель сообщений от S₂, будущий разработчик; S₄ — заказчик на разработку конкретной системы; S₅ — разработанная система.

Рассмотрим особенности в применении к криптосистемам. В интернете S₁ по криптосистемам представлен описанием отдельных систем и математических моделей в объеме, не возможном для признания в качестве конкретных методических рекомендаций. Случайный авторский характер известных криптосистем зафиксирован в их названиях по фамилиям авторов. Нет обобщения опыта деятельности инженера при разработке секретной технической системы (разработка — производство — испытания — применение) с формированием необходимой секретной сопроводительной документации всех этапов в обычном и специальном виде.

На этапе S₂ источники S₁ сжаты до [4-6], где источник 4 — самая читаемая в мире книга энциклопедия по криптографии, источники 5 и 6 — учебные пособия, основанные на 4. Энциклопедический характер и объем источника 4 ухудшает её читаемость. Сам автор в предисловии указывает на недопустимость использования своего труда в качестве учебного пособия. Терминологическая неупорядоченность привела к случайному распределению конкретного материала источника 4 практического характера. Пособия 5 и 6 сокращены примерно в 5 раз по отношению к источнику 4. Но, как и в источнике 4, в последних используется жаргон, терминологическая неточность (на одном уровне используются понятия "алгоритм", "криптосистема" и т.д.).

Очевидно, что использование методического обеспечения S₂ для S₃ приведет к профессиональной неопределенности практической разработки, к трудностям отношений с разработчиком S₃. Необходимо предложить общую модель мышления для S₃ и S₄. Такая модель получена одним из авторов в 1984 г. для проектной модели дисплея и в 1999 г. обнаружена в [7] в качестве системы охраны труда S_тр. Эта модель S_тр использована для построения обобщенной системы труда "шифрования — передачи — дешифрования" S_ш/дш (рис. 2) и проверена на методах шифрования с закрытым ключом (см. примеры).

Рис. 2. Трудоохранная структурно-функциональная модель формирования и обработки секретных сообщений.

На рис. 2 используются следующие обозначения: 1_ш — исходный текст, документ; 2_ш — обрабатываемый текст; 3_ш — зашифрованный текст, шифротекст; 4_ш — средства шифрования; 5_ш — алгоритм шифрации; 1_дш ≡ 3; 2_дш — обрабатываемый исходный текст; 3_дш ≡ 1_ш; 4_дш — средства дешифрации; 5_дш — алгоритм дешифрации; 1 ≡ 3_ш, исходное сообщение на входе линии связи; 2 — сообщение на линии связи с шумами; 3 — очищенное от шумов сообщение; 4 — средства борьбы с шумами; 5 — алгоритм очищения от шумов; С — шифротекст; М — открытый текст; Е — функция шифрования; D — функция дешифрования; К_ш — ключ шифрования; К_дш — ключ дешифрования.

Элементы S_ш/дш:

- подсистема 1 ≡ М = ∑i_M = ∑i₁, где i_M, i₁ — знак исходного документа;

- подсистема 2 ≡ ∑i₂ = ∑, где — текущее значение i₁;

- подсистема 3 ≡ С = ∑i_С = ∑i₃ = ∑, где i₃, i_С — знаки шифротекста, — выбранные текущие элементы средства 4;

- подсистема 4 ≡ ∑i₄, где i₄ — знаковые элементы;

- подсистема 5 — алгоритм шифрования/дешифрования.

Общий алгоритм создания криптосистемы S_ш/дш:

1. Признать деятельность по структурно-функциональной модели S_ш/дш.

2. Обратить внимание на цели и связи элементов S_ш/дш.

3. Построить модель 2 текстового сообщения 1.

4. Построить модель средства шифрования 4.

5. Построить модель получения элементов 3.

6. Реализовать преобразование.

На текущий момент существуют такие известные методы шифрования с закрытым ключом:

1. Методы замены (подстановки): одноалфавитная, многоалфавитная.

2. Методы перестановки: простая (с фиксированным периодом), табличная, усложненная по маршрутам.

3. Комбинированные методы: блочные шифры, поточные шифры.

4. Другие методы: смысловые, сжатие/расширение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горохов В. Г. Методологический анализ системотехники. — М.: Радио и связь, 1982. — 240 с.

2. Захаров В. Н., Поспелов Д. А., Хазацкий В. Е. Системы управления. Задание. Проектирование. Реализация. — М.: Энергия, 1977. — 424 с.

3. Краснощеков П. С., Петров А. А., Федоров В. В. Информатика и проектирование. — М.: Знание, 1986. — 48 с.

4. Шнайер Б. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на языке Си. — М.: ТРИУМФ, 2002. — 816 с.

5. Емец В., Мельник А., Попович Р. Сучасна криптографія. Основні поняття. — Львів, Бак, 2003. — 44 с.

6. Басалова Г. В. Основы криптографии. Уч. пособие. — Тула: Тульский госуниверситет, 2009. — 145 с.

7. Мардахаев А. А. Охрана труда. История, теория, практика. — Львов: "Вища школа", 1984. — 240 с.