Шифрование комбинированными методами основывается на результатах, полученных К.Шенноном. Наиболее часто применяются такие комбинации, как подстановка и гамма, перестановка и гамма , подстановка и перестановка, гамма и гамма.

В качестве примера рассмотрим шифр, предложенный Д.Френдбергом, который комбинирует многоалфавитную подстановку с генератором псевдослучайных чисел, суть алгоритма поясняется схемой, подставленной на рис.5.

Особенность данного алгоритма состоит в том, что при большом объеме шифртекста частотные характеристики символов шифртекста близки к равномерному распределению независимо от содержания открытого текста.

1. Установление начального состояния генератора псевдослучайных чисел
2. Установление начального списка подстановки
3. Все символы открытого текста зашифрованы?
4. Если да - конец работы, если нет -продолжить
5. Осуществление замены
6. Генерация случайного числа
7. Перестановка местами знаков в списке замены
8. Переход на шаг 4
   Рисунок 5 Схема алгоритма Д. Френдберга

   Пример 1. Открытый текст: "АБРАКАДАБРА".
   Используем одноалфавитную замену согласно таблице 8.

   Таблица 8
   А Б Д К Р
   X V N R S
   Последовательность чисел, вырабатываемая датчиком: 31412543125.

   1. у1=Х. После перестановки символов исходного алфавита получаем таблицу 9 (h1=3).

   Таблица 9
   Д Б А К Р
   X V N R S

   2. у2=V. Таблица 9 после перестановки (h2=1) принимает вид, представленный в таблице 10.

   Таблица 10
   Б Д А К Р
   X V N R S

   Осуществляя дальнейшие преобразования в соответствии с алгоритмом Френдберга, получаем шифртекст: "XVSNSXXSSSN".

   Одной из разновидностей метода гаммирования является наиболее часто применяемый метод многократного наложения гамм. Необходимо отметить, что если уi=Гk(Гl(xi)), то
   

   Гk(Гl(xi))=Гl(Гk(xi)). (1*)
   Тождество (1*) называют основным свойством гаммы.

   Пример 2. Открытый текст: "ШИФРЫ"(25 09 21 17 28");
   Г1="ГАММА" ("04 01 13 13 01");
   Г2="ТЕКСТ" ("19 06 11 18 19"), согласно таблице 1.
   Используемая операция: сложение по mod 2.

   1. Y1i=xi ++ h1i
   11001 01001 10101 10001 11100
   ++
   00100 00001 01101 01101 00001
   =
   11101 01000 11000 11100 11101.

   2. У2i=y1i++ h2i
   11101 01000 11000 11100 11101
   ++
   10011 00110 01011 10010 10011
   =
   01110 01110 10011 01110 01110.

   Проведем операцию шифрования, поменяв порядок применения гамм.
   1. У1i =xi++h2i
   11001 01001 10101 10001 11100
   --
   10011 00110 01011 10010 10011
   =
   01010 01111 11110 00011 01111.

   2. У2i'=y1i'++h1i
   01010 01111 11110 00011 01111
   ++
   00100 00001 01101 01101 00001
   =
   01110 01110 10011 01110 01110.
   Таким образом, y2i=y2i', что является подтверждением основного свойства гаммы.

   При составлении комбинированных шифров необходимо проявлять осторожность, так как неправильный выбор составлявших шифров может привести к исходному открытому тексту. Простейшим примером служит наложение одной гаммы дважды.

   Пример 3. Открытый текст: "ШИФРЫ"("25 09 21 17 28"); Г1=Г2="ГАММА" ("04 01 13 13 01"), согласно таблице 1.
   Используемая операция: сложение по mod 2:
   11001 01001 10101 10001 11100
   ++
   00100 00001 01101 01101 00001
   ++
   00100 00001 01101 01101 00001
   =
   11001 01001 10101 10001 11100.
   Таким образом, результат шифрования представляет собой открытый текст.

   Комбинация методов подстановки и перестановки была применена в 1974 году фирмой IBM при разработке системы ЛЮЦИФЕР.
   Система ЛЮЦИФЕР строится на базе блоков подстановки (S-блоков) и блоков перестановки (Р-блоков). Блок подстановки включает линейные и нелинейные преобразования.
   Первый преобразователь S-блока осуществляет развертку двоичного числа из n разрядов в число по основанию 2**n. Второй преобразователь осуществляет свертку этого числа.
   Блок перестановки осуществляет преобразование n разрядного входного числа в n разрядное число.
   Входные данные (открытый текст) последовательно проходят через чередующиеся слои 32-разрядных Р-блоков и 8-разрядных S-блоков.
   Реализация шифрования данных в системе ЛЮЦИФЕР программными средствами показала низкую производительность, поэтому P и S - блоки были реализованы аппаратно, это позволило достичь скорости шифрования до 100 Кбайт/с. Опыт, полученный при разработке и эксплуатации системы ЛЮЦИФЕР, позволил создать стандарт шифрования данных DES (Data Encryption Standard).

   УПРАЖНЕНИЯ.

   1. Расскажите о шифре Д.Френдберга, в чем его особенность?
   2. Придумайте свой пример по схеме Д.Френдберга (см. пример 1).
   3. Применяя метод многократного наложения гамм, зашифровать открытый текст: "Вести", Г1= "гамма", Г2="агава", операция: сложение по mod2.
   4. Расшифровать шифртекст: "ивбьа", Г1= "гамма", Г2="агава", операция: сложение по mod2.
   5. Придумайте пример, чтобы результат шифрования представлял собой открытый текст.
   6. Предложите алгоритм для реализации преобразователя в блоке подстановки системы ЛЮЦИФЕР.