Человек и информация. Курсовая работа (т). Информационное обеспечение, программирование. 2013-10-30

Человек и информация. Курсовая работа (т). Информационное обеспечение, программирование. 2013-10-30 Реферат

Кодирование текстовой информации байтами

Одним битом можно закодировать два значения: Да или Нет (1 или 0).

Двумя битами можно закодировать уже четыре значения: 00, 01, 10, 11.

Тремя битами кодируются 8 разных значений.

Добавление одного бита удваивает количество значений, которое можно закодировать. При восьми битах уже можно закодировать 256 разных значений. Нетрудно догадаться, что если бы в байте было 9 битов, то одним байтом можно было бы закодировать 512 разных значений, а если бы в нем было 10 битов, то 1024 и т. д.

Биты12345678
Количество кодируемых значений248163264128256

Но все-таки в байте не 9 и не 10 битов, а только 8, и потому с его помощью кодируют 256 разных значений. Много это или мало? Смотря для чего. Давайте посмотрим, как с помощью байтов кодируют текстовую информацию.

В русском языке 33 буквы (символа) — для их кодирования достаточно 33 различных байтов. Если мы хотим различать прописные (заглавные) и строчные буквы, то потребуется 66 байтов. Для строчных и прописных букв английского языка хватит еще 52 символов — получается 118.

Добавим сюда цифры (от 0 до 9), все возможные знаки препинания: точку, запятую, тире, восклицательный и вопросительный знаки. Добавим скобки: круглые, квадратные и фигурные, а также знаки математических операций: , –, =, /, *. Добавим специальные символы, например такие, как: %,$,&, @, — мы видим, что все их можно выразить восемью битами, и при этом еще останутся свободные коды, которые можно использовать для других целей.

Дело осталось за малым: надо всем людям мира договориться о том, каким кодом (от 0 до 255) должен кодироваться каждый символ. Если, например, все люди будут знать, что код 33 означает восклицательный знак, а код 63 — знак вопросительный, то текст, набранный на одном компьютере, всегда можно будет прочитать и распечатать на другом компьютере.

Такая всеобщая договоренность об одинаковом использовании чего-либо называется стандартом.
Стандарт устанавливает таблицу, в которой записано, каким кодом должен кодироваться каждый символ. Такая таблица называется таблицей кодов.
В этой таблице должно быть 256 строк, в которых записывается, какой байт какому символу соответствует.

Но здесь-то и начались проблемы. Дело в том, что символы, которые хороши для одной страны, не подходят для другой. В Греции используются одни буквы, в Турции — другие. То, что подходит для Америки, не годится для России, а то, что подходит для России, не подходит для Германии.

Поэтому было принято следующее решение. Таблицу кодов разделили пополам. Первые 128 кодов (с 0 до 127) должны быть стандартными и обязательными для всех стран и всех компьютеров, а во второй половине (с кода 128 до кода 255) каждая страна может делать все, что ей угодно, и создавать в этой половине свой стандарт — национальный.

Первую (международную) половину таблицы кодов называют таблицей ASCII —
ее ввел американский институт стандартизации ANSI. В этой таблице размещаются прописные и строчные буквы английского алфавита, символы чисел от 0 до 9, все знаки препинания, символы арифметических операций и некоторые другие специальные коды.

За вторую половину кодовой таблицы (коды от 128 до 255) стандарт ASCII не отвечает Разные страны могут создавать здесь свои таблицы. Часто бывает, что даже в одной стране в этой половине действуют несколько разных стандартов, предназначенных для разных компьютерных систем.

Коды ASCII по-русски произносят как а эс-цэ-и,
а иногда (в просторечии) еще проще аски-коды.

Стандартная кодировка ASCII

В русском алфавите буква А имеет первое место, а буква Б – второе. У каждой буквы есть своя позиция. Буква Я имеет позицию номер 33. Мы можем считать, что алфавит — это таблица для кодирования букв.

Стандарт ASCII — это тоже как бы «алфавит», только компьютерный. Он тоже определяет номер каждого символа. Но символов больше, чем букв, потому что к ним относятся еще и цифры, и знаки препинания, и некоторые специальные символы.

Выше мы сказали, что с помощью одного байта можно закодировать 256 разных символов. Еще мы узнали, что стандарт ASCII определяет первую половину кодовой таблицы, то есть, кодировку символов, имеющих номера до 127. Но это не совсем так. На самом деле стандарт ASCII первые 32 кода (от 0 до 31) не определяет.

Он оставляет их для так называемых управляющих кодов,
которые не используются для представления информации, а применяются для управления компьютерами. Эти коды отданы на усмотрение производителей компьютерных систем (у них есть свои соглашения и свои стандарты по применению этих кодов).

Самый первый символ стандарта ASCII — это ПРОБЕЛ. Он имеет код 32.

За ним идут специальные символы и знаки препинания (коды с 33 по 47).

Далее идут десять цифр (коды 48-57).

Коды 58—64 используют некоторые математические символы и знаки препинания.

Самое интересное начинается с кодов 65—90. Ими обозначают прописные английские буква от А до Z

Коды 91—96 используются для специальных символов.

Коды 97—122 — строчные буквы английского алфавита.

Коды 123-127 — специальные символы.

Коды верхней половины таблицы символов (128-255) отданы для национальных стандартов. Когда мы узнаем о компьютере немного больше, мы разберемся с несколькими российскими стандартами и посмотрим, как кодируются буквы русского языка.

Имея под рукой кодовую таблицу символов, вы можете легко определить, какие слова закодированы следующими байтами

67 79 77 80 85 84 69 82 99 111 109 112 117 116 101 114

У вас раскодирование информации займет пару минут. Компьютер сделает это за несколько миллионных долей секунды.

Кодирование цветовой информации

С помощью одного байта можно закодировать 256 разных значений. Мы уже знаем, что этого вполне хватает и на русские, и на английские буквы и на знаки препинания. А давайте посмотрим, хватит ли этою для кодирования графической информации. И начнем с кодирования цвета.

Легко догадайся, что одним байтом можно закодировать 256 различных цветов. В принципе, этого достаточно для рисованных изображений типа тех, что мы видим в мульфильмах, но для полноцветных изображении живой природы — недостаточно. Человеческий глаз — не самый совершенный инструмент, но и он может различать десятки миллионов цветовых оттенков.

А что, если на кодирование цвета одной точки отдать не один байт, а два, то есть, не 8 битов, а 16. Мы уже знаем, что добавление каждого бита увеличивает в два раза количество кодируемых значений. Добавление восьми битов восемь раз удвоит это количество, то есть увеличит его в 256 раз (2х2х2х2х2х2х2х2=256)

Если для кодирования цвета одной точки использовать 3 байта (24 бита), то количество возможных цветов увеличится еще в 256 раз и достигнет 16,5 миллионов. Этот режим позволяет хранить, обрабатывать и передавать изображения, не уступающие по качеству наблюдаемым в живой природе.

Возможно, вы знаете, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех основных цветов: красного, зеленого и синего (их называют цветовыми составляющими).
Если мы кодируем цвет точки с помощью трех байтов, то первый байт выделяется красной составляющей, второй — зеленой, а третий — синей. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет.

Белый цвет.
Если точка имеет белый цвет, значит, у нее есть все цветовые составляющие, и они имеют полную яркость. Поэтому белый цвет колируется тремя полными байтами 255, 255, 255.

Черный цвет.
Он означает отсутствие всех прочих цветов. Все цветовые составляющие равны нулю. Черный цвет кодируется байтами 0, 0, 0.

Серый цвет.
Это цвет, промежуточный между черным и белым. В нем есть все цветовые составляющие, но они одинаковы и нейтрализуют друг друга. Например, серый цвет может быть таким 100, 100, 100 или таким: 150, 150, 150. Можно догадаться, что во втором случае яркость выше, и второй вариант серого цвета светлее первого.

Красный цвет.
У него все составляющие, кроме красной, равны нулю. Это может быть, например, темно-красный цвет: 128, 0, 0 или ярко-красный: 255, 0, 0.

То же относится и к синему цвету (0, 0, 255) и к зеленому (0, 255, 0).

Задавая любые значения (от 0 до 255) для каждого из трех байтов, с помощью которых кодируется цвет, можно закодировать любой из 16,5 миллионов цветов.

Кодирование графической информации

Итак, мы уже умеем с помощью чисел кодировать цвет одной точки. На это необходимы один, два или три байта, в зависимости от того, сколько цветов мы хотим передать. А как закодировать целый рисунок?

Решение приходит само собой — надо рисунок разбить на точки. Чем больше будет точек и чем мельче они будут, тем точнее будет передача рисунка. А когда рисунок разбит на точки, то можно начать с его левого верхнего угла и, двигаясь по строкам слева направо, кодировать цвет каждой точки.

Взгляните на рисунок справа. Книжка у нас черно-белая, и цветной рисунок в ней показать нельзя, поэтому мы не будем кодировать точки этого рисунка тремя байтами — нам достаточно и одного байта на каждую точку.

Код 0 обозначает черную точку, код 255 — белую. Коды 1-254 обозначают серые точки. Чем выше значение кода, тем светлее точка.

Когда все точки рисунка закодированы, получается следующая последовательность байтов:

176, 176, 176, 128, 64, 64, 64, 80, 64, 64, 80, 80, 80, 80, 80…

Если бы рисунок был цветным, то для каждой точки вместо одного байта стояло бы три байта и вся последовательность была бы втрое длиннее.

Закодировать рисунок оказалось несложно, а вот как его раскодировать, чтобы опять получить то, что было? Если раскодировать байты по одному слева направо, то никогда не узнаешь, где кончается одна строка и начинается другая.

Это говорит о том, что нам чего-то не хватает. Значит, мы что-то важное упустили из виду. Если бы перед группой байтов приписать еще небольшой заголовок,
из которого было бы ясно, как надо эти байты раскодировать, то все стало бы на свои места.

Заголовок можно сделать еще подробнее, например так: {8х8х3} — тогда можно догадаться, что это рисунок цветной, в котором на кодирование цвета каждой точки использовано три байта.

Заголовок помогает решить многие вопросы, но возникает новая проблема. Как компьютер разберется, где заголовок, а где сама информация? Ведь заголовок тоже должен быть записан в виде байтов. Сумеет ли компьютер отличить байты заголовка от байтов информации? Далее мы с этим разберемся.

Рефераты:  Штриховое кодирование как метод упорядочения объектов. Реферат. Маркетинг. 2015-06-01

Реферат: понятие информации и информатики —

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

Факультет N4 Факультет вычислительных систем и программирования

ОЦЕНКА

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

Козенко Сергей Леонидович

должность, уч. степень, звание

подпись, дата

фио

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОНЯТИЯ ИНФОРМАЦИИ И ИНФОРМАТИКИ.
КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ

по дисциплине: ИНФОРМАТИКА

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛА

СТУДЕНТКА ГР.

4019

11.01.11

Гаранина И.Г.

подпись, дата

инициалы, фамилия

Санкт-Петербург 2021

Понятие информации и информатики

Основные понятия информации

Большинство ученых в наши дни отказываются от попыток дать строгое определение информации и считают, что информацию следует рассматривать как первичное, неопределимое понятие подобно множества в математике. Некоторые авторы учебников предлагают следующие определения информации:

Информация
– это знания или сведения о ком-либо или о чем-либо.
Информация
– это сведения, которые можно собирать, хранить, передавать, обрабатывать, использовать.
Информатика – наука об информации
или
– это наука о структуре и свойствах информации, способах сбора, обработки и передачи информации
или
– информатика, изучает технологию сбора, хранения и переработки информации, а компьютер основной инструмент в этой технологии.

Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает сведения, разъяснения, изложение. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности:

1. в быту информацией называют любые данные, сведения, знания, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.;

2. в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов (в этом случае есть источник сообщений, получатель (приемник) сообщений, канал связи);

3. в кибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы;

4. в теории информации под информацией понимают сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Информация
– это отражение внешнего мира с помощью знаков или сигналов.
Информационная ценность сообщения заключается в новых сведениях, которые в нем содержатся (в уменьшении незнания).

Свойства информации:

1. полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс;

2. актуальность— способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени;

3. достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, если устареет и перестанет отражать истинное положение дел;

4. доступность — свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потребителем;

5. релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя;

6. защищенность — свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения информации;

7. эргономичность — свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.

Информацию следует считать особым видом ресурса, при этом имеется в виду толкование «ресурса» как запаса неких знаний материальных предметов или энергетических, структурных или каких-либо других характеристик предмета. В отличие от ресурсов, связанных с материальными предметами, информационные ресурсы являются неистощимыми и предполагают существенно иные методы воспроизведения и обновления, чем материальные ресурсы.

С этой точки зрения можно рассмотреть такие свойства информации:

1. запоминаемость;

2. передаваемость;

3. воспроизводимость;

4. преобразуемость;

5. стираемость.

Запоминаемость
— одно из самых важных свойств. Запоминаемую информацию будем называть макроскопической (имея в виду пространственные масштабы запоминающей ячейки и время запоминания). Именно с макроскопической информацией мы имеем дело в реальной практике.

Передаваемость
информации с помощью каналов связи (в том числе с помехами) хорошо исследована в рамках теории информации К.Шеннона. В данном случае имеется в виду несколько иной аспект — способность информации к копированию, т.е. к тому, что она может быть “запомнена” другой макроскопической системой и при этом останется тождественной самой себе. Очевидно, что количество информации не должно возрастать при копировании.

Воспроизводимость
информации тесно связана с ее передаваемостью и не является ее независимым базовым свойством. Если передаваемость означает, что не следует считать существенными пространственные отношения между частями системы, между которыми передается информация, то воспроизводимость характеризует неиссякаемость и неистощимость информации, т.е. что при копировании информация остается тождественной самой себе.

Фундаментальное свойство информации — преобразуемость
. Оно означает, что информация может менять способ и форму своего существования. Копируемость есть разновидность преобразования информации, при котором ее количество не меняется. В общем случае количество информации в процессах преобразования меняется, но возрастать не может.

Свойство стераемости
информации также не является независимым. Оно связано с таким преобразованием информации (передачей), при котором ее количество уменьшается и становится равным нулю.

· Данных свойств информации недостаточно для формирования ее меры, так как они относятся к физическому уровню информационных процессов.

Информация всегда связана с материальным носителем.

Носителем информации
может быть:

1) любой материальный предмет (бумага, камень и т.д.);
волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет,радиоволна) и т.д.;

2) вещество в различном состоянии: концентрация молекул в жидком растворе, температура и т.д.

Сигнал
— способ передачи информации. Это физический процесс, имеющий информационное значение. Он может быть непрерывным или дискретным.
Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в конечном числе моментов времени.
Аналоговый сигнал
— сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени.
Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию, дискретны
.
Аналоговые сигналы используют в телефонной связи, радиовещании, телевидении.

Говорить об информации вообще, а не применительно к какому-то ее конкретному виду беспредметно. Классифицировать ее можно:

· по способам восприятия (визуальная, тактильная и т.д.);

· по форме представления (текстовая, числовая, графическая и т. д.);

· по общественному значению (массовая, специальная, личная).

Примеры получения информации:

1) динамик компьютера издает специфический звук, хорошо знакомый Васе, — следовательно, пришло новое сообщение по ICQ;

2) с вертолета пожарной охраны в глубине леса замечен густой дым — обнаружен новый лесной пожар;

3) всевозможные датчики, расположенные в сейсмологически неустойчивом районе, фиксируют изменение обстановки, характерное для приближающегося землетрясения.

Основные направления в информатике: кибернетика, программирование, вычислительная техника, искусственный интеллект, теоретическая информатика, информационные системы. Понятие информатики является относительно новым в лексиконе современного человека. Несмотря на повсеместное употребление, его содержание остается не проясненным до конца в силу своей новизны. Интуитивно ясно, что оно связано с информацией, а также с ее обработкой на компьютерах. Это подтверждается существующей легендой о происхождении данного слова: считается, что оно составлено из двух слов – Информация и автоматика (как средство преобразования информации).

Вследствие широкого распространения компьютеров и информационного бума, который переживает человечество, с азами информатики должен быть знаком всякий грамотный современный человек; вот почему ее преподавание включено в курс средней школы и продолжается в высшей школе.

Основные понятия информатики

Информатика
– область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и других средств вычислительной техники. С информатикой часто связывают одно из следующих понятий: это либо совокупность определенных средств преобразования информации, либо фундаментальная наука, либо отрасль производства, либо прикладная дисциплина.

Информатика как совокупность средств преобразования информации включает технические средства (hardware), программные продукты (software), математические методы, модели и типовые алгоритмы (brainware). В состав технических средств входят компьютеры и связанные с ними периферийные устройства (мониторы, клавиатуры, принтеры и плоттеры, модемы и т.д.), линии связи, средства оргтехники и т.п., т.е. те материальные ресурсы, которые обеспечивают преобразование информации, причем главенствующую роль в этом списке играет компьютер. По своей специфике компьютер нацелен на решение очень широкого круга задач по преобразованию информации, при этом выбор конкретной задачи при использовании компьютера определяется программным средством, под управлением которого функционирует компьютер. К программным продуктам относятся операционные системы и их интегрированные оболочки, системы программирования и проектирования программных продуктов, различные прикладные пакеты, такие, как текстовые и графические редакторы, бухгалтерские и издательские системы и т.д. Конкретное применение каждого программного продукта специфично и служит для решения определенного круга задач прикладного или системного характера. Математические методы, модели и типовые алгоритмы являются тем базисом, который положен в основу проектирования и изготовления программного, технического средства или другого объекта в силу исключительной сложности последнего и, как следствие, невозможности умозрительного подхода к созданию.

Перечисленные выше три ресурсных компонента информатики играют разную роль в процессе информатизации общества. Так, совокупность программных и технических средств, имеющихся в том или ином обществе, и позволяет сделать его информационным, когда каждый член общества имеет возможность получить практически любую (исключая, естественно, секретную) интересующую его информацию (такие потребители информации называются конечными пользователями). В то же время, сложность технических и программных систем заставляет использовать имеющиеся технические и программные продукты, а также нужные методы, модели и алгоритмы для проектирования и производства новых и совершенствования старых технических и программных систем. В этом случае можно сказать, что средства преобразования информации используются для производства себе подобных. Тогда их пользователем является специалист в области информатики, а не конечный пользователь.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой абстрактных методов, моделей и алгоритмов, а также связанных с ними математических теорий. Ее прерогативой является исследование процессов преобразования информации и на основе этих исследований разработка соответствующих теорий, моделей, методов и алгоритмов, которые затем применяются на практике.

Информатика как отрасль производства практически использует результаты исследований фундаментальной науки информатики. В самом деле, широко известны западные фирмы по производству программных продуктов, такие как Microsoft, Lotus, Borland, и технических средств – IBM, Apple, Intel, Hewlett Packard и другие. Помимо производства самих технических и программных средств разрабатываются также и технологии преобразования информации.

Информатика как прикладная дисциплина занимается подготовкой специалистов в области преобразования информации. Она изучает закономерности протекания информационных процессов в конкретных областях и методологии разработки конкретных информационных систем и технологий.

Таким образом, главная функция информатики состоит в разработке методов и средств преобразования информации с использованием компьютера, а также в применении их при реализации технологического процесса преобразования информации.

Структура предметной области информатики

Теоретическая информатика

· Философские основы информатики

· Теория информации. Методы измерения информации

· Математические основы информатики

· Информационное моделирование

· Теория алгоритмов

· Представление знаний и интеллектуально-информационные системы

Средства информатизации

Технические

Хранения и обработки данных

· Персональные компьютеры

· Рабочие станции

· Вычислительные системы

· Устройства ввода/вывода информации

· Накопители (магнитные, оптические, смешанные)

Передачи данных

· Сети ЭВМ

· Комплексы

· Цифровые технические средства связи

· Телекоммуникационные системы передачи аудио, видео и мультимедийной информации

Программные

Системное ПО
и системы программирования

· Операционные системы и среды

· Сервисные оболочки

· Утилиты

· Системы и языки программирования

Реализации технологий

Универсальных

· Текстовые и графические редакторы

· Системы управления базами данных

· Табличные процессоры

· Средства моделирования объектов, процессов и систем

Профессионально-ориентированных

· Издательские системы

· Профессионально-ориентированные системы автоматизации расчетов

· Системы автоматизации проектирования, научных исследований и пр.

Информационные технологии

· Ввода/вывода, сбора, хранения, передачи данных;

· Подготовки текстовых и графических документов, технической документации;

· ГИС-технологии;

· Программирования, проектирования, моделирования, обучения, диагностики, управления

Социальная информатика

· Информационные ресурсы общества

· Информационное общество – закономерности и проблемы

· Информационная культура, развитие личности

· Информационная безопасность

Рефераты:  Системы счисления и их практическое применение. Курсовая работа (т). Информационное обеспечение, программирование. 2015-06-30

КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ
Научно-техническая революция в последнее время приняла грандиозные масштабыв области информатизации общества на базе современных средстввычислительной техники, связи, а также современных методов автоматизированной обработки информации. Применение этих средств и методовприняло всеобщий характер, а создаваемые при этом информационно-вычислительные системы и сети становятся глобальными как в смыслетерриториальной распределенности, так и в смысле широты охвата в рамкахединых технологий процессов сбора, передачи, накопления, хранения, поиска,переработки информации и выдачи ее для использования.Информация в современном обществе – одна из самых ценных вещей в жизни,требующая защиты от несанкционированного проникновения лиц не имеющих к нейдоступа. Криптография
— это набор методов защиты информационных взаимодействий ототклонений от их нормального, штатного протекания, вызванных злоумышленнымидействиями различных субъектов, методов, базирующихся на секретныхалгоритмах преобразования информации, включая алгоритмы, не являющиесясобственно секретными, но использующие секретные параметры. Историческипервой задачей криптографии была защита передаваемых текстовых сообщений отнесанкционированного ознакомления с их содержанием, что нашло отражение всамом названии этой дисциплины, эта защита базируется на использовании»секретного языка», известного только отправителю и получателю, все методышифрования являются лишь развитием этой философской идеи. С усложнениеминформационных взаимодействий в человеческом обществе возникли и продолжаютвозникать новые задачи по их защите, некоторые из них были решены в рамкахкриптографии, что потребовало развития принципиально новых подходов иметодов. Основные задачи криптографии.
Задача криптографии, т.е. тайная передача, возникает только для информации,которая нуждается в защите. В таких случаях говорят, что информациясодержит тайну или является защищаемой, приватной, конфиденциальной,секретной. Для наиболее типичных, часто встречающихся ситуаций такого типавведены даже специальные понятия: . государственная тайна; . военная тайна; . коммерческая тайна; . юридическая тайна; . врачебная тайна и т. д.Далее мы будем говорить о защищаемой информации, имея в виду следующиепризнаки такой информации: . имеется какой-то определенный круг законных пользователей, которые имеют право владеть этой информацией; . имеются незаконные пользователи, которые стремятся овладеть этой информацией с тем, чтобы обратить ее себе во благо, а законным пользователям во вред. Криптографические средства защиты.
Криптографическими средствами защиты называются специальные средства иметоды преобразования информации, в результате которых маскируется еесодержание. Основными видами криптографического закрытия являютсяшифрование и кодирование защищаемых данных. При этом шифрование есть такойвид закрытия, при котором самостоятельному преобразованию подвергаетсякаждый символ закрываемых данных; при кодировании защищаемые данные делятсяна блоки, имеющие смысловое значение, и каждый такой блок заменяетсяцифровым, буквенным или комбинированным кодом. При этом используетсянесколько различных систем шифрования: заменой, перестановкой,гаммированием, аналитическим преобразованием шифруемых данных. Широкоераспространение получили комбинированные шифры, когда исходный текстпоследовательно преобразуется с использованием двух или даже трех различныхшифров. Принципы работы Криптосистемы.
П — незаконный пользователь (противник, хакер), который хочет перехватыватьпередаваемые по каналу связи сообщения и попытаться извлечь из нихинтересную для него информацию. Эту простую схему можно считать модельютипичной ситуации, в которой применяются криптографические методы защитыинформации или просто шифрование.Исторически в криптографии закрепились некоторые военные слова (противник,атака на шифр и др.). Они наиболее точно отражают смысл соответствующихкриптографических понятий. Вместе с тем широко известная военнаятерминология, основанная на понятии кода (военно-морские коды, кодыГенерального штаба, кодовые книги, кодообозначения и т. п.), уже неприменяется в теоретической криптографии. Дело в том, что за последниедесятилетия сформировалась теория кодирования — большое научноенаправление, которое разрабатывает и изучает методы защиты информации отслучайных искажений в каналах связи.Криптография занимается методами преобразования информации, которые бы непозволили противнику извлечь ее из перехватываемых сообщений. При этом поканалу связи передается уже не сама защищаемая информация, а результат еепреобразования с помощью шифра, и для противника возникает сложная задачавскрытия шифра. Вскрытие (взламывание) шифра — процесс получения защищаемойинформации из шифрованного сообщения без знания примененного шифра.Противник может пытаться не получить, а уничтожить или модифицироватьзащищаемую информацию в процессе ее передачи. Это — совсем другой тип угроздля информация, отличный от перехвата и вскрытия шифра. Для защиты от такихугроз разрабатываются свои специфические методы. Следовательно, на пути отодного законного пользователя к другому информация должна защищатьсяразличными способами, противостоящими различным угрозам. Возникает ситуацияцепи из разнотипных звеньев, которая защищает информацию. Естественно,противник будет стремиться найти самое слабое звено, чтобы с наименьшимизатратами добраться до информации. А значит, и законные пользователи должныучитывать это обстоятельство в своей стратегии защиты: бессмысленно делатькакое-то звено очень прочным, если есть заведомо более слабые звенья(«принцип равнопрочности защиты»).Придумывание хорошего шифра дело трудоемкое. Поэтому желательно увеличитьвремя жизни хорошего шифра и использовать его для шифрования как можнобольшего количества сообщений. Но при этом возникает опасность, чтопротивник уже разгадал (вскрыл) шифр и читает защищаемую информацию. Еслиже в шифре сеть сменный ключ то, заменив ключ, можно сделать так, чторазработанные противником методы уже не дают эффекта. Управление криптографическими ключами.
Под ключом в криптографии понимают сменный элемент шифра, которыйприменяется для шифрования конкретного сообщения. В последнее времябезопасность защищаемой информации стала определяться в первую очередьключом. Сам шифр, шифрмашина или принцип шифрования стали считатьизвестными противнику и доступными для предварительного изучения, но в нихпоявился неизвестный для противника ключ, от которого существенно зависятприменяемые преобразования информации. Теперь законные пользователи, преждечем обмениваться шифрованными сообщениями, должны тайно от противникаобменяться ключами или установить одинаковый ключ на обоих концах каналасвязи. А для противника появилась новая задача — определить ключ, послечего можно легко прочитать зашифрованные на этом ключе сообщения.Вернемся к формальному описанию основного объекта криптографии, теперь в него необходимо внести существенное изменение — добавить недоступный для противника секретный канал связи для обмена ключами.Создать такой канал связи вполне реально, поскольку нагрузка на него,вообще говоря, небольшая. Отметим теперь, что не существует единого шифра,подходящего для всех случаев. Выбор способа шифрования зависит отособенностей информации, ее ценности и возможностей владельцев по защитесвоей информации. Прежде всего подчеркнем большое разнообразие видовзащищаемой информации: документальная, телефонная, телевизионная,компьютерная и т.д. Каждый вид информации имеет свои специфическиеособенности, и эти особенности сильно влияют на выбор методов шифрованияинформации. Большое значение имеют объемы и требуемая скорость передачишифрованной информации. Выбор вида шифра и его параметров существеннозависит от характера защищаемых секретов или тайны. Некоторые тайны(например, государственные, военные и др.) должны сохранятьсядесятилетиями, а некоторые (например, биржевые) — уже через несколько часовможно разгласить. Необходимо учитывать также и возможности того противника,от которого защищается данная информация. Одно дело — противостоятьодиночке или даже банде уголовников, а другое дело — мощной государственнойструктуре.Любая современная криптографическая система основана (построена) наиспользовании криптографических ключей. Она работает по определеннойметодологии (процедуре), состоящей из: одного или более алгоритмовшифрования (математических формул); ключей, используемых этими алгоритмамишифрования; системы управления ключами; незашифрованного текста; изашифрованного текста (шифртекста). Симметричная (секретная) методология.
В этой методологии и для шифрования, и для расшифровки отправителем иполучателем применяется один и тот же ключ, об использовании которого онидоговорились до начала взаимодействия. Если ключ не был скомпрометирован,то при расшифровке автоматически выполняется аутентификация отправителя,так как только отправитель имеет ключ, с помощью которого можно зашифроватьинформацию, и только получатель имеет ключ, с помощью которого можнорасшифровать информацию. Так как отправитель и получатель — единственныелюди, которые знают этот симметричный ключ, при компрометации ключа будетскомпрометировано только взаимодействие этих двух пользователей. Проблемой,которая будет актуальна и для других криптосистем, является вопрос о том,как безопасно распространять симметричные (секретные) ключи.Алгоритмы симметричного шифрования используют ключи не очень большой длиныи могут быстро шифровать большие объемы данных.Порядок использования систем с симметричными ключами: 1. Безопасно создается, распространяется и сохраняется симметричный секретный ключ. 2. Отправитель создает электронную подпись с помощью расчета хэш-функции для текста и присоединения полученной строки к тексту 3. Отправитель использует быстрый симметричный алгоритм шифрования- расшифровки вместе с секретным симметричным ключом к полученному пакету (тексту вместе с присоединенной электронной подписью) для получения зашифрованного текста. Неявно таким образом производится аутентификация, так как только отправитель знает симметричный секретный ключ и может зашифровать этот пакет. Только получатель знает симметричный секретный ключ и может расшифровать этот пакет. 4. Отправитель передает зашифрованный текст. Симметричный секретный ключ никогда не передается по незащищенным каналам связи. 5. Получатель использует тот же самый симметричный алгоритм шифрования- расшифровки вместе с тем же самым симметричным ключом (который уже есть у получателя) к зашифрованному тексту для восстановления исходного текста и электронной подписи. Его успешное восстановление аутентифицирует кого-то, кто знает секретный ключ. 6. Получатель отделяет электронную подпись от текста. 7. Получатель создает другую электронную подпись с помощью расчета хэш- функции для полученного текста. 8. Получатель сравнивает две этих электронных подписи для проверки целостности сообщения (отсутствия его искажения)Доступными сегодня средствами, в которых используется симметричнаяметодология, являются:Kerberos, который был разработан для аутентификации доступа к ресурсам всети, а не для верификации данных. Он использует центральную базу данных, вкоторой хранятся копии секретных ключей всех пользователей.Сети банкоматов (ATM Banking Networks). Эти системы являются оригинальнымиразработками владеющих ими банков и не продаются. В них также используютсясимметричные методологии. Асимметричная (открытая) методология.
В этой методологии ключи для шифрования и расшифровки разные, хотя исоздаются вместе. Один ключ делается известным всем, а другой держится втайне. Данные, зашифрованные одним ключом, могут быть расшифрованы толькодругим ключом.Все асимметричные криптосистемы являются объектом атак путем прямогоперебора ключей, и поэтому в них должны использоваться гораздо болеедлинные ключи, чем те, которые используются в симметричных криптосистемах,для обеспечения эквивалентного уровня защиты. Это сразу же сказывается навычислительных ресурсах, требуемых для шифрования, хотя алгоритмышифрования на эллиптических кривых могут смягчить эту проблему. Брюс Шнейерв книге «Прикладная криптография: протоколы, алгоритмы и исходный текст на C» приводит в таблице № 1 следующие данные об эквивалентных длинах ключей.

Рефераты:  Легальные электронные библиотеки - источники качественной информации в Интернете – тема научной статьи по СМИ (медиа) и массовым коммуникациям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Длина симметричного ключаДлина асимметричного ключа
56 бит 64 бита 80 бит 112 бит 128 бит384 бит 512 бит 768 бит 1792 бита 2304 бита

Таблица № 1. Для того чтобы избежать низкой скорости алгоритмов асимметричногошифрования, генерируется временный симметричный ключ для каждого сообщенияи только он шифруется асимметричными алгоритмами. Само сообщение шифруетсяс использованием этого временного сеансового ключа и алгоритмашифрования/расшифровки, ранее описанного. Затем этот сеансовый ключшифруется с помощью открытого асимметричного ключа получателя иасимметричного алгоритма шифрования. После этого этот зашифрованныйсеансовый ключ вместе с зашифрованным сообщением передается получателю.Получатель использует тот же самый асимметричный алгоритм шифрования и свойсекретный ключ для расшифровки сеансового ключа, а полученный сеансовыйключ используется для расшифровки самого сообщения.В асимметричных криптосистемах важно, чтобы сеансовые и асимметричные ключибыли сопоставимы в отношении уровня безопасности, который они обеспечивают.Если используется короткий сеансовый ключ (например, 40-битовый DES), то неимеет значения, насколько велики асимметричные ключи. Асимметричныеоткрытые ключи уязвимы к атакам прямым перебором отчасти из-за того, что ихтяжело заменить. Если атакующий узнает секретный асимметричный ключ, тобудет скомпрометирован не только текущее, но и все последующиевзаимодействия между отправителем и получателем.Порядок использования систем с асимметричными ключами: 1. Безопасно создаются и распространяются асимметричные открытые и секретные ключи. Секретный асимметричный ключ передается его владельцу. Открытый асимметричный ключ хранится в базе данных и администрируется центром выдачи сертификатов. Подразумевается, что пользователи должны верить, что в такой системе производится безопасное создание, распределение и администрирование ключами. Более того, если создатель ключей и лицо или система, администрирующие их, не одно и то же, то конечный пользователь должен верить, что создатель ключей на самом деле уничтожил их копию. 2. Создается электронная подпись текста с помощью вычисления его хэш- функции. Полученное значение шифруется с использованием асимметричного секретного ключа отправителя, а затем полученная строка символов добавляется к передаваемому тексту (только отправитель может создать электронную подпись). 3. Создается секретный симметричный ключ, который будет использоваться для шифрования только этого сообщения или сеанса взаимодействия (сеансовый ключ), затем при помощи симметричного алгоритма шифрования/расшифровки и этого ключа шифруется исходный текст вместе с добавленной к нему электронной подписью — получается зашифрованный текст (шифр-текст). 4. Теперь нужно решить проблему с передачей сеансового ключа получателю сообщения. 5. Отправитель должен иметь асимметричный открытый ключ центра выдачи сертификатов. Перехват незашифрованных запросов на получение этого открытого ключа является распространенной формой атаки. Может существовать целая система сертификатов, подтверждающих подлинность открытого ключа. 6. Отправитель запрашивает у центра сертификатов асимметричный открытый ключ получателя сообщения. Этот процесс уязвим к атаке, в ходе которой атакующий вмешивается во взаимодействие между отправителем и получателем и может модифицировать трафик, передаваемый между ними. Поэтому открытый асимметричный ключ получателя «подписывается» у центра сертификатов. Это означает, что центр сертификатов использовал свой асимметричный секретный ключ для шифрования асимметричного открытого ключа получателя. Только центр сертификатов знает асимметричный секретный ключ, поэтому есть гарантии того, что открытый асимметричный ключ получателя получен именно от него. 7. После получения асимметричный открытый ключ получателя расшифровывается с помощью асимметричного открытого ключа и алгоритма асимметричного шифрования/расшифровки. Естественно, предполагается, что центр сертификатов не был скомпрометирован. Если же он оказывается скомпрометированным, то это выводит из строя всю сеть его пользователей. Поэтому можно и самому зашифровать открытые ключи других пользователей, но где уверенность в том, что они не скомпрометированы? 8. Теперь шифруется сеансовый ключ с использованием асимметричного алгоритма шифрования-расшифровки и асимметричного ключа получателя (полученного от центр сертификатов и расшифрованного). 9. Зашифрованный сеансовый ключ присоединяется к зашифрованному тексту (который включает в себя также добавленную ранее электронную подпись). 10. Весь полученный пакет данных (зашифрованный текст, в который входит помимо исходного текста его электронная подпись, и зашифрованный сеансовый ключ) передается получателю. Так как зашифрованный сеансовый ключ передается по незащищенной сети, он является очевидным объектом различных атак. 11. Получатель выделяет зашифрованный сеансовый ключ из полученного пакета. 12. Теперь получателю нужно решить проблему с расшифровкой сеансового ключа. 13. Получатель должен иметь асимметричный открытый ключ центра выдачи сертификатов. 14. Используя свой секретный асимметричный ключ и тот же самый асимметричный алгоритм шифрования получатель расшифровывает сеансовый ключ. 15. Получатель применяет тот же самый симметричный алгоритм шифрования- расшифровки и расшифрованный симметричный (сеансовый) ключ к зашифрованному тексту и получает исходный текст вместе с электронной подписью. 16. Получатель отделяет электронную подпись от исходного текста. 17. Получатель запрашивает у центр сертификатов асимметричный открытый ключ отправителя. 18. Как только этот ключ получен, получатель расшифровывает его с помощью открытого ключа центр сертификатов и соответствующего асимметричного алгоритма шифрования-расшифровки. 19. Затем расшифровывается хэш-функция текста с использованием открытого ключа отправителя и асимметричного алгоритма шифрования-расшифровки. 20. Повторно вычисляется хэш-функция полученного исходного текста. 21. Две эти хэш-функции сравниваются для проверки того, что текст не был изменен. Алгоритмы шифрования
Алгоритмы шифрования с использованием ключей предполагают, что данные несможет прочитать никто, кто не обладает ключом для их расшифровки. Онимогут быть разделены на два класса, в зависимости от того, какаяметодология криптосистем напрямую поддерживается ими. Симметричные алгоритмы
Для шифрования и расшифровки используются одни и те же алгоритмы. Один итот же секретный ключ используется для шифрования и расшифровки. Этот типалгоритмов используется как симметричными, так и асимметричнымикриптосистемами. Асимметричные алгоритмы
Асимметричные алгоритмы используются в асимметричных криптосистемах дляшифрования симметричных сеансовых ключей (которые используются дляшифрования самих данных).Используется два разных ключа — один известен всем, а другой держится втайне. Обычно для шифрования и расшифровки используется оба этих ключа. Ноданные, зашифрованные одним ключом, можно расшифровать только с помощьюдругого ключа. Хэш-функции
Хэш-функции являются одним из важных элементов криптосистем на основеключей. Их относительно легко вычислить, но почти невозможно расшифровать.Хэш-функция имеет исходные данные переменной длины и возвращает строкуфиксированного размера (иногда называемую дайджестом сообщения — MD),обычно 128 бит. Хэш-функции используются для обнаружения модификациисообщения (то есть для электронной подписи). Электронные подписи и временные метки
Электронная подпись позволяет проверять целостность данных, но необеспечивает их конфиденциальность. Электронная подпись добавляется ксообщению и может шифроваться вместе с ним при необходимости сохраненияданных в тайне. Добавление временных меток к электронной подписи позволяетобеспечить ограниченную форму контроля участников взаимодействия. Стойкость шифра.
Способность шифра противостоять всевозможным атакам на него называютстойкостью шифра. Под атакой на шифр понимают попытку вскрытия этого шифра.Понятие стойкости шифра является центральным для криптографии. Хотякачественно понять его довольно легко, но получение строгих доказуемыхоценок стойкости для каждого конкретного шифра — проблема нерешенная. Этообъясняется тем, что до сих пор нет необходимых для решения такой проблемыматематических результатов. Поэтому стойкость конкретного шифра оцениваетсятолько путем всевозможных попыток его вскрытия и зависит от квалификациикриптоаналитиков, атакующих шифр. Такую процедуру иногда называют проверкойстойкости. Важным подготовительным этапом для проверки стойкости шифраявляется продумывание различных предполагаемых возможностей, с помощьюкоторых противник может атаковать шифр. Появление таких возможностей упротивника обычно не зависит от криптографии, это является некоторойвнешней подсказкой и существенно влияет на стойкость шифра. Поэтому оценкистойкости шифра всегда содержат те предположения о целях и возможностяхпротивника, в условиях которых эти оценки получены. Прежде всего, как этоуже отмечалось выше, обычно считается, что противник знает сам шифр и имеетвозможности для его предварительного изучения. Противник также знаетнекоторые характеристики открытых текстов, например, общую тематикусообщений, их стиль, некоторые стандарты, форматы и т.д.Из более специфических приведем еще три примера возможностей противника: . противник может перехватывать все шифрованные сообщения, но не имеет соответствующих им открытых текстов; . противник может перехватывать все шифрованный сообщения и добывать соответствующие им открытые тексты; . противник имеет доступ к шифру (но не к ключам!) и поэтому может зашифровывать и дешифровывать любую информацию; Вывод.
Подводя итоги вышесказанного, можно уверенно заявить, чтокриптографическими системами защиты называются совокупность различныхметодов и средств, благодаря которым исходная информация кодируется,передается и расшифровывается.Существуют различные криптографические системы защиты, которые мы можемразделить на две группы: c использованием ключа и без него. Криптосистемыбез применения ключа в современном мире не используются т.к. оченьдорогостоящие и ненадёжные.Были рассмотрены основные методологии: симметричная и асимметричная. Обеметодологии используют ключ (сменный элемент шифра).Симметричные и асимметричные алгоритмы, описанные выше, сведены в таблицу,из которой можно понять какие алгоритмы наиболее подходят к той или инойзадаче.Остальная информация представленная во второй главе очень разнообразна. Наеё основе сложно сделать вывод, какие алгоритмы хеш-функций, механизмоваутентификации и электронных подписей наиболее продвинутые, все они в разнойситуации могут показать себя с лучшей стороны.На протяжении многих веков среди специалистов не утихали споры о стойкостишифров и о возможности построения абсолютно стойкого шифра.

Список литературы:

  1. Гейн А.Г., Сенокосов А.И., Шолохович В.Ф. Информатика: 7–9 кл. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. М.: Дрофа, 1998.
  2. Каймин В.А., Щеголев А.Г., Ерохина Е.А., Федюшин Д.П. Основы информатики и вычислительной техники: Пробный учебник для 10–11-х классов средней школы. М.: Просвещение, 1989.
  3. Кушниренко А.Г., Лебедев Г.В., Сворень Р.А. Основы информатики и вычислительной техники: Учебник для средних учебных заведений. М.: Просвещение, 1993.
  4. Семакин И., Залогова Л., Русаков С., Шестакова Л. Информатика: учебник по базовому курсу. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998.
  5. Угринович Н. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений. М.: БИНОМ, 2001
  6. Информатика. 7–8-е классы / Под ред. Н.В. Макаровой. СПб.: ПитерКом, 1999
  7. Шауцукова Л.З. Информатика: Учебник для 10–11-х классов. М.: Просвещение, 2000.
  8. Гейн А.Г. Обязательный минимум содержания образования по информатике: и в нем нам хочется дойти до самой сути. // Информатика № 24, 2001
  9. Андреева Е.В. Математические основы информатики. Элективный курс: Учебное пособие / Е.В. Андреева, Л.Л. Босова, И.Н. Фалина. М.: БИНОМ. Лаборатория Знаний, 2005
  10. А.Ю.Винокуров. ГОСТ не прост..,а очень прост, М., Монитор.–1995.–N1.
  11. А.Ю.Винокуров. Еще раз про ГОСТ., М., Монитор.–1995.–N5.
  12. А.Ю.Винокуров. Алгоритм шифрования ГОСТ 28147-89, его использование и реализация для компьютеров платформы Intel x86., Рукопись, 1997.
  13. А.Ю.Винокуров. Как устроен блочный шифр?, Рукопись, 1995.
  14. М.Э.Смид, Д.К.Бранстед. Стандарт шифрования данных: прошлое и будущее. /пер. с англ./ М., Мир, ТИИЭР.–1988.–т.76.–N5
  15. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования ГОСТ 28147–89, М., Госстандарт, 1989.

Оглавление:

1. Понятие информации и информатики………………………………………….……2

2. КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ…………………..7

3. Список литературы…………………………………………………………………….15

Оцените статью
Реферат Зона
Добавить комментарий