Учнівська вікі-стаття "Секретний ключ: методи та способи кодування інформації"

Автори проекту

Аман Ірина Семенівна

Тема дослідження

Досліджуємо мистецтво кодування

Питання для дослідження

1) Що таке знак та знакові системи?

2) Що таке код і кодування? Що таке декодування інформації?

3) На які групи поділяють мови? Чим різняться мови кодів?

5) Які існують способи кодування інформації в біології, різних мовах (природніх і формальних), інших системах?

Гіпотеза дослідження

Ми вважаємо, що в житті нам не обійтися без кодів.

Мета дослідження

Зібрати матеріал про кодування і шифрування інформації

Результати дослідження

Кодування інформації

Як відомо, інформація може передаватися і зберігатися. Але виникає питання: у якому вигляді? Для людини найпоширенішим засобом обміну інформацією є розмова. Сигналами передачі такої інформації є звуки. Деякі набори звуків утворюють слова, а групи слів – речення, які несуть інформаційний зміст. В такому випадку кажуть, що інформація закодована звуками і передається звуками.

Система засобів і правил кодування інформації називається мовою. Мова є набором правил кодування інформації. Код є формою представлення елементарного сигналу.

За час своєї історії людина винайшла багато різноманітних мов. Багато із них придатні для кодування будь-якої інформації. Але є і спеціалізовані з обмеженими можливостями кодування. Сьогодні існують розмовні та відповідні їм письмові мови різних народів, мова жестів, міміки, мова креслення, математики та багато інших. Всі вони є системами кодування інформації, мають певну будову та правила кодоутворення.

Кодування і декодування

Для обміну інформацією з іншими людьми людина використовує природні мови. Разом з природними мовами були розроблені формальні мови для професійного застосування їх в будь-якій сфері. Представлення інформації за допомогою будь-якої мови часто називають кодуванням. Код — набір символів (умовних позначень) для представлення інформації. Код — система умовних знаків (символів) для передачі, обробки і зберігання інформації(із спілкування). Кодування — процес представлення інформації (повідомлення) у вигляді коду. Вся множина символів, використовуваних для кодування, називається алфавітом кодування. Декодування - процес зворотного перетворення коду до форми початкової символьної системи, тобто отримання початкового повідомлення. Наприклад: переклад з азбуки Морзе в письмовий текст російською мовою. У ширшому сенсі декодування — це процес відновлення змісту закодованого повідомлення. При такому підході процес запису тексту за допомогою російського алфавіту можна розглядати як кодування, а його читання — це декодування.

Способи кодування інформації

Для кодування однієї і тієї ж інформації можуть бути використані різні способи; їх вибір залежить від ряду обставин: цілі кодування, умов, наявних засобів. Якщо треба записати текст в темпі мови — використовуємо стенографію; якщо треба передати текст за межу — використовуємо англійський алфавіт; якщо треба представити текст у вигляді, зрозумілому для грамотної людини, — записуємо його по правилах граматики певної мови. «Здрастуйте, Сашко!» - «Zdrastuyte, Sashko!»

Одне і те саме повідомлення можна кодувати по-різному, тобто виразити різними мовами. Однією з систем кодування є азбука. Можна кодувати і звуки. Однією з таких систем кодування є ноти. Зберігати можна не тільки текстову та звукову інформацію. У вигляді кодів зберігаються і зображення. Якщо розглянути газетний малюнок через збільшувальне скло, то можна побачити, що він складається із світлих і темних точок. Координати кожної точки можна запам'ятати у вигляді чисел. Колір кожної точки також можна запам'ятати у вигляді числа. Такі числа можна зберігати в пам'яті комп'ютера та передавати на будь-які відстані.

Для подання та опрацювання повідомлень у комп'ютері використовують двійкові коди, що подаються за допомогою лише двох символів — 0 i l, оскільки пристрої комп'ютера побудовані на елементах, що мають два стійких стани (які позначають через 0 та 1). Це дозволяє технічно реалізувати збереження і опрацювання повідомлень за допомогою комп'ютера.

За всю історію існування, люди створили багато різних мов кодування:

• розмовні мови;

• мова міміки і жестів;

• мова малюнків та креслень;

• мова науки (математичні, хімічні, біологічні й інші символи та формули);

• мова мистецтва (музики, живопису, скульптури);

• спеціальні мови (есперанто, морський семафор, азбука Морзе, азбука Брайля для незрячих).

Прикладом учнівського кодування є такий прийом: виписується алфавіт і всі букви нумеруються за порядком. Наприклад, так: за допомогою цієї кодової таблиці можна написати зашифровану записку, де букви замінені відповідними числами. Наприклад, таку: З 1 22 33 6 1 14 22 20 11 22 1 23 11 1 16 4 7 2 21 24. Одержувач такої записки повинен користуватися цією ж кодовою таблицею, щоб розшифрувати і прочитати повідомлення.

Шифрування повідомлень

В деяких випадках виникає потреба засекречування тексту повідомлення або документа, для того, щоб його не змогли прочитати ті, кому не потрібно. Це називається захистом від несанкціонованого доступу. У такому разі секретний текст шифрується. У давнину шифрування називалося тайнописом. Шифруванням є процес перетворення відкритого тексту в зашифрований, а дешифрування — процес зворотного перетворення, при якому відновлюється початковий текст. Шифрування — це теж кодування, але із засекреченим методом, відомим тільки джерелу і адресатові. Методами шифрування займається наука під назвою криптографія.

Цікаві віди шифрування

• Шифр да Вінчі

Великий учений і художник епохи Відродження Леонардо да Вінчі з метою приховування змісту своїх записок від сторонніх очей писав їх не зліва направо, як всі європейці, а навпаки, справа наліво. Той, хто читав з першого погляду не міг зрозуміти що написано.

Приклад. Текст «ШИФР ЗАМІНИ» при такому написанні виглядатиме таким чином: «ИНІМАЗ РФІШ». В даному випадку рядок букв «ШИФР ЗАМІНИ» - відкритий текст, а фраза «ИНЕІАЗ РФІШ» - шифротекст.

При шифруванні, відбувається перестановка букв усередині рядка. Перша буква стає останньою, друга - передостанньою і так далі А остання буква встає на місце першої. Це правило перестановки букв і є правило виконання перетворення шифрування.

В результаті необізнаній людині складно зрозуміти з першого погляду, що тут написане. Здається, що це - безглуздий набір букв. А для правильного прочитання досить прочитати текст у зворотному напрямі або, скориставшись дзеркалом, прочитати в нім відображений текст, тобто щоб витягувати початковий текст, потрібно виконати ту ж перестановку букв. В даному випадку правила шифрування і расшифрования збігаються.

Отже, в результаті перетворення вийшов рядок букв, тобто сам факт наявності тексту не ховається. Прихована тільки технологія перетворення (перетворення) початкового (відкритого) тексту в шифрований текст і зворотного перетворення шифрованого тексту у відкритий. Така пара взаємно зворотних перетворень шифрування і расшифрования представляє конкретний метод, спосіб перетворення інформації з метою захисту її змісту від загрози розголошування, який називається шифром.

У разі шифру Леонардо таким перетворенням шифрування є перестановка букв тексту в рядку, а зворотне перетворення расшифрования - зворотна перестановка.

• Шифр атбаш – стародавній шифр, що використовує техніку дзеркальної перестановки, представлений в таблиці.

Шифр відомий ще з біблейських часів. Шифрування виконується заміною букв відкритого тексту на симетричні ним букви того ж алфавіту.

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я

Я Ю Э Ь Ы Ъ Щ Ш Ч Ц Х Ф У Т С Р П О Н М Л К И З Ж Е Д Г В Б А

Шифрування виконується побуквенно. Кожна буква відкритого тексту замінюється на симетричну нею.

Приклад. Зашифруємо фразу «ШИФР ЗАМЕНЫ», шукаємо букву відкритого тексту у верхньому алфавіті, при знаходженні замінюємо її на букву нижнього алфавіту, таким чином, по букві до кінця відкритого тексту. В результаті шифрування нашої фрази отримуємо «ЗЧМР ШЯФЪУД».

Дешифрування виконується аналогічно. Кожна буква знайдена у верхньому алфавіті замінюється на симетричну нею букву нижнього алфавіту.

• Шифр решітки

Для використання шифру, званого поворотними решітками, виготовляється трафарет з прямокутного листа паперу в клітику. У трафареті вирізані клітинки так, що при накладанні його на чистий аркуш паперу того ж розміру чотирма можливими способами його вирізи повністю покривають всю площу аркуша.

Букви повідомлення послідовно вписуються у вирізи трафарету (по рядках, в кожному рядку зліва направо) при кожному з чотирьох його можливих положень в заздалегідь встановленому порядку.

Наприклад:нехай як ключ використовуються решітки, приведені на мал. 1.

Мал. 1.

Зашифруємо з її допомогою текст

ШИФРРЕШЕТКАЯВЛЯЄТСЯЧАСТНИМСЛУЧАЄМШИФРАМАРШРУТНОЙПЕРЕСТАНОВКИ

Наклавши решітку на лист паперу, вписуємо перші 15 (по числу вирізів) букв повідомлення: ШИФРРЕШЕТКАЯВЛЯ.... Знявши решітку, ми побачимо текст, представлений на мал. 2. Повертаємо решітку на 180 градусів. У віконцях з'являться нові, ще не заповнені клітки. Вписуємо в них наступні 15 букв. Вийде запис, приведений на мал. 3. Потім перевертаємо решітку на іншу сторону і зашифровуємо залишок тексту аналогічним чином (мал. 4, 5).

Мал. 2.

Мал. 3.

Мал. 4. Файл:Example.jpg

Мал. 10. 

Одержувач повідомлення, що має такі самі грати, без зусиль прочитає початковий текст, наклавши грати на шифртекст по порядку чотирма способами.

Висновки

Інформація передається у закодованому вигляді. Причому, щоб споживач розумів отриману інформацію, він повинен володіти тією ж системою кодування, що й джерело.