В современном обществе профессиональная деятельность человека находится в тесной взаимосвязи с различными информационными технологиями, так как именно они позволяют сделать работу специалиста комфортной, быстрой и максимально эффективной. Однако нужно понимать, что одних современных технологий для повышения эффективности труда недостаточно. Необходимо, чтобы специалист умел ими пользоваться, а также мог соблюдать нормы по обеспечению защиты информации [1].

Одним из эффективных методов защиты информации является криптографическое преобразование информации или криптография. Подробное изучение криптографии требует от специалиста определенного уровня владения математическим аппаратом. В силу того, что непосредственно с информацией часто приходится работать людям нетехнических специальностей (например, юристам), для них важно понять сам принцип использования криптографического преобразования и то, от каких его параметров будет зависеть сохранность информации [2].

Проще всего добиться этой цели, изучая простейшие алгоритмы криптографического преобразования, которые не требуют от обучающегося специфических математических знаний. Предлагаемая в данной работе методика изучения основ криптографического преобразования основана на проведении практических занятий, в ходе которых обучающимся будет проще понять основные принципы шифрования, а также оценить важность такого параметра, как ключ шифрования. Целями обсуждаемого занятия являются:

·      формирование у обучающихся понимания сущности криптографического преобразования информации, а также назначения ключа как важнейшего элемента алгоритма шифрования;

·      освоение навыков использования различных методов криптографического преобразования, а также навыков криптоанализа зашифрованной информации различными методами.

Традиционный вариант проведения практического занятия по данной теме предусматривает применение в процессе письменного решения обучающимися в тетрадях задач применения различных алгоритмов шифрования информации с последующими письменными упражнениями в зашифровке, расшифровке и криптографическом анализе текстовых данных без использования средств вычислительной техники. 

В процессе такого обучения возникают проблемы, связанные с: а) отсутствием наглядности процесса шифрования; б) наличием большого количества ошибок вследствие выполнения обучающимися ручной обработки объемной символьной информации; в) плохой ориентировкой обучающихся внутри русского алфавита, в частности, с трудностями в определении символов, предшествующих данной букве или следующих за ней, что особенно ярко проявляется при обучении слушателей иностранных государств. В результате при выполнении заданий обучающиеся не могут сконцентрировать свое внимание на центральном моменте зашифровывания/расшифровывания – ключе алгоритма шифрования.

Замысел разработки и создания специальной компьютерной программы для занятия состоял в наглядном представлении различных алгоритмов шифрования информации с использованием инструментов, облегчающих процесс зашифровки и расшифровки сообщений для исключения основных объемов рутинной работы обучающихся. Помимо этого программа в автоматическом режиме должна была облегчить проверку полученных в течение занятия навыков с использованием заранее подготовленной базы текстовых сообщений. Кроме того, использование интерактивных обучающих программ во время практических занятий способствует активизации познавательной деятельности обучающихся [3, 4].

С учетом всего этого авторами данной работы была создана специализированная программа для ЭВМ [5], предназначенная для использования при проведении практического занятия с обучающимися. Рассмотрим более подробно ее особенности.

В начале работы с программой обучающемуся предлагается пройти регистрацию, после чего идентификационные данные курсанта указываются в заголовочной части главного окна программы. Далее курсанту предлагается изучить теоретическую часть, посвященную основам шифрования и криптоанализа, либо сразу перейти к выполнению практических заданий.

В случае выбора изучения теоретического курса в главной рабочей области программы постранично представляется теоретический материал. Следует отметить, что у обучающегося всегда присутствует возможность в случае необходимости вернуться к изучению теоретической части на любом этапе работы с программой.

После ознакомления с теоретическими основами шифрования и криптоанализа обучающиеся переходят к непосредственному выполнению практических заданий, которое проходит в три последовательных этапа.

На первом этапе работы обучающиеся практикуются в зашифровке сообщений методом простого сдвига. В качестве ключа шифра здесь выступает величина сдвига. При этом на экран выводятся (рисунок 1):

 – исходный текст, который необходимо зашифровать обучающемуся;

– окно, указывающее величину сдвига, на который обучающийся должен зашифровать текст;

– окно для ввода зашифрованного текста;

– окно, указывающее число правильных ответов, полученных при выполнении заданий из данного блока;

– окно, указывающее число ошибок, допущенных при выполнении заданий из данного блока;

– окно с отображением двух алфавитов – обычного и со сдвигом, предназначенное для удобства обучающегося и позволяющее уменьшить время на рутинную работу по переписыванию алфавита вручную на бумаге.

Рис.1. Практическое задание первого блока

 

Выбор исходных текстов для зашифровывания не случаен. В качестве заданий обучающимся предлагаются пословицы и поговорки назидательного характера, несущие не только функциональную, но и воспитательную нагрузку. Всего в базе исходных текстов содержится порядка 700 пословиц, поговорок и крылатых фраз, из которых в качестве задания случайным образом выбирается одна.

Формирование ключа шифрования, т.е. величины сдвига, происходит также с помощью датчика случайных чисел. Данный подход сводит к нулю вероятность совпадения заданий различных обучающихся. После нажатия на кнопку «Проверить» происходит автоматическая проверка введенного текста на правильность, о чем сообщается в соответствующем всплывающем окне. Если обучающийся дал правильный ответ, то происходит генерация следующего задания из данного блока.

Число заданий в блоках задается преподавателем в служебных настройках программы. После выполнения всех заданий из блока число совершенных обучающимся ошибок отображается в заголовочной части окна программы.

Следующий этап практического занятия посвящен криптографическому анализу сообщений, зашифрованных простейшим методом – методом простого сдвига. Для этого созданная нами программа предлагает обучающимся расшифровать текстовую информацию без знания ключа шифра. Как и на предыдущем этапе, исходная фраза случайным образом выбирается из базы исходных текстов, а далее происходит ее автоматическая зашифровка на величину сдвига, полученную с помощью датчика случайных чисел. Для того чтобы уменьшить количество ручной работы, на экран выводится простой алфавит и алфавит со сдвигом, величина которого определяется пользователем программы.

На третьем этапе курсанты осваивают метод перестановок с использованием матриц на практике. Задание осложняется тем, что при зашифровке сообщений из текста удаляются все пробелы и знаки препинания, в результате чего полученный в процессе расшифровки текст необходимо дополнительно анализировать и разбивать по словам, исходя из смысловой нагрузки полученной фразы. Исходный текст для криптоанализа получается путем шифрования методом перестановок с помощью квадратной матрицы, размер которой выбирается случайным образом в пределах от 3х3 до 7х7, фразы, выбираемой случайным образом из базы фраз. Для повышения эффективности и наглядности освоения метода на экран выводится матрица перестановок с соответствующим образом заполненными ячейками. Размер матрицы выполняет роль ключа шифрования и задается пользователем.

После выполнения всех заданий открывается итоговое окно работы с программой, содержащее идентификационные данные пользователя, а также число ошибок, которые были им допущены в каждом из блоков заданий.

Предложенная методика проведения практического занятия с использованием специально созданного программного обеспечения была апробирована на практических занятиях по дисциплине «Основы информационной безопасности» у обучающихся юридических специальностей. По результатам проведенных занятий можно сказать, что эффективность изучения основ криптографического преобразования информации существенно повысилась за счет уменьшения рутинной однотипной работы и повышения продуктивности. Кроме того, нельзя не отметить повышение познавательного интереса обучающихся к изучению данной темы при использовании указанной программы.

Рецензенты:

Разбегаева Л.П., д.п.н., профессор, профессор кафедры всеобщей истории и методики преподавания истории и обществоведения Волгоградского государственного социально-педагогического университета, г. Волгоград;

Ходякова Н.В., д.п.н., доцент, начальник кафедры информатики и математики Волгоградской академии МВД России, г. Волгоград.