ИНФОРМАТИКА ДЛЯ КРИПТОАНАЛИТИКОВ Учебное пособие Самара - 2015 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ» Кафедра информатики и вычислительной техники А.П. Алексеев ИНФОРМАТИКА ДЛЯ КРИПТОАНАЛИТИКОВ Учебное пособие Самара 2015 г. 2 004:004.056(075.8) Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ, протокол №______ от _______________2014 г. Рецензенты: Заведующий кафедрой компьютерных систем и технологий Шуменского университета им. <...> В книге в компактной форме даны основные понятия информатики, рассмотрены арифметические и логические основы работы ЭВМ, принцип действия важнейших устройств ЭВМ. <...> Важными теоретическими аспектами информатики являются арифметические и логические основы работы ЭВМ, алгебра логики, понятия о системах счисления. <...> Наименьшей единицей информации является бит (от англ. binary digit — двоичный разряд). <...> Передача сообщений на расстояние осуществляется с помощью какого-либо материального носителя (бумаги, магнитных дисков, микросхем памяти и т.п.) или физического процесса (звуковых, световых или электромагнитных волн и т.п.) <...> Примером такого текста является шифрограмма, полученная с помощью криптостойкого шифра. <...> Если вероятности появления каждого символа в сообщении различны, то используется формула Шеннона. <...> Формула Шеннона используется при расчете энтропии в ситуациях, когда вероятности появления символов различны (передается осмысленный текст): N I (p1 log 2 1p p2 log 2 p2 . p log 2 p ) N N i 1 Здесь pi – вероятность появления i-го символа. <...> Избыточность текста наблюдается в тех случаях, когда вероятности появления различных символов различны, и когда вероятность появления очередного символа зависит от ранее принятого символа. <...> Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse) был первым, кто успешно осуществил идею создания автоматической электромеханической <...>
Информатика_для_криптоаналитиков_Учебное_пособие.pdf
004:004.056(075.8)
Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ,
протокол №______ от _______________2014 г.
Рецензенты:
Заведующий кафедрой компьютерных систем и технологий Шуменского университета им.
Епископа Константина Преславского (Болгария), д.т.н, профессор
Станев Станимир Стоянов.
Профессор кафедры геоинформатики и информационной безопасности Самарского государственного
аэрокосмического университета им. С.П.Королѐва (Национального исследовательского
университета) д.т.н., профессор, Лауреат Государственной Премии СССР
Мостовой Яков Анатольевич.
Алексеев, А.П.
Информатика для криптоаналитиков: учебное пособие/ Алексеев А. П.- Самара: ИУНЛ
ПГУТИ, 2015. – 378 с.
Книга соответствует типовой программе по информатике для высших учебных заведений.
Отличительной особенностью публикации является изложение основных принципов,
идей, исторического аспекта излагаемых вопросов, обзоров по программным продуктам и
аппаратным средствам, толкование терминов. Такой подход позволяет сохранить актуальность
изученного материала в течение нескольких лет.
В книге в компактной форме даны основные понятия информатики, рассмотрены
арифметические и логические основы работы ЭВМ, принцип действия важнейших устройств
ЭВМ. Дано представление о локальных и глобальных сетях, описана организация данных в
ЭВМ, методы сжатия информации, помехоустойчивого кодирования. Дано понятие о вирусах
и антивирусных программах. Рассмотрены основные понятия криптографии, стеганографии.
Заметный акцент в книге сделан на изложение вопросов защиты информации.
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей «Информационная
безопасность» и «Информационная безопасность в телекоммуникационных системах»
(10.03.01, 10.05.02).
3
Стр.3
Оглавление
Введение……………………………………………………………...
1. Основные понятия………………………………………….
3
5
2. Арифметические и логические основы работы ЭВМ….
1.1. Основные понятия информатики…………………………… 5
1.2. Основные понятия теории информации…………………. 10
1.3. Этапы развития вычислительной техники…………………. 16
1.4. Развитие отечественной вычислительной техники………... 22
25
2.1. Системы счисления…………………………………………. 25
2.2. Логические основы работы ЭВМ ………………………...
2.3. Арифметические основы работы ЭВМ ……………………. 37
3. Кодирование информации в ЭВМ…………………...........
33
43
4. Аппаратные средства ЭВМ………………………………...
3.1. Кодовая таблица……………………………………………... 43
3.2. Представление данных в ЭВМ ……………………………... 45
3.3. Представление команд в ЭВМ……………………………… 49
3.4. Методы сжатия информации без потерь…………………… 51
3.5. Методы сжатия информации с потерями…………………. 58
3.6. Помехоустойчивое кодирование…………………………. 66
3.7. QR-коды …………………………………………………… 74
85
4.1. Структурная схема ЭВМ…………………………………… 85
4.2. Принцип действия основных устройств ЭВМ ……………. 91
4.2.1. Принцип действия цифровых устройств………. 91
4.2.2. Арифметико-логическое устройство …………… 98
4.2.3. Память……………………………………………. 101
4.2.4. Оперативная память ……………………………... 101
4.2.5. Внешние запоминающие устройства …………...
5. Системное программное обеспечение ЭВМ…………….
4.2.6. Устройства ввода информации …………………. 113
4.2.7. Устройства вывода информации ……………….
4.2.8. Жидкокристаллические мониторы……………… 122
4.3. Классификация ЭВМ ………………………………………. 124
129
106
117
6. Прикладное программное обеспечение ЭВМ…………….
5.1. Понятие об операционной системе………………………… 129
5.2. Файловая система...…………………………………………. 141
5.3. Вирусы и антивирусные программы ………………………. 146
5.4. Основные понятия программирования……………………. 155
5.4.1. Языки программирования…………………………. 155
5.4.2. Основные свойства алгоритма……………………. 164
5.4.3. Базовые структуры программирования…………... 167
169
6.1. Текстовые редакторы ………………………………………. 169
6.2. Графические редакторы ……………………………………. 176
6.3. Средства презентации………………………………………. 184
6.4. Электронные таблицы………………………………………. 189
6.5 Базы данных …………………………………………………. 195
6.6. Искусственный интеллект …………………………………. 203
6.7. Экспертные системы ………………………………………... 208
6.8. Мультимедиа ……………………………………………… 213
6.9. Виртуальная реальность ……………………………………. 218
273
Стр.273
7. Основные понятия моделирования ………………………
223
7.1. Основные понятия и определения ………………………… 223
7.1.1. Виды моделей ……………………………………... 226
7.1.2. Понятие об имитационном моделировании ……. 229
7.1.3. Понятие о физическом моделировании …………. 231
7.1.4. Уровни моделирования ……………………............ 233
8. Математические и статистические системы ……………
7.2. Системы моделирования РЭУ ……………………………… 235
7.3. Моделирование криптосистем с помощью Multisim……… 240
248
9. Сетевые информационные технологии ………………….
8.1. Обзор математических и статистических систем ………… 248
8.2. Математическая система Mathcad…………………………. 253
8.2.1. Пользовательский интерфейс …………………….. 253
8.2.2. Компьютерная алгебра ……………………………. 258
8.2.3. Операции с комплексными числами……………… 263
8.2.4. Вопросы программирования………………………. 265
272
9.1. Локальные сети ……………………………………………… 272
9.2. Глобальные сети ……………………………………………. 277
9.3. Семиуровневая сетевая модель OSI………………………... 285
9.3.1. Физический уровень…………………….................. 285
9.3.2. Канальный уровень ………………………………... 286
9.3.3. Сетевой уровень …………………………………… 286
9.3.4. Транспортный уровень …………………………… 288
9.3.5. Сеансовый уровень…………………………...……. 289
9.3.6. Представительный уровень………………………. 289
9.3.7. Прикладной уровень………………………………. 289
10. Защита информации……………………………………….
9.4. Электронная почта …………………………………………. 290
9.5. Социальные сети……………………………………………. 302
307
11. Перспективы развития информатики…………………
12. Приложения ……………………………………………
10.1. Основные понятия криптографии…………………………. 307
10.2. Шифрование сообщений различными методами…………. 313
10.3. Гибридная криптосистема…………………………………... 323
10.4. Криптографическая система с открытым ключом………… 325
10.5. Криптографическая программа PGP………………………. 330
10.6. Основные понятия стеганографии…………………………. 337
10.7. Сокрытие информации в рисунках и фотографиях………. 345
10.8. Пространственно-временные методы сокрытия
информации ………………………………………………… 348
356
361
12.1 Список аббревиатур …………………………………...……. 361
12.2 Глоссарий……………………………………………………. 362
Заключение…………………………………………………………. 370
Список литературы ………………………………………………. 371
Оглавление…………………………………………………………. 373
274
Стр.274