Информационный центр "центральный дом знаний". Криптография и защищённая связь: история первых шифров

В ходе эволюции человек учился защищаться от холода, голода, диких зверей и капризов погоды. На каком-то из этапов своего развития он понял важность своевременного получения достоверной и правильно отобранной информации. И, наконец, осознал необходимость информацию эту защищать.

В условиях соперничества (военного, научного или коммерческого - не важно) знания существуют в двух формах - «у меня и у моего врага». И для того чтобы победить или хотя бы выжить, первую форму желательно довести до максимума, а вторую - до минимума. Защищая свою информацию, мы стремимся сохранить в тайне имеющийся у нас запас знаний, а рассекречивая чужую - увеличить этот запас за счет конкурентов.

История защиты информации начинается, по всей вероятности, где-то в то время, когда люди начали учиться общаться при помощи переписки. Естественно, им потребовались способы обеспечить ее секретность. Точных дат и достоверных данных о тайнописи в древности никто не приводит.

Известно, например, что в Древней Греции голову раба брили, писали на его голове, ждали, когда волосы вновь вырастут, после чего отправляли с поручением к адресату. Что и говорить, время было такое - расстояния большие, скорости малые, плюс-минус два месяца роли не играли.

Знатокам поэзии хорошо известен такой довольно широко используемый в то время прием тайнописи, как акростих, в котором скрываемое сообщение образуют начальные буквы стихотворных строк.

Для создания скрытого сообщения можно применять специальные технические средства (передать в конкретную точку пространства по радиоканалу остронаправленным лучом, предельно сжать информацию и передать в мгновенном импульсе, написать бесцветными чернилами, проявляющимися лишь после некоторого физического или химического воздействия). Кто из нас не читал, как в царских застенках революционеры писали письма молоком …

Все вышеперечисленные и подобные им способы защиты информации относят к стеганографическим или симпатическим, при которых сама информация остается неизменной, ее стараются сделать невидимой и тем самым скрыть факт ее передачи.

Стеганогра́фия (от греч. στεγανός - скрытый + γράφω - пишу; буквально «тайнопись» ) - это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи.

Симпати́ческие (невидимые) черни́ла - это чернила, записи которыми являются изначально невидимыми и становятся видимыми только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.)

Методы эти развивались и усложнялись вместе с ходом технического прогресса. Вершиной развития этих методов можно считать, вероятно, технологию создания сверхминиатюрных фотографий - так называемых микроточек, - которая появилась после Второй мировой войны. Такая микроточка размером с точку печатного текста могла содержать сотни документов, и найти ее в книге, журнале или газете было ненамного проще, чем иголку в стоге сена. Современная микросхемотехника сверхбольшой интеграции позволяет записать текст так мелко, что без электронного микроскопа прочесть его будет невозможно. Широкое распространение компьютеров позволяет применять другие способы сокрытия информации. Например, «нестандартное» форматирование дисков, запись на технические дорожки, замешивание информации в большие объемы данных и т. д.

Однако явным недостатком симпатических методов является то, что скрытность созданных с их помощью сообщений обеспечивается лишь на данном этапе развития техники. Любой способ создания симпатического текста будет вскоре разрушен. А что за секретность без гарантии стойкости?

Интересно, что в глубокой древности тайнопись считалась одним из 64-х искусств, которым следует владеть как мужчинам, так и женщинам. Сведения о способах шифрованного письма можно обнаружить уже в документах древних цивилизаций Индии, Египта, Месопотамии. Среди самых простых - иероглифическое письмо, написание знаков не по порядку, а вразброс по некоторому правилу.

Первое исторически достоверное применение технических средств шифровки приписывается древним грекам и датируется примерно V–VI веками до нашей эры. Таким техническим средством был специальный брусок, называемый «скитала»(сцитала). Его оборачивали узкой полоской бумаги и писали сообщение вдоль бруска. Затем полоску снимали и отправляли адресату. Предполагалось, что прочесть сообщение, не зная толщины бруска - которая служила здесь ключом шифрования - было невозможно.

Кроме того, Эней в работе «Об обороне укрепленных мест» описывает так называемый «книжный шифр» и способ перестановки букв в тексте по специальной таблице.

Известна также система шифрования под названием «квадрат Полибия», в которой каждая буква заменяется парой чисел - ее координатами в квадрате 5x5, куда предварительно в заранее заданном порядке вписаны буквы алфавита.

Уже тогда шифрованная переписка использовалась не только полководцами, но и церковью, и учеными. Жрецы шифровали тексты прорицателей, а ученые - свои открытия. Например, у Эдуарда Шюре в книге «Великие посвященные» встречается фраза о том, что «с великим трудом и большой ценой добыл Платон один из манускриптов Пифагора, который никогда не записывал свое учение иначе, как тайными знаками и под различными символами».

Классический пример с шифром Цезаря описан во всех учебниках по криптографии: не доверяя гонцам, Юлий Цезарь шифровал свои депеши, используя способ, который впоследствии получит название шифра прямой замены . В своих письмах он заменял каждую A на D, каждую B на E, и т. д. И его послание мог дешифровать только тот, кто знал правило «смещения на 3».

Словом, к началу нашей эры люди знали о криптографии довольно много и использовали ее достаточно широко. Последующие 19 веков были потрачены на изобретение более или менее хитроумных способов шифрования, надежность которых во многом была призрачной и зависела, главным образом, от того, насколько им доверяли те, кто ими пользовался.

Довольно мало сведений о применяемых шифрах можно найти до эпохи Возрождения. Известен ряд значковых шифров, при котором буквы открытого текста заменяются специальными знаками (помните «танцующих человечков» Конана Дойля?). Таким является шифр Карла Великого, применявшийся в IX веке нашей эры.

Период расцвета арабских государств (VIII век н. э.) - поистине эпоха великих открытий в области криптографии. Не зря ведь слово «шифр», как и слово «цифра», имеет арабские корни. В появившейся в 855 году арабской «Книге о стремлении человека разгадать загадки древней письменности» описываются различные системы защиты информации, в том числе и несколько классических шифралфавитов. Один такой шифралфавит, называвшийся «дауди» (по имени израильского царя Давида), использовался для шифрования трактатов по черной магии. Он был составлен из видоизмененных букв древнееврейского алфавита.

Следующие сведения о криптографии также относятся к арабскому миру. В 1412 году на свет появляется произведение Шехаба Калкашанди - 14-томная «Энциклопедия всех наук», содержащая и сведения о методах засекречивания переписки. Раздел под общим заголовком «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений» состоял из двух частей: одна касалась символических действий, намеков и иносказаний, во второй описывались симпатические чернила и криптология.

Здесь не только впервые подробно рассказывалось о шифрах перестановок и шифрах замены, но и упоминался шифр, использующий несколько замен букв открытого текста. Но не этим известна книга. Все остальное затмевается первым в истории описанием криптоанализа на основе частоты появления знаков в исходном и шифрованном текстах. Автор даже приводит список букв арабского алфавита с указанием частоты их встречаемости в текстах Корана. Уже тогда частотный анализ сообщения позволял достаточно просто раскрывать шифры простой подстановки.

Криптоло́гия - наука, занимающаяся методами шифрования и дешифрования. Криптология состоит из двух частей - криптографии и криптоанализа.

Криптогра́фия - наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности (целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации.

Изначально криптография изучала методы шифрования информации - обратимого преобразования открытого (исходного) текста на основе секретного алгоритма и/или ключа в шифрованный текст (шифротекст).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

по теме: История криптографии

Введение

1. Периоды развития и этапы криптографии

2. Криптография в древние времена

3. Криптография от средних веков до нового времени

4. Криптография Первой мировой войны

5. Современная криптография

Заключение

Биографические справки

Список литературы

Введение

Проблема защиты информации путем ее преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом, волновала человеческий ум с давних времен. История криптографии - ровесница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была своеобразной криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные. Священные книги древнего Египта, древней Индии тому примеры. История человеческой цивилизации стала также историей создания систем безопасной передачи информации. Искусство шифрования и тайной передачи информации было присуще практически всем государствам. Криптография в прошлом использовалась, прежде всего, в военных целях. Однако сейчас, по мере образования информационного общества, криптография становится одним из основных инструментов, обеспечивающих конфиденциальность, доверие, авторизацию, корпоративную безопасность и бесчисленное множество других важных вещей. Практическое применение криптографии стало неотъемлемой частью жизни современного общества -- её используют в таких отраслях как электронная коммерция, электронный документооборот (включая цифровые подписи), телекоммуникации и других. Очень быстро после распространения компьютеров в деловой сфере практическая криптография сделала в своем развитии огромный скачок, причем сразу по нескольким направлениям:

· во-первых, были разработаны стойкие блочные шифры с секретным ключом, предназначенные для решения классической задачи - обеспечения секретности и целостности передаваемых или хранимых данных, они до сих пор остаются "рабочей лошадкой" криптографии, наиболее часто используемыми средствами криптографической защиты;

· во-вторых, были созданы методы решения новых, нетрадиционных задач сферы защиты информации, наиболее известными из которых являются задача подписи цифрового документа и открытого распределения ключей.

Исторически первой задачей криптографии была защита передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного ознакомления с их содержанием, что нашло отражение в самом названии этой дисциплины, эта защита базируется на использовании "секретного языка", известного только отправителю и получателю, все методы шифрования являются лишь развитием этой философской идеи. С усложнением информационных взаимодействий в человеческом обществе возникли и продолжают возникать новые задачи по их защите, некоторые из них были решены в рамках криптографии, что потребовало развития принципиально новых подходов и методов.

1. Периоды развития и этапы криптографии

История криптографии насчитывает около 4 тысяч лет. В качестве основного критерия периодизации криптографии возможно использовать технологические характеристики используемых методов шифрования. В данном реферате будем придерживаться такой периодизации.

Первый период (приблизительно с 3-го тысячелетия до н.э.) характеризуется господством моноалфавитных шифров (основной принцип - замена алфавита исходного текста другим алфавитом через замену букв другими буквами или символами).

Второй период (хронологические рамки - с IX века на Ближнем Востоке (Ал-Кинди) и с XV века в Европе (Леон Баттиста Альберти) - до начала XX века) ознаменовался введением в обиход полиалфавитных шифров.

Третий период (с начала и до середины XX века) характеризуется внедрением электромеханических устройств в работу шифровальщиков. При этом продолжалось использование полиалфавитных шифров.

Четвёртый период - с середины до 70-х годов XX века - период перехода к математической криптографии. В работе Клода Шеннона появляются строгие математические определения количества информации, передачи данных, энтропии, функций шифрования. Обязательным этапом создания шифра считается изучение его уязвимости к различным известным атакам - линейному и дифференциальному криптоанализу. Однако до 1975 года криптография оставалась «классической», или же, более корректно, криптографией с секретным ключом.

Современный период развития криптографии (с конца 1970-х годов по настоящее время) отличается зарождением и развитием нового направления - криптография с открытым ключом. Её появление знаменуется не только новыми техническими возможностями, но и сравнительно широким распространением криптографии для использования частными лицами (в предыдущие эпохи использование криптографии было исключительной прерогативой государства). Правовое регулирование использования криптографии частными лицами в разных странах сильно различается - от разрешения до полного запрета.

Историю криптографии условно можно также разделить на 4 этапа.

1. Наивная криптография.

2. Формальная криптография

3. Научная криптография

4. Компьютерная криптография

Для наивной криптографии (до нач. XVI века) характерно использование любых (обычно примитивных) способов запутывания противника относительно содержания шифруемых текстов. На начальном этапе для защиты информации использовались методы кодирования и стеганографии, которые родственны, но не тождественны криптографии. Большинство из используемых шифров сводились к перестановке или моноалфавитной подстановке. Одним из первых зафиксированных примеров является шифр Цезаря, состоящий в замене каждой буквы исходного текста на другую, отстоящую от нее в алфавите на определенное число позиций. Другой шифр, полибианский квадрат, авторство которого приписывается греческому писателю Полибию, является общей моноалфавитной подстановкой, которая проводится с помощью случайно заполненной алфавитом квадратной таблицей (для греческого алфавита размер составляет 5x5). Каждая буква исходного текста заменяется на букву, стоящую в квадрате снизу от нее.

Этап формальной криптографии (кон. XV века - нач. XX века) связан с появлением формализованных и относительно стойких к ручному криптоанализу шифров. В европейских странах это произошло в эпоху Возрождения, когда развитие науки и торговли вызвало спрос на надежные способы защиты информации. Важная роль на этом этапе принадлежит Леону Батисте Альберти, итальянскому архитектору, который одним из первых предложил многоалфавитную подстановку. Данный шифр, получивший имя дипломата XVI века Блеза Вижинера, состоял в последовательном «сложении» букв исходного текста с ключом (процедуру можно облегчить с помощью специальной таблицы). Его работа «Трактат о шифре» считается первой научной работой по криптологии. Одной из первых печатных работ, в которой обобщены и сформулированы известные на тот момент алгоритмы шифрования является труд «Полиграфия» немецкого аббата Иоганна Трисемуса. Ему принадлежат два небольших, но важных открытия: способ заполнения полибианского квадрата (первые позиции заполняются с помощью легко запоминаемого ключевого слова, остальные - оставшимися буквами алфавита) и шифрование пар букв (биграмм). Простым, но стойким способом многоалфавитной замены (подстановки биграмм) является шифр Плейфера, который был открыт в начале XIX века Чарльзом Уитстоном. Уитстону принадлежит и важное усовершенствование - шифрование ««двойным квадратом». Шифры Плейфера и Уитстона использовались вплоть до первой мировой войны, так как с трудом поддавались ручному криптоанализу. В XIX веке голландец Керкхофф сформулировал главное требование к криптографическим системам, которое остается актуальным и поныне: секретность шифров должна быть основана на секретности ключа, но не алгоритма. Наконец, последним словом в донаучной криптографии, которое обеспечили еще более высокую криптостойкость, а также позволило автоматизировать (в смысле механизировать) процесс шифрования стали роторные криптосистемы. Одной из первых подобных систем стала изобретенная в 1790 году Томасом Джефферсоном, будущим президентом США механическая машина. Многоалфавитная подстановка с помощью роторной машины реализуется вариацией взаимного положения вращающихся роторов, каждый из которых осуществляет «прошитую» в нем подстановку. Практическое распространение роторные машины получили только в начале XX века. Одной из первых практически используемых машин, стала немецкая Enigma, разработанная в 1917 году Эдвардом Хеберном и усовершенствованная Артуром Кирхом. Роторные машины активно использовались во время второй мировой войны. Помимо немецкой машины Enigma использовались также устройства Sigaba (США), Турех (Великобритания), Red, Orange и Purple2 (Япония). Роторные системы - вершина формальной криптографии так как относительно просто реализовывали очень стойкие шифры. Успешные криптоатаки на роторные системы стали возможны только с появлением ЭВМ в начале 40-х годов.

Главная отличительная черта научной криптографии (30-е - 60-е годы XX века) - появление криптосистем со строгим математическим обоснованием криптостойкости. К началу 30-х годов окончательно сформировались разделы математики, являющиеся научной основой криптологии: теория вероятностей и математическая статистика, общая алгебра, теория чисел, начали активно развиваться теория алгоритмов, теория информации, кибернетика. Своеобразным водоразделом стала работа Клода Шеннона «Теория связи в секретных системах», где сформулированы теоретические принципы криптографической защиты информации. Шеннон ввел понятия «рассеивание» и «перемешивание», обосновал возможность создания сколь угодно стойких криптосистем. В 60-х годах ведущие криптографические школы подошли к созданию блочных шифров, еще более стойких по сравнению с роторными криптосистемами, однако допускающие практическую реализацию только в виде цифровых электронных устройств. Компьютерная криптография (с 70-х годов XX века) обязана своим появлением вычислительным средствам с производительностью, достаточной для реализации криптосистем. Примерно в 1900 году до н. э. древние египтяне начали видоизменять и искажать иероглифы, чтобы закодировать определенные сообщения. Порядков более высокую криптостойкость, чем «ручные» и «механические» шифры. Первым классом криптосистем, практическое применение которых стало возможно с появлением мощных и компактных вычислительных средств, стали блочные шифры. В 70-е годы был разработан американский стандарт шифрования DES (принят в 1978 году). Один из его авторов, Хорст Фейстел (сотрудник IBM), описал модель блочных шифров, на основе которой были построены другие, более стойкие симметричные криптосистемы, в том числе отечественный стандарт шифрования ГОСТ 28147-89. С появлением DES обогатился и криптоанализ, для атак на американский алгоритм был создано несколько новых видов криптоанализа (линейный, дифференциальный и т.д.), практическая реализация которых опять же была возможна только с появлением мощных вычислительных систем. В середине 70-х годов произошел настоящий прорыв в современной криптографии - появление асимметричных криптосистем, которые не требовали передачи секретного ключа между сторонами. Здесь отправной точкой принято считать работу, опубликованную Уитфилдом Диффи и Мартином Хеллманом в 1976 году под названием «Новые направления в современной криптографии». В ней впервые сформулированы принципы обмена шифрованной информацией без обмена секретным ключом. Независимо к идее асимметричных криптосистем подошел Ральф Меркли. Несколькими годами позже Рон Ривест, Ади Шамир и Леонард Адлеман открыли систему RSA, первую практическую асимметричную криптосистему, стойкость которой была основана на проблеме факторизации больших простых чисел. Асимметричная криптография открыла сразу несколько новых прикладных направлений, в частности системы электронной цифровой подписи (ЭЦП) и электронных денег. В 80-90-е годы появились совершенно новые направления криптографии: вероятностное шифрование, квантовая криптография и другие. Осознание их практической ценности еще впереди. Актуальной остается и задача совершенствования симметричных криптосистем. В 80-90-х годах были разработаны нефейстеловские шифры (SAFER, RC6 и др.), а в 2000 году после открытого международного конкурса был принят новый национальный стандарт шифрования США - AES.

2. Криптография в древние времена

История криптографии насчитывает не одно тысячелетие. Уже в исторических документах древних цивилизаций - Индии, Египте, Китае, Месопотамии - имеются сведенья о системах и способах составления шифрованного письма. Видимо, первые системы шифрования появились одновременно с письменностью в четвёртом тысячелетии до нашей эры.

В древнеиндийских рукописях приводится более шестидесяти способов письма, среди которых есть и такие, которые можно рассматривать как криптографические. Имеется описание системы замены гласных букв согласными, и наоборот. Один из сохранившихся шифрованных текстов Месопотамии представляют собой табличку, написанную клинописью и содержащую рецепт изготовления глазури для гончарных изделий. В этом тексте использовались редко употребляемые значки, игнорировались некоторые буквы, употреблялись цифры вместо имён. В рукописях Древнего Египта шифровались религиозные тексты и медицинские рецепты. Шифрование использовалось в Библии. Некоторые фрагменты библейских текстов зашифрованы с помощью шифра, который называется атбаш. Правило зашифрования состояло в замене -й буквы алфавита (n-i+1), где n - число букв в алфавита. Происхождение слова атбаш объясняется принципом замены букв. Это слово составлено из букв Алеф, Тае, Бет и Шин, то есть первой и последней, второй и предпоследней букв древнесемитского алфавита. криптография древний война

В Древней Греции криптография уже широко использовалась в разных областях деятельности, в особенности в государственной сфере. Плутарх сообщает, что жрецы, например, хранили в форме тайнописи свои прорицания. В Спарте в 5-6 вв. до Н.Э. использовалось одно из первых шифровальных приспособлений - Сцитала. Это был жезл цилиндрической формы, на который наматывалась лента из пергамента. Кроме жезла могли использоваться рукоятки мечей, кинжалов, копий, и т.д. Вдоль оси цилиндра на пергамент построчно записывался текст, предназначенный для передачи. После записи текста лента сматывалась с жезла и передавалась адресату, который имел точно такую же Сциталу. Ясно, что такой способ шифрования осуществлял перестановку букв сообщения. Ключом шифра служит диаметр Сциталы. Известен также и метод вскрытия такого шифра, приписываемый Аристотелю. Предлагалось заточить на конус длинный брус и, обернув в него ленту, начать сдвигать её по конусу от малого диаметра до самого большого. В том месте, где диаметр конуса совпадал с диаметром Сциталы, буквы текста сочетались в слоги и слова. После этого оставалось лишь изготовить цилиндр нужного диаметра.

Греческий писатель Полибий использовал систему сигнализации, которая была широко принята как метод шифрования. Он записывал буквы алфавита в квадратную таблицу и заменял их координатами: парами чисел (i,j), где i - номер строки, j - номер столбца. Применительно к латинскому алфавиту квадрат Полибия имеет следующий вид:

Пары (i,j) передавались с помощью факелов. Например, для передачи буквы О нужно было взять 3 факела в правую руку и 4 - в левую.

Подобные шифровальные приспособления, с небольшими изменениями просуществовали до эпохи военных походов Юлия Цезаря. Положение меняется в эпоху расцвета Рима, который первоначально представлял собой лишь небольшую гражданскую общину, со временем он разросся, подчинив себе Италию, а затем всё Средиземноморье. Чтобы управлять наместниками в многочисленных провинциях, шифрованная связь для римских органов власти стала жизненно необходимой. Особую роль в сохранении тайны сыграл способ шифрования, предложенный Юлием Цезарем и изложенным им в «Записках о галльской войне» (1 век до Н.Э.) Вот что пишет о нём Гай Светоний «…существуют и его письма к Цицерону и письма к близким о домашних делах: в них, если нужно было сообщить что-то негласно, он пользовался тайнописью, то есть менял буквы так, чтобы из них не складывалось ни одного слова. Чтобы разобрать и прочитать их, нужно читать всякий раз четвёртую букву вместо первой, например, D вместо А и так далее». Таким образом, Цезарь заменял буквы в соответствии с подстановкой, нижняя строка которой представляет собой алфавит открытого текста, сдвинутый циклически на 3 буквы влево.

3. Криптография от средних веков до нового времени

Ещё один значительный шаг вперёд криптография сделала благодаря труду Леона Альберти. Известный философ, живописец, архитектор, в 1466 году написал труд о шифрах. В этой работе был предложен шифр, основанный на использовании шифровального диска. Сам Альберти называл его шифром, «достойным королей».

Шифровальный диск представлял собой пару соосных дисков разного диаметра. Больший из них - неподвижный, его окружность разделена на 24 равных сектора, в которые вписаны 20 букв латинского алфавита в их естественном порядке и 4 цифры (от 1 до 4). При этом из 24-х буквенного алфавита были удалены 4 буквы, без которых можно обойтись, подобно тому, как в русском языке обходятся без Ъ, Ё, Й. Меньший диск - подвижный, по его окружности, разбитой также на 24 сектора, были вписаны все буквы смешанного латинского алфавита.

Диск Альберти.

Имея два таких прибора, корреспонденты догадывались о первой индексной букве на подвижном диске. При шифровании сообщения отправитель ставил индексную букву против любой буквы большого диска. Он информировал корреспондента о таком положении диска, записывая эту букву внешнего диска в качестве первой буквы шифртекста. Очередная буква открытого текста отыскивалась на неподвижном диске и стоящая против неё буква меньшего диска являлась результатом её зашифрования. После того как были зашифрованы несколько букв текста, положение индексной буквы изменялось, о чём также сообщалось корреспонденту.

Такой шифр имел две особенности, которые делают изобретение Альберти событием в истории криптографии. Во-первых, в отличие от шифров простой замены шифровальный диск использовал не один, а несколько алфавитов для зашифрования. Такие шифры получили название многоалфавитных. Во-вторых, шифровальный диск позволял использовать так называемые коды с перешифрованием, которые получили широкое распространение лишь в конце XIX в., то есть спустя четыре столетия после изобретения Альберти. Для этой цели на внешнем диске имелись цифры. Альберти составил код, состоящий из 336 кодовых групп, занумерованных от 11 до 4444. Каждому кодовому обозначению соответствовала некоторая законченная фраза. Когда такая фраза встречалась в открытом сообщении, она заменялась соответствующим кодовым обозначением, а с помощью диска цифры зашифровывались как обычные знаки открытого текста, превращаясь в буквы.

Богатым на новые идеи в криптографии оказался XVI в. Многоалфавитные шифры получили развитие в вышедшей в 1518 г. первой печатной книге по криптографии под названием "Полиграфия". Автором книги был один из самых знаменитых ученых того времени аббат Иоганнес Тритемий. В этой книге впервые в криптографии появляется квадратная таблица. Шифралфавиты записаны в строки таблицы один под другим, причем каждый из них сдвинут на одну позицию влево по сравнению с предыдущим (см. табл. 2).

Тритемий предлагал использовать эту таблицу для многоалфавитного зашифрования самым простым из возможных способов: первая буква текста шифруется первым алфавитом, вторая буква -- вторым и т. д. В этой таблице не было отдельного алфавита открытого текста, для этой цели служил алфавит первой строки. Таким образом, открытый текст, начинающийся со слов HUNC CAVETO VIRUM ..., приобретал вид HXPF GFBMCZ FUEIB ... .

Преимущество этого метода шифрования по сравнению с методом Альберти состоит в том, что с каждой буквой задействуется новый алфавит. Альберти менял алфавиты лишь после трех или четырех слов. Поэтому его шифртекст состоял из отрезков, каждый из которых обладал закономерностями открытого текста, которые помогали вскрыть криптограмму. Побуквенное зашифрование не дает такого преимущества. Шифр Тритемия является также первым нетривиальным примером периодического шифра. Так называется многоалфавитный шифр, правило зашифрования которого состоит в использовании периодически повторяющейся последовательности простых замен.

В 1553 г. Джованни Баттиста Белазо предложил использовать для многоалфавитного шифра буквенный, легко запоминаемый ключ, который он назвал паролем. Паролем могло служить слово или фраза. Пароль периодически записывался над открытым текстом. Буква пароля, расположенная над буквой текста, указывала на алфавит таблицы, который использовался для зашифрования этой буквы. Например, это мог быть алфавит из таблицы Тритемия, первой буквой которого являлась буква пароля. Однако Белазо, как и Тритемий, использовал в качестве шифралфавитов обычные алфавиты.

Еще одно важное усовершенствование многоалфавитных систем, состоящее в идее использования в качестве ключа текста самого сообщения или же шифрованного текста, принадлежит Джероламо Кардано и Блезу де Виженеру. Такой шифр был назван самоключом. В книге Виженера "Трактат о шифрах" самоключ представлен следующим образом. В простейшем случае за основу бралась таблица Тритемия с добавленными к ней в качестве первой строки и первого столбца алфавитами в их естественном порядке. Позже такая таблица стала называться таблицей Виженера. Подчеркнем, что в общем случае таблица Виженера состоит из циклически сдвигаемых алфавитов, причем первая строка может быть произвольным смешанным алфавитом (см. табл. 4).

Первая строка служит алфавитом открытого текста, а первый столбец -- алфавитом ключа. Для зашифрования открытого сообщения Виженер предлагал в качестве ключевой последовательности (Г) использовать само сообщение (Т 0) с добавленной к нему в качестве первой буквы(), известной отправителю и получателю (этим идея Виженера отличалась от идеи Кардано, у которого не было начальной буквы и система которого не обеспечивала однозначности расшифрования). Последовательности букв подписывались друг под другом:

При этом пара букв, стоящих друг под другом в Г и, указывала, соответственно, номера строк и столбцов таблицы, на пресечении которых находится знак шифрованного текста (Т ш). Например, фраза HUNC CAVETO VIRUM ..., использованная в предыдущих примерах, и начальная буква Р дают шифртекст YCHP ECUWZHIDAMG.

Во втором варианте Виженер предлагал в качестве ключевой последовательности использовать шифрованный текст:

Самоключ Виженера был незаслуженно забыт на долгое время, а под шифром Виженера до сих пор понимают самый простой вариант с коротким ключевым словом и с таблицей, состоящей из обычных алфавитов.

В истории криптографии XVII -- XVIII в. называют эрой "черных кабинетов". В этот период во многих государствах Европы, в первую очередь во Франции, получили развитие дешифровальные подразделения, названные "черными кабинетами". Первый из них образован по инициативе кардинала Ришелье при дворе короля Людовика XIII. Его возглавил первый профессиональный криптограф Франции Антуан Россиньоль. Следует отметить, что некоторые оригинальные идеи, возникшие в криптографии в этот период, связаны с именем самого Ришелье, который использовал, например, для секретной переписки с королем оригинальный шифр перестановки с переменным ключом.

Много новых идей в криптографии принес XIX в. Изобретение в середине XIX в. телеграфа и других технических видов связи дало новый толчок развитию криптографии. Информация передавалась в виде токовых и бестоковых посылок, то есть представлялась в двоичном виде. Поэтому возникла проблема "рационального" представления информации, которая решалась с помощью кодов. Коды позволяли передать длинное слово или целую фразу двумя-тремя знаками. Появилась потребность в высокоскоростных способах шифрования и в корректирующих кодах, необходимых в связи с неизбежными ошибками при передаче сообщений.

Во второй половине XIX в. появился весьма устойчивый способ усложнения числовых кодов -- гаммирование. Он заключался в перешифровании закодированного сообщения с помощью некоторого ключевого числа, которое и называлось гаммой. Шифрование с помощью гаммы состояло в сложении всех кодированных групп сообщения с одним и тем же ключевым числом. Эту операцию стали называть "наложением гаммы". Например, результатом наложения гаммы 6413 на кодированный текст 3425 7102 8139 являлась числовая последовательность 9838 3515 4552:

Единицы переноса, появляющиеся при сложении между кодовыми группами, опускались. "Снятие гаммы" являлось обратной операцией:

В 1888 г. француз маркиз де Виари в одной из своих научных статей, посвященных криптографии, обозначил греческой буквой X любую букву шифрованного текста, греческой буквой Г любую букву гаммы и строчной буквой С любую букву открытого текста. Он, по сути, доказал, что алгебраическая формула

воспроизводит зашифрование по Виженеру при замене букв алфавита числами согласно следующей таблице:

Тем самым была заложена алгебраическая основа для исследования шифров замены типа шифра Виженера. Используя уравнение шифрования, можно было отказаться от громоздкой таблицы Виженера.

Позже лозунговая гамма стала произвольной последовательностью, а шифр с уравнением шифрования (1) стал называться шифром гаммирования.

4. Криптография Первой мировой войны

Первая мировая война оставила свой отпечаток на всех процессах, происходивших в человеческом обществе. Она не могла не сказаться и на развитии криптографии.

В период первой мировой войны в качестве полевых шифров широко использовались ручные шифры, в первую очередь шифры перестановки с различными усложнениями. Это были вертикальные перестановки, усложненные перекодировкой исходного алфавита, а также двойные вертикальные перестановки.

Первая мировая война явилась поворотным пунктом в истории криптографии: если до войны криптография представляла собой достаточно узкую область, то после войны она стала широким полем деятельности. Причина этого состояла в необычайном росте объема шифрпереписки, передаваемой по различным каналам связи. Криптоанализ стал важнейшим элементом разведки.

Прогресс этой области криптографии характеризовался и изменениями в самом криптоанализе. Эта наука переросла методы индивидуальной работы криптоаналитика над криптограммой. Системы секретной связи перестали быть настолько малочисленными и однородными, что один специалист мог овладеть всеми специализациями. Характер используемых шифров потребовал для их вскрытия скрупулезного анализа переписки, поиска ситуаций, благоприятствующих успешному криптоанализу, знания соответствующей обстановки. Кроме того, криптоанализ обогатился большим опытом использования в годы войны ошибок неопытных или ленивых шифровальщиков. Еще Ф. Бэкон писал, что "в результате неловкости и неискусности тех рук, через которые проходят величайшие секреты, эти секреты во многих случаях оказывались обеспеченными слабейшими шифрами". Этот печальный опыт привел к необходимости введения строгой дисциплины среди шифровальщиков.

Несмотря на указанные последствия, первая мировая война не породила никаких новых научных идей в криптографии. Наоборот, полностью исчерпали свои возможности ручное шифрование, с одной стороны, и техническая сторона криптоанализа, состоявшая в подсчете частот встречаемости знаков, с другой.

В тот период проявились таланты целого ряда ставших впоследствии известными криптографов. В их числе был Г. О. Ярдли, который вскоре после вступления США в войну в 1917 г. убедил военное министерство в необходимости создания криптографической службы. В 27 лет он был назначен начальником криптографического отдела (MI-8) разведки военного министерства. При отделе было создано учебное отделение по подготовке криптоаналитиков для американской армии. Отдел MI-8 добился больших успехов в дешифровании дипломатической переписки многих развитых стран. В 1919 г. отдел был преобразован в "черный кабинет" с совместным финансированием от военного министерства и госдепартамента в объеме 100 тыс. долларов в год. Одной из главных задач "черного кабинета" было раскрытие японских кодов, некоторые из которых содержали до 25 тысяч кодовых величин. В период с 1917 по 1929 г. специалистам "черного кабинета" удалось дешифровать более 45 тысяч криптограмм различных стран, в том числе и Японии.

Ярдли, желая упрочить успехи, подготовил докладную записку Президенту США о мерах по укреплению своей службы. Однако ставший в то время Государственным секретарем Г. Стимсон был шокирован, узнав о существовании "черного кабинета", и полностью осудил его деятельность. Ему принадлежит знаменитая фраза: "Джентльмены не читают писем друг друга". Финансирование "черного кабинета" было прекращено, и Ярдли лишился работы. Он написал книгу "Американский черный кабинет", в которой рассказал о многих успехах по дешифрованию. Книга была издана большими тиражами в ряде стран и произвела эффект разорвавшейся бомбы. Позже он написал книгу "Японские дипломатические секреты", в которой приводились многие японские телеграммы. Рукопись этой книги была конфискована по решению суда. Последние годы жизни Ярдли не занимался криптографией. Он умер в 1958 г. и был похоронен с воинскими почестями на Арлингтонском национальном кладбище. В некрологе он был назван "отцом американской криптографии".

5. Современная криптография

В семидесятых годах произошло два события, серьезно повлиявших на дальнейшее развитие криптографии. Во-первых, был принят (и опубликован!) первый стандарт шифрования данных (DES), "легализовавший" принцип Керкгоффса в криптографии. Во-вторых, после работы американских математиков У. Диффи и М. Хеллмана родилась "новая криптография"-- криптография с открытым ключом. Оба этих события были рождены потребностями бурно развивающихся средств коммуникаций, в том числе локальных и глобальных компьютерных сетей, для защиты которых потребовались легко доступные и достаточно надежные криптографические средства. Криптография стала широко востребоваться не только в военной, дипломатической, государственной сферах, но также в коммерческой, банковской и других сферах.

Вслед за идеей Диффи и Хеллмана, связанной с гипотетическим понятием однонаправленной (или односторонней) функции с секретом, появились "кандидат" на такую функцию и реально осуществленная шифрсистема RSA с открытым ключом. Такая система была предложена в 1978 г. Райвестом, Шамиром и Адлеманом. Парадоксальным казалось то, что в RSA для зашифрования и расшифрования используются разные ключи, причем ключ зашифрования может быть открытым, то есть всем известным. Вслед за RSA появился целый ряд других систем. В связи с несимметричным использованием ключей стал использоваться термин асимметричная шифрсистема, в то время как традиционные шифрсистемы стали называться симметричными.

Наряду с идеей открытого шифрования Диффи и Хеллман предложили идею открытого распределения ключей, позволяющую избавиться от защищенного канала связи при рассылке криптографических ключей. Их идея основывалась на сложности решения задачи дискретного логарифмировании, то есть задачи, являющейся обратной для задачи возведения в степень в конечном поле большого порядка.

Заключение

Появление в середине двадцатого столетия первых электронно-вычислительных машин кардинально изменило ситуацию в области шифрования (криптографии). С проникновением компьютеров в различные сферы жизни возникла принципиально новая отрасль - информационная индустрия.

Проблема обеспечения необходимого уровня защиты информации оказалась (и это предметно подтверждено как теоретическими исследованиями, так и опытом практического решения) весьма сложной, требующей для своего решения не просто осуществления некоторой совокупности научных, научно-технических и организационных мероприятий и применения специфических средств и методов, а создания целостной системы организационных мероприятий и применения специфических средств и методов по защите информации.

Объем циркулирующей в обществе информации стабильно возрастает. Популярность всемирной сети Интренет в последние годы способствует удваиванию информации каждый год. Фактически, на пороге нового тысячелетия человечество создало информационную цивилизацию, в которой от успешной работы средств обработки информации зависит благополучие и даже выживание человечества в его нынешнем качестве. Произошедшие за этот период изменения можно охарактеризовать следующим образом: объемы обрабатываемой информации возросли за полвека на несколько порядков; доступ к определенным данным позволяет контролировать значительные материальные и финансовые ценности; информация приобрела стоимость, которую даже можно подсчитать; характер обрабатываемых данных стал чрезвычайно многообразным и более не сводится к исключительно текстовым данным; информация полностью "обезличилась", т.е. особенности ее материального представления потеряли свое значение - сравните письмо прошлого века и современное послание по электронной почте; характер информационных взаимодействий чрезвычайно усложнился, и наряду с классической задачей защиты передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного прочтения и искажения возникли новые задачи сферы защиты информации, ранее стоявшие и решавшиеся в рамках используемых "бумажных" технологий - например, подпись под электронным документом и вручение электронного документа "под расписку"; субъектами информационных процессов теперь являются не только люди, но и созданные ими автоматические системы, действующие по заложенной в них программе; вычислительные "способности" современных компьютеров подняли на совершенно новый уровень как возможности по реализации шифров, ранее немыслимых из-за своей высокой сложности, так и возможности аналитиков по их взлому.

Список литературы

1. А.П. Алферов, А.Ю. Зубов, А.С. Кузьмин, А.В. Черемушкин Основы Криптографии. -- М.: Гелиос, 2005., с.5 - 53.

2. Баричев С.Г., Гончаров В.В., Серов Р.Е. Основы современной криптографии. -- М.: Горячая линия -- Телеком, 2002., с. 4 - 8.

3. Жельников В., Криптография от папируса до компьютера. -- М.: ABF, 1996. http://www.fidel-kastro.ru/crypto/zhelnik.htm

4. http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2005/feht/chernenkaya/ind/history.html

5. http://persona.rin.ru/view/fall//31397/polibij-polybios

6. http://www.tonnel.ru/?l=kniga&273

7. http://www.c-cafe.ru/days/bio/5/085.php

8. http://persona.rin.ru/view/f/0/35276/shennon-klod-elvud

9. http://www.enlight.ru/crypto/articles/shannon/__shann.htm

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

История, предпосылки развития, необходимость применения криптографии в жизни общества. Описание протоколов, цифровых подписей, алгоритмов, ключей. Криптоанализ, формальный анализ протоколов проверки подлинности и обмена ключами. Практическая криптография.

дипломная работа , добавлен 23.12.2011


Криптография - наука о методах обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации. Этапы развития криптографии. Криптографический протокол и требования к его безопасности. Криптографические генераторы случайных чисел. Основные методы криптоанализа.

реферат , добавлен 01.05.2012


История развития криптографии, ее основные понятия. Простейший прием дешифровки сообщения. Основные методы и способы шифрования, современный криптографический анализ. Перспективы развития криптографии. Создание легкого для запоминания и надежного пароля.

курсовая работа , добавлен 18.12.2011


Принципы криптографии, история ее развития. Шифры с секретным и с открытым ключом. Криптография как оружие, угрозы данным, их раскрытие. Ужесточчение мер в отношении использования криптоалгоритмов. Раскрытие криптосистемы и стойкость системы к раскрытию.

доклад , добавлен 09.11.2009


Изучение основных методов и алгоритмов криптографии с открытым ключом и их практического использования. Анализ и практическое применение алгоритмов криптографии с открытым ключом: шифрование данных, конфиденциальность, генерация и управление ключами.

дипломная работа , добавлен 20.06.2011


Определения криптографии как практической дисциплины, изучающей и разрабатывающей способы шифрования сообщений. История развития шифров. Хэш-функции и понятие электронной подписи. Системы идентификации, аутентификации и сертификации открытых ключей.

реферат , добавлен 10.12.2011


Криптография - наука о методах обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации. Реализация криптографии на примере трех программных продуктов: PGP, Tor, I2P. Понятие криптографических примитивов и протоколов, симметричных и асимметричных шифров.

учебное пособие , добавлен 17.06.2011


Появление шифров, история эволюции криптографии. Способ приложения знаний особенностей естественного текста для нужд шифрования. Критерии определения естественности. Способ построения алгоритмов симметричного шифрования. Криптосистема с открытым ключом.

реферат , добавлен 31.05.2013


Краткая история развития криптографических методов защиты информации. Сущность шифрования и криптографии с симметричными ключами. Описание аналитических и аддитивных методов шифрования. Методы криптографии с открытыми ключами и цифровые сертификаты.

курсовая работа , добавлен 28.12.2014


Зарождение и развитие криптографии. Симметричное шифрование и его особенности. Нейронная сеть и области ее использования, основные составляющие. Математическая модель нейронной сети на базе базисно-радиальных функций. Алгоритм симметричного шифрования.

Архаичные шифраторы канули в Лету, чего нельзя сказать об алгоритмах шифрования. Операции сдвига, замены и перестановки до сих пор применяются в современных алгоритмах, однако с существенной поправкой в стойкости. За многие столетия, прошедшие со времен первого применения этих шифров, криптографы научились оценивать количество информации, энтропию и стойкость, однако так было не всегда. Рассмотрим подробнее, как работают самые популярные шифры в истории криптографии и в чем их недостатки.

В современном обществе, где почти каждый человек имеет электронный девайс (а то и не один), где каждую минуту совершаются операции с электронной валютой, пересылаются конфиденциальные email, подписываются электронные документы, криптография нужна как воздух. Нужна пользователям, чтобы защитить свою приватность. Нужна программистам, чтобы обеспечить безопасность проектируемых систем. Нужна хакерам, чтобы при аудите понимать уязвимые места в системах. Нужна админам, чтобы представлять, чем и как лучше защищать корпоративные данные. Мы не могли обойти стороной такую важную тему и начинаем цикл статей, посвященный введению в криптoграфию. Для новичков - самый простой путь познакомиться с криптой, для профи - хороший повод систематизировать свои знания. Шесть уроков, от самого простого к сложному. Вперед!

Термины

Для начала давай определимся с терминологией:

• Криптография - это наука о том, как обеспечить секретность сообщения.
• Криптоанализ - это наука о том, как вскрыть зашифрованное сообщение, не зная ключа.
• Дешифровка - это процeсс получения открытого текста средствами криптоанализа.
• Расшифрование - это процесс получения открытого текста с использованием ключа и алгоритма расшифрования, предусмотренного для данного шифра.

В мире криптографии путаться в этих словах - ужасный моветон.

Зачем мне знания о криптографии?

Предположим, криптография очень нужна, но пусть ей займутся дядьки с усами математики. Зачем же мне знания по криптографии?

Если ты обычный пользователь - то как минимум, чтобы обеспечить свою приватность. Сегодня крупным государствам и влиятельным организациям становятся доступны средства тотального надзора за миллионами людей. Поэтому криптография оказывается важнейшим инструментом, обеспечивающим конфиденциальность, доверие, целостность, авторизацию сообщений и электронных платежей. Повсеместное распространение криптографии останется одним из немногих способов защитить пользователя от угроз, нависающих над его конфиденциальной информацией. Зная, как работает тот или иной протокол или шифр, чем он хорош и где его слабые места, ты сможешь оcознанно выбирать инструменты для работы или просто общения в Сети.

Если ты программист или специалист по ИБ, то здесь вообще от криптографии никуда не скрыться. Любой крупный проект требует обеспечения безопасности информации. Неважно, что ты разрабатываешь: контентный сервис, почтовик, мессенджер, соцсеть или просто интернет-магазин, - везде есть критичные данные, которые надо защищать от перехвата или угона БД. Каждая операция должна быть защищена криптографическими протоколами. В этом случае криптография - подходящий инструмент. Если ты еще с ней не столкнулся, будь уверен - это на 100% лишь вопрос времени.

Короче говоря, криптография используется гораздо чаще, чем можно себе представить. Поэтому пора снять завесу тайны с этой науки, познакомиться с наиболее интересными аспектами и использовать ее возможности себе на пользу.

Зачем изучать старые шифры?

В интернете криптографические протоколы используются практически при каждом запросе. Но как же дело обстояло, когда интернета не было и в помине? Не стоит думать, что в те далекие лохматые времена не было криптографии. Первые способы шифрования появились около четырех тысяч лет назад. Конечно, это были самые примитивные и нестойкие шифры, однако и население тогда было малограмотное, так что такие способы могли защитить информацию от любопытных глаз.

Люди всегда нуждались в секретной переписке, поэтому шифрование не стояло на месте. С раскрытием одних шифров придумывали другие, более стойкие. На смену бумажным шифрам пришли шифровальные машины, которым не было равных среди людей. Даже опытному математику не удавалось взломать шифр, рассчитанный на роторной машине. С появлением первых компьютеров требования к защите информации возросли многократно.

Зачем же нам знакомиться с такими древними и нестойкими шифрами, если можно сразу прочитать про DES и RSA - и вуаля, почти специалист? Изучение первых шифров поможет лучше понять, зачем нужна та или иная операция в современном алгоритме шифрования. Например, шифр перестановки, один из первых примитивных алгоритмов, не был забыт, и перестановка - одна из часто встречающихся операций в современном шифровании. Таким образом, чтобы лучше осознать, откуда на самом деле растут ноги у современных алгоритмов, нужно оглянуться на несколько тысяч лет назад.

Исторические шифры и первые шифраторы

Согласно источникам, первые способы шифрования текста появились вместе с зарождением письменности. Способы тайного письма применялись древними цивилизациями Индии, Месопотамии и Египта. В письменах Древней Индии упоминаются способы изменения текста, которые использовали не только правители, но и ремесленники, желающие скрыть секрет мастерства. Истоком криптографии считается использование специальных иероглифов в древнеегипетской письменности около четырех тысячелетий назад.

Первым шифром, зародившимся в древних цивилизациях и актуальным, в некотором роде, и по сей день, можно считать шифр замены. Чуть позже был придуман шифр сдвига, который применялся Юлием Цезарем, почему и был назван в его честь.

Помимо шифров, нельзя не упомянуть о приборах для шифрования, которые разрабатывали древние математики. Например, скитала - первый шифратор, разработанный в Спарте. Представлял собой палку, на которую по всей длине наматывалась лента пергамента. Текст наносился вдоль оси палки, после чего пергамент снимался, и получалось шифрованное сообщение. Ключом служил диаметр палки. Однако такой способ шифрования был абсолютно нестойким - автором взлома стал Аристотель. Он наматывал ленту пергамента на конусообразную палку до тех пор, пока не появлялись отрывки читаемого текста.

Также ярким примером из мира древних шифраторов может стать диск Энея - диск с отверстиями по количеству букв в алфавите. Нитка протягивалась последовательно в те отверстия, которые соответствовали буквам сообщения. Получатель вытаскивал нитку, записывал последовательность букв и читал секретное послание. Однако этот шифратор обладал существенным недостатком - достать нитку и разгадать послание мог кто угодно.

Шифр сдвига

Это один из самых первых типов шифра. Процесс шифрования очень прост. Он заключается в замене каждой буквы исходного сообщения на другую, отстоящую от исходной на заданное количество позиций в алфавите. Это количество позиций называется ключом. При ключе, равном трем, этот метод называется шифром Цезаря. Император использовал его для секретной переписки. Для того чтобы зашифровать сообщение, нужно построить таблицу подстановок:

Как видишь, во втором ряду символы алфавита сдвинуты на три позиции «назад». Чтобы зашифровать сообщение, для каждого символа исходного текста нужно взять соответствующий ему символ из таблицы подстановки.

Пример шифра

Исходный текст: Hi, Brut! How are you?
Шифрованный текст: Kl, Euxw! Krz duh brx?

Расшифрование

На этапе расшифрования мы имеем шифрованный текст и ключ, равный трем. Чтобы получить исходный текст, ищем для каждого символа сдвиг на три позиции к началу алфавита. Так, для первого символа K сдвиг три будет означать символ H. Далее посимвольно расшифровываем текст, пока не получаем исходную фразу Hi, Brut! How are you? .

Криптоанализ

Легче всего такой шифр взломать простым перебором всех возможных значений ключа - их всего 25. Здесь все просто, и останавливаться смысла нет.

Другой вариант - использовать частотный анализ текста. Для каждого языка есть статистическая информация о частоте употребления каждой буквы алфавита и наиболее часто встречающихся сочетаний букв. Для английского, например, среднестатистические частоты употребления букв таковы:

Что касается двухбуквенных сочетаний (биграмм), то можно заметить следующую тенденцию:

Идея в том, что в зашифрованном тексте самой часто встречаемой буквой будет не эталонная e, а что-то другое. Соответственно, нам нужно найти самую часто встречаемую букву в нашем шифре. Это и будет зашифрованная е. А дальше нужно подсчитать ее сдвиг от е в таблице подстановок. Полученное значение и есть наш ключ!

Шифр замены

Основной недостаток шифра сдвига заключается в том, что есть всего 25 возможных значений ключа. Даже Цезарь начал подозревать, что его шифр не самая лучшая идея. Поэтому на смену ему пришел шифр замены. Для того чтобы воспользоваться этим алгоритмом, создается таблица с исходным алфавитом и, непосредственно под ним, тот же алфавит, но с переставленными буквами (или любой другой набор знаков):

Пример шифра

Действуем аналогично предыдущему шифру. Для каждого символа исходного текста берем соответствующий ему из таблицы подстановки:

Исходный текст: Hi, Brut! How are you?
Шифрованный текст: Vl, Enfh!Vrz bnw drf?

Расшифрование

При расшифровании заменяем каждый символ шифротекста соответствующим символом из известной нам таблицы подстановки: v => h, l => i и так далее. После чего получаем исходную строку Hi, Brut! How are you? .

Криптоанализ

Криптоанализ этого шифра также выполняется методом частотного анализа текста. Рассмотрим пример:

Частотный анализ букв этого шифра показывает следующее (читай построчно, буквы сортированы по частоте использования):

Вероятно, что W => e, так как это самая часто встречающаяся буква в шифре (смотри таблицу среднестатистических частот использования букв для английского языка в предыдущем шифре).

Дальше пробуем найти наиболее короткое слово, куда входит уже известная нам буква W => e. Видим, что сочетание HVW чаще всего встречается в шифре. Нетрудно догадаться, что, скорее всего, это триграмма the, то есть в тексте мы уже определили три символа. Если посмотреть на промежуточный результат, сомнений не остается:

Отлично, уже известны три буквы. Снова ищем наиболее короткие слова с новыми известными нам подстановками. Сочетание it является частоупотребляемым, и, поскольку буква t уже дешифрована (HVW => the), очевидно, что в нашем тексте L => i (LH => it). После этого обращаемся к поиску биграмм is и to, устанавливаем, что K => s, R => o. Затем обращаем внимание на триграммы ~ing и and. Анализ текста показывает, что BJG, скорее всего, шифротекст от and. После замены всех наиболее часто встречающихся символов получаем текст:

Как видишь, в этом криптоанализе нашим главным инструментом был статистический анализ частот. Идем дальше!

Шифр Рихарда Зорге

Нельзя рассказывать о шифрах и ни слова не сказать о шпионах. В недалеком прошлом, когда компьютеров еще не было, информацию стремились скрыть в основном разведчики. Наука о шифровании не могла стоять на месте, ведь служба Родине была самым важным и нужным ее предназначением. Кстати, именно советские шифры, разработанные отечественными специалистами, на многие десятилетия вперед определили вектор развития криптографии.

Давай разберем довольно известный шифр Рихарда Зорге - советского разведчика, который был направлен в Японию. Этот шифр продуман до мелочей. Шифрование ведется на английском языке. Первоначально нужно составить следующую таблицу:

Сначала записываем в нее слово SUBWAY, выбранное нами. Затем пишем все остальные буквы алфавита по порядку. Слеш означает новое слово (разделитель), а точка обозначает себя. Далее наиболее часто встречающиеся буквы английского алфавита (A , S , I , N , T , O , E , R) нумеруются в порядке появления в таблице:

Саму таблицу мы строим по горизонтали, записывая буквы рядами, а нумеруем по вертикали, столбцами. Так улучшаются перемешивающие свойства.

Далее таблица преобразуется к следующему виду: сначала в строку по столбцам записываются наиболее часто встречаемые буквы в порядке нумерации (S, I, E, …). А затем записываются и все остальные буквы, также по столбцам в строки (С, X, U, D, J, …). Такая таблица обеспечит хорошие перемешивающие свойства и в то же время не «испортит» частотный анализ шифротекста:

Таблица готова. Теперь можно зашифровать сообщение.

Пример шифра

Возьмем исходный текст:

Расставим слеши для разделения слов:

Разобьем текст на блоки по четыре символа (просто для удобства представления):

Теперь текст нужно зашифровать по нашей таблице. Алгоритм такой:

1. Для каждого исходного символа ищем соответствующую ему цифру в первом столбце (для M это будет 9).
2. Для каждого исходного символа ищем соответствующую ему цифру в первом ряду (для M это будет 6).
3. Записываем полученные символы один за другим (96). Если вместо символа в первом ряду/столбце стоит прочерк, не пишем ничего:96 4 …
   M R …
4. Переходим к следующему символу. И так далее.

В итоге у нас получится такой шифротекст:

После этого шифротекст заново переразбивается на блоки одинаковой длины по пять символов. Оставшиеся символы, которые придутся на последнюю незавершенную группу из пяти символов, можно просто отбросить. Если у нас останется больше двух символов, то их нужно добить нулями до полной группы из пяти. Если один или два - можно отбросить, они не несут особо много информации, и до них легко догадаются в штабе. В нашем случае лишних символов не осталось.

После перегруппировки у нас получится вот такой шифротекст:

Далее нужно наложить на полученный шифротекст некую гамму. Если упрощенно, то гамма - это последовательность чисел, которая выбирается для сложения с исходным шифротекстом. Например, если у нас есть гамма 1234 5678 9876 , а исходный шифротекст выглядел как 12222 14444 1555 , то конечный шифротекст после наложения гаммы выглядит как их сумма - 1234+12222, 14444+5678, 9876+1555 .

Откуда брать гамму и как незаметно передать ее в штаб? Зорге выбирал гамму из «Немецкого статистического ежегодника». Такое издание не должно было вызвать удивление у японцев, так как Зорге приехал в страну под видом немецкого журналиста. Зорге указывал страницу и столбец, откуда начиналась последовательность, которая была наложена на шифротекст в этом послании. Например, 201-я страница и 43-й столбец. Эти данные он записывал добавочным числом 20143 перед шифротекстом, который, в свою очередь, уже шифровался гаммой.

Конечно, сегодня стоит выбирать более известный источник для гаммы. Подойдут любые распространенные табличные данные, не вызывающие подозрения. Но для знакомства с шифром давай все же использовать аутентичный исходник:).

Предположим, мы выбрали 199-ю страницу и четвертую строку, четвертый столбец. Отсюда и начинается нужная гамма:

В этом случае, чтобы наложить гамму, нужно сделать:

В итоге полученный шифротекст будет:

Расшифрование

В Москве этот текст расшифровывали с помощью аналогичной таблицы. Первым делом анализировалось первое пятизначное число, и в справочнике находилась указанная последовательность гаммы:

Криптоанализ

Шифр Зорге так и не был взломан вражескими криптоаналитиками. Множество раз японские спецслужбы перехватывали шифротекст, но он так и останется в виде колонок пятизначных чисел, которые подшивались в дела непойманных шпионов.

Шифр Вернама

Во время Первой мировой войны криптологами активно использовался одноразовый шифр-блокнот, или шифр Вернама. Доказано, что он теоретически абсолютно стойкий, однако ключ key должен быть той же длины, что и передаваемое сообщение. Абсолютная стойкость - это свойство, при котором зашифрованное сообщение не поддается криптоанализу, так как не дает злоумышленнику никакой информации об открытом тексте.

Cуть шифра Вернама крайне проста. Для этого нужно вспомнить операцию «исключающее или» или сложение по модулю 2. Итак, для сообщения plaintext шифротекст будет равен:

G 11011

Во времена Первой мировой войны двоичные коды для символов задавались в Международном телеграфном алфавите № 2 (International Telegraph Alphabet No. 2, ITA2).

На самом деле, несмотря на свою криптостойкость, этот шифр имеет больше минусов, нежели плюсов:

• в качестве ключа должна быть абсолютно случайная последовательность - вероятно, придется стоять и подбрасывать кубик, чтобы сгенерировать такую;
• для передачи необходим защищенный канал - сомнительно, что он всегда имелся под рукой во времена Первой мировой войны;
• если третья сторона сможет каким-то образом узнать послание, она легко и восстановит ключи, и подменит сообщение;
• требуется надежное уничтожение страницы блокнота - сжечь ее и съесть пепел, тогда враг точно не узнает, что было зашифровано.

Пример шифра

Исходный текст: HELLO
Ключ: AXHJB

Складываем побитово по модулю 2 и ищем, какой букве соответствует полученный код в телеграфном алфавите:

H⊕A = 10100⊕00011 = 10111 => Q
E⊕X = 00001⊕11101 = 11100 => M
L⊕H = 10010⊕10100 = 00110 => I
L⊕J = 10010⊕01011 = 11001 => B
O⊕B = 11000⊕11001 = 00001 => E

Шифрованный текст: QMIBE

Расшифрование

Расшифрование с помощью ключа выполняется аналогично шифровке:

ciphertext⊕key = plaintext

Криптоанализ

При правильном использовании ключа злоумышленник может только угадать символы. Даже при условии, что у него будет неограниченное количество шифротекстов, но все они будут зашифрованы на различных ключах из разных символов, он будет иметь бесконечное множество вариантов исходного текста. При этом догадываться о значении исходного текста можно лишь по количеству символов.

Криптоанализ шифра Вернама легко возможен в том случае, если при шифровании мы выбрали ключ с повторяющимися символами. Если злоумышленнику удалось заполучить несколько текстов с перекрывающимися ключами, он сможет восстановить исходный текст.

Рассмотрим атаку, которая осуществима, если мы дважды при шифровании используем один и тот же ключ. Она называется атака вставки.

Предположим, нам удалось перехватить зашифрованное сообщение QMIVE. Мы пытаемся взломать шифр и убедили отправителя зашифровать свое сообщение еще раз, но при этом поставить первым символом 1 (конечно, отправитель должен быть безмерным простофилей, чтобы выполнить такое условие, но, предположим, мы умеем убеждать).

Тогда мы получаем шифротекст VDYBJY.

Нам известно, что первый символ 1. Я вычисляю первый символ секретного ключа key:

H⊕D = 10100⊕01001 = 11101 => X

Применяем его к первому тексту и получаем:

M⊕X = 11100⊕11101 = 00001 => E

• складываем символ открытого текста с символом шифротекста => узнаем символ ключа;
• складываем символ ключа с соответствующим символом шифротекста => получаем символ открытого текста

Такая последовательность операций повторяется, пока не станут известны все символы открытого текста.

Шифровальные машины

Cо временем шифрование вручную стало казаться долгим и малополезным. Криптографы постоянно шифровали, а криптоаналитики в это время отчаянно пытались взломать шифр. Нужно было ускорять и автоматизировать процесс и усложнять алгоритм. Наиболее подходящим для модификации оказался шифр замены. Если текст, зашифрованный этим способом вручную, можно было без особого труда восстановить, то машина могла проделать эту операцию несколько раз, и восстановить текст становилось очень трудно.

Итак, основным механизмом работы шифратора был диск с нанесенными с двух сторон контактами, соответствующими алфавитам открытого и шифрованного текста. Контакты соединялись между собой по некоторому правилу, называемому коммутацией диска. Эта коммутация определяла замену букв при начальном положении диска. При изменении положения диска коммутация менялась и алфавит для шифрования сдвигался.

Пример работы

Пусть начальное положение диска задает подстановку:

После того как первая буква исходного текста заменена, ротор поворачивается и подстановка сдвигается на один символ:

Вторая буква будет зашифрована согласно новому алфавиту. А после ее замены ротор сдвигается вновь, и так далее по количеству символов в исходном шифруемом сообщении.

Энигма

Первой роторной машиной шифрования была «Энигма», состоявшая на вооружении Германии во время Второй мировой войны. Она имела три ротора, связанных между собой. При повороте первого ротора соединенное с ним кольцо попадает в паз второго диска и толкает его. Аналогично итерации третьего ротора контролируются вторым ротором. В итоге при каждом нажатии на клавишу машины одна и та же буква кодируется совершенно разными значениями.

При шифровании необходимо было учитывать начальное положение роторов, их порядок и положения колец. Для двойной замены букв используется штекерная панель. Рефлектор осуществляет завершающую подстановку для контроля соответствия между операциями зашифрования и расшифрования. Взгляни на конструкцию «Энигмы»:

На рисунке жирной линией выделено, как буква A вводится с клавиатуры, кодируется штекером, проходит через три ротора, заменяется на рефлекторе и выходит зашифрованной буквой D.

«Энигма» долгое время считалась неуязвимой. Немцы ежедневно меняли положение штекеров, диски и их компоновку и положение. Во время военных действий они ежедневно кодировали короткую последовательность букв, которая шифровалась дважды и передавалась в самом начале сообщения. Адресат дешифровал ключ и устанавливал настройки машины согласно этому ключу. Именно это многократное использование одного и того же ключа позволило аналитикам из Блетчли-Парка (главного шифровального подразделения Великобритании) взломать немецкий шифр.

На самом деле механизм «Энигмы» не является стойким, так как штекеры и рефлектор выполняют взаимоисключающие операции. Пользуясь частотным анализом для достаточно большого шифротекста, можно подобрать положение роторов брутфорсом. Именно из-за этих уязвимостей «Энигма» остается лишь экспонатом в музее Блетчли-Парка.

Сигаба

Спустя десять лет американскими военными была разработана роторная шифровальная машина «Сигаба», которая значительно превзошла по характеристикам свою прародительницу. «Сигаба» имеет три блока по пять роторов и печатающий механизм. Шифрование на этой машине использовалось американскими военными и военно-морским флотом вплоть до 1950-х годов, пока ее не сменила более новая модификация KL-7. Как известно, эта роторная машина так и не была взломана.

Purple

Говоря о знаменитых криптографических механизмах, нельзя не упомянуть о японской шифровальной машине Purplе, как ее назвали американцы. Шифрование в Purple также основывалось на движении четырех роторов, а секретный ключ задавался один раз в день. Текст вводился с клавиатуры, при помощи роторов заменялся на шифрованный и выводился напечатанным на бумаге. При расшифровании процесс последовательного прохождения через роторы повторялся в обратном порядке. Такая система является совершенно стойкой. Однако на практике ошибки при выборе ключей привели к тому, что Purple повторила судьбу немецкой «Энигмы». Она была взломана американским отделом криптоаналитиков.

Выводы

Опыт истории криптографии показывает нам значимость выбора секретного ключа и частоты смены ключа. Ошибки в этом тяжелом процессе превращают любую систему шифрования в менее стойкую, чем она могла бы быть. В следующий раз поговорим про распределение ключей.

ссылки:

Это первый урок из цикла «Погружение в крипту». Все уроки цикла в хронологическом порядке:

• Уроки криптографии. Основные шифры. часть 1. Основы, исторические шифраторы, как работают (и анализируются) шифры сдвига, замены, Рихарда Зорге, шифр Вернама и шифровальные машины (ты здесь)
• . часть 2. Что это такое, как выполняется распределение ключей и как выбрать криптостойкий ключ
• Что тaкое сеть Фейстеля, какими бывают отечественные блочные шифры, используемые в современных протоколах, - ГОСТ 28147-89, «Кузнечик»
• Урок 4. Современные зарубежные шифры . Что такое, как работают и в чем разница между 3DES, AES, Blowfish, IDEA, Threefish от Брюса Шнайдера
• Урок 5. Электронная подпись . Виды ЭП, как они работают и как их использовать
• Урок 6. Квантовая криптография . Что это такое, где используется и как помогает в распределении секретных ключей, генерации случайных чисел и электронной подписи

[Всего голосов: 5 Средний: 3.8/5]

Last updated by at Июнь 28, 2016 .

История возникновения криптографии Почти четыре тысячи лет назад в городе Менет-Хуфу на берегу Нила некий египетский писец нарисовал иероглифы, которые рассказывали историю жизни его господина. Сделав это, он стал родоначальником документально зафиксированной истории криптографии. Дэвид Кан (David Kahn), эксперт по кодам и шифрам, консультант Конгресса США по вопросам криптографии.Почти четыре тысячи лет назад в городе Менет-Хуфу на берегу Нила некий египетский писец нарисовал иероглифы, рассказавшие историю жизни его господина.

Сделав это, он стал родоначальником документально зафиксированной истории криптографии. Эта система не была тайнописью в том смысле, как ее понимают в современном мире. Для засекречивания своей надписи египетский писец не использовал никакого полноценного шифра.Дошедшая до наших дней надпись, вырезанная примерно в 1900 году до н. э. на гробнице знатного человека по имени Хнумхотеп, лишь в отдельных местах состоит из необычных иероглифических символов вместо более привычных иероглифов.

Большинство из них встречается в последних двадцати столбцах, где перечисляются монументы, построенные Хнумхотепом во славу фараона Аменемхета II. Безымянный писец старался не затруднить чтение текста, а лишь придать ему большую важность, подобно тому, как в каком-нибудь заявлении по важному поводу пишут, например, «в год одна тысяча восемьсот шестьдесят третий от Рождества Христова», вместо того чтобы просто и без затей написать: «в 1863 году». Вместе с тем, хотя писец применил не тайнопись, он, бесспорно, воспользовался одним из существенных элементов шифрования - умышленным преобразованием письменных символов.

Это самый древний известный нам текст, который претерпел такие изменения. По мере расцвета древнеегипетской цивилизации и совершенствования письменности росло количество усыпальниц почитаемых умерших, и все более изощренными становились преобразования текстов на стенах гробниц.Со временем писцы стали заменять обычную иероглифическую форму буквы, например, рот, изображенный анфас, иной формой, например, ртом, изображенным в профиль.

Они вводили в употребление новые иероглифы, первый звук произношения которых выражал желательную букву, как, например, изображение свиньи. Иногда произношение двух иероглифов различалось, но их изображение напоминало друг друга.Время от времени писцы использовали иероглиф по принципу ребуса, подобно тому, как, например, в английском языке изображение пчелы может означать букву «В». Эти преобразования были изначально свойственны обычному египетскому письму: именно с их помощью иероглифы приобрели свои звуковые значения.

В дальнейшем они лишь усложнялись и делались все более искусственными.Такие изменения обнаружены во многих местах - в надгробных надписях, восхвалявших умерших, в гимне в честь Тота и на саркофагах фараона Сети I. В них нет попыток скрыть истинный смысл текста. Большинство надписей дублируются в обычной форме рядом с измененной.

Для чего же тогда это делать? Часто с той же определенной целью, что и в гробнице Хнумхотепа, - произвести впечатление на читателя. Иногда для того, чтобы блеснуть каллиграфией или ради красоты. Реже - чтобы отразить соответствующее тому времени произношение. Но постепенно многие надписи начинали преследовать другую, самую важную для криптографии цель - секретность.В некоторых случаях секретность была нужна для усиления тайны и, следовательно, колдовской силы поминальных текстов.

Гораздо чаще секретность проистекала из понятного желания древних египтян заставить прохожего прочитать их эпитафии и тем самым выразить умершим благословения, которые содержались в надгробных надписях. В Древнем Египте, с характерной для него непоколебимой верой в загробную жизнь, количество надгробных надписей быстро достигло такой степени, когда интерес к ним прохожих резко упал. Чтобы возродить былой интерес к надписям, писцы нарочно делали их несколько туманными.Они ввели криптографические знаки, дабы привлечь внимание читателя, заставить его задуматься и вызвать у него желание разгадать их смысл.

Но эти приемы совершенно не удались. Вместо того чтобы заинтересовать читателя, они губили даже малейшее желание прочитать набившие всем оскомину эпитафии. А посему вскоре после появления «надгробной» криптографии от нее отказались. Итак, добавление элемента секретности в преобразование иероглифов породило криптографию.Правда, это напоминало скорее игру, поскольку преследовалась цель задержать разгадку только на самое короткое время.

Поэтому криптоанализ также заключался всего лишь в раскрытии головоломки. Таким образом, древнеегипетский криптоанализ был квазинаукой, в отличие от криптоанализа современного, ставшего чрезвычайно серьезной областью научных знаний. Однако всем великим делам свойственны скромные начинания.Иероглифы Древнего Египта действительно включали, хотя и в несовершенной форме, два важных элемента - секретность и преобразование письма, которые составляют основные атрибуты криптографии.

Так родилась криптология. В течение 3000 лет ее развитие не было поступательным. В одних местах криптология появлялась самостоятельно и потом исчезала вместе с породившими ее цивилизациями. В других она выжила, проникнув в памятники литературы. Опираясь на ее литературную основу, последующие поколения уже могли карабкаться к новым высотам криптологии. Но продвижение к ним было достаточно медленным и прерывистым.Больше было потеряно, чем сохранено.

Значительная часть древней истории криптологии представляет собой плохо подобранный разношерстный букет, составленный из расцветающих, распустившихся и увядающих цветов одновременно. Накопленные знания получили простор только в начале эпохи европейского Возрождения. В Индии, стране с древней высокоразвитой цивилизацией, люди с незапамятных времен пользовались несколькими разновидностями тайнописи.В классическом древнеиндийском трактате об искусстве управлять государством, написанном между 321 и 300 годом до н. э рекомендуется, чтобы глава шпионской спецслужбы давал своим агентам задания с помощью тайнописи.

Там же дипломатам дается совет прибегать к криптоанализу для получения разведывательных данных: «При невозможности беседовать с людьми пусть посол осведомится о происходящем у врага из речей нищих, пьяных, сумасшедших, спящих или из условных знаков, надписей, рисунков в храмах и местах паломничества». И хотя автор трактата не дает никакого намека, как именно нужно читать тайнопись, тот факт, что он знает о возможности ее дешифрования, свидетельствует о некоторой искушенности в области криптоанализа.

Более того, впервые в истории человечества здесь упоминается о криптоанализе в политических целях. Не избежала соприкосновения с шифрами (или, если говорить точнее, с предшественниками шифров, так как в ней отсутствует элемент секретности) и Библия.Как и в случае с иероглифами на гробнице Хнумхотепа, преобразования письма выполнены в Библии без какого-либо явного желания скрыть содержание текста. Главной причиной, очевидно, являлось стремление переписчика обессмертить себя путем изменения текста, который позднее будет снова тщательно переписан и позволит пронести частицу его личности через века. Самая знаменитая «криптограмма» в Библии связана с историей о том, как в разгар пира у вавилонского царя Валтасара человеческая рука стала писать на стене зловещие слова: «мене, текел, фарес». Однако тайна заключается не в том, что означают эти слова. Непонятно, почему мудрецы царя не смогли разгадать их смысл.

Сами слова «мене», «текел» и «фарес» взяты из арамейского языка, родственного древнееврейскому, и означают «исчислил», «взвешен» и «разделено». Когда Валтасар вызвал к себе пророка Даниила, последний без труда прочитал надпись и дал толкование этих трех слов: «мене - исчислил Бог царство твое и положил конец ему; текел - ты взвешен и найден очень легким; фарес - разделено царство твое и отдано мидянам и персам». Надпись «мене, текел, фарес» может также означать названия денежных единиц - мина, текел (1/60 мины) и фарес (1/2 мины). Их перечисление именно в такой последовательности символизирует крушение Вавилонской империи.

Учитывая возможность всех этих интерпретаций, кажется странным, что вавилонские мудрецы не сумели прочитать зловещую надпись на стене. Возможно, они боялись сообщить Валтасару плохую новость или, может быть, Господь открыл глаза только Даниилу.

Как бы там ни было, одному Даниилу удалось разгадать эту загадку, и в результате он стал первым известным криптоаналитиком.

А поскольку это библейское сказание, то и награда за успешный криптоанализ, согласно Библии, намного превзошла какие-либо более поздние вознаграждения за аналогичные успехи в дешифровании: «Тогда облекли Даниила в багряницу, и возложили золотую цепь на шею его, и провозгласили его третьим властелином в царстве». В Европе криптография находилась в состоянии застоя вплоть до наступления эпохи Возрождения.

Применявшиеся шифросистемы были предельно просты - фразы писались по вертикали или в обратном порядке, гласные заменялись точками, использовались иностранные алфавиты (например, древнееврейский и армянский), каждая буква открытого текста заменялась следовавшей за ней буквой. Кроме того, в течение всех этих лет криптология была поражена болезнью, которая сохранилась до более позднего времени, а именно: убежденностью многих людей в том, что криптография и криптоанализ являются разновидностями черной магии.

С первых дней своего существования криптография преследовала цель спрятать содержание важных разделов письменных документов, имевших отношение к таким сферам магии, как гадание и заклинание. В одной из рукописей о магии, датируемой III веком н. э используется шифр, чтобы скрыть важные части колдовских рецептов.Криптография часто была на службе магии во времена средневековья, и даже в эпоху Возрождения с помощью шифров алхимики засекречивали важные части формул получения «философского камня». Сходство между магией и криптографией обусловливалось и другими факторами.

Помимо криптографии, таинственные символы использовались в таких понятных лишь посвященным областях магических знаний, как астрология и алхимия, где, подобно знакам открытого текста, каждая планета и каждое химическое вещество имели специальный знак. Как и зашифрованные слова, заклинания и магические формулы, вроде «абракадабры», походили на чепуху, но в действительности были сильны скрытым значением.

Вдобавок многие люди, которые хвастались своей способностью разгадывать шифры, одновременно похвалялись и умением слышать человеческие голоса, будучи глубоко под землей, или даром телепатии.Естественно, что впоследствии эти две области стали обсуждаться вместе - поскольку, мол, они всегда развивались бок о бок. Мнение о том, что криптоанализ является по своей природе черной магией, происходит и от поверхностного сходства между криптоанализом и гаданием.

Извлечение смысла из шифротекста казалось точно таким же делом, что и получение знаний путем изучения расположения звезд и планет, длины линий и мест их пересечения на ладони, внутренностей овец, положения кофейного осадка в чашке. Видимость брала верх над реальностью. Простодушные усматривали магию даже в обычном процессе расшифрования.Другие, более искушенные, видели ее в криптоанализе, так как вскрытие чего-то глубоко спрятанного казалось им непостижимым и сверхъестественным.

Ни в одном из упомянутых выше случаев применения тайнописи нет подтверждения существованию криптоанализа как науки. Время от времени факты дешифрования текста имели место. Подтверждением тому служат истории с пророком Даниилом или с какими-нибудь египтянами, которые разгадали отдельные иероглифические надписи на могильных памятниках. Но научного криптоанализа не существовало ни в Египте с Индией, ни в Европе вплоть до 1400 года. Была только криптография.Первыми открыли и описали методы криптоанализа арабы.

Этот народ в те времена создал одну из самых развитых цивилизаций, которую когда-либо знала история. Арабская наука процветала. Медицина и математика у арабов стали самыми лучшими в мире. Распространились ремесла. Мощная созидательная энергия арабской культуры, которую ислам лишил живописи и скульптуры, дала плоды на ниве литературы. Получило широкое распространение составление словесных загадок, ребусов и каламбуров.Грамматика являлась главным учебным предметом и включала в себя тайнопись.

Интерес к криптографии у арабов проявился рано. В 855 году арабский ученый по имени Абу Бакр Ахмед бен-Али бен-Вахшия ан-Набати включил несколько классических шифроалфавитов в свою «Книгу о большом стремлении человека разгадать загадки древней письменности». Один такой шифроалфавит, называвшийся «дауди» (по имени израильского царя Давида), использовался для зашифрования трактатов по черной магии.Он был составлен из видоизмененных букв древнееврейского алфавита.

Другой - сохранился до более позднего времени: в 1775 г. он был использован в письме шпиона, направленном регенту Алжира. Познания арабов в области криптологии были подробно изложены в произведении Шехаба Калкашанди, которое представляет собой громадную 14-томную энциклопедию, написанную в 1412 году для того, чтобы дать систематический обзор всех важных областей знания.Раздел под общим заголовком «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений» содержал две части: одна касалась символических действий и намеков, а другая была посвящена симпатическим чернилам и криптологии.

Первый раз за всю историю шифров в энциклопедии приводился список как систем перестановки, так и систем замены. Более того, в пятом пункте списка впервые упоминался шифр, для которого была характерна более чем одна замена букв открытого текста. Однако каким бы замечательным и важным этот факт ни был, он затмевается первым в истории описанием криптоаналитического исследования шифротекста.Его истоки, очевидно, следует искать в интенсивном и скрупулезном изучении Корана многочисленными школами арабских грамматиков. Наряду с другими исследованиями они занимались подсчетом частоты встречаемости слов, пытаясь составить хронологию глав Корана, изучали фонетику слов, чтобы установить, являлись ли они подлинно арабскими или были заимствованы из других языков.

Большую роль в обнаружении лингвистических закономерностей, приведших к возникновению криптоанализа у арабов, сыграло также развитие лексикографии.

Ведь при составлении словарей авторам фактически приходилось учитывать частоту встречаемости букв, а также то, какие буквы могут стоять рядом, а какие никогда не встречаются по соседству. Калкашанди начинает изложение криптоаналитических методов с главного: криптоаналитик должен знать язык, на котором написана криптограмма.Поскольку арабский язык, «самый благородный и самый прекрасный из всех языков», является «одним из наиболее распространенных», далее дается пространное описание его лингвистических характеристик.

Кроме того, указываются перечни букв, которые никогда не стоят вместе в одном слове, и букв, редко появляющихся по соседству, а также буквенные комбинации, которые в словах встретить невозможно.Последним идет список букв в порядке «частоты их использования в арабском языке в свете результатов изучения священного Корана». Калкашанди даже отмечает, что «в произведениях, не связанных с Кораном, частота использования может быть иной». Далее он продолжает: «Если вы хотите прочесть сообщение, которое вы получили в зашифрованном виде, то прежде всего начните подсчет букв, а затем сосчитайте, сколько раз повторяется каждый знак, и подведите итог в каждом отдельном случае.

Если изобретатель шифра был очень внимателен и скрыл в сообщении все границы между словами, то первая задача, которая должна быть решена, заключается в нахождении знака, разделяющего слова.Это делается так: вы берете букву и работаете, исходя из предположения, что следующая буква является знаком, делящим слова.

И таким образом вы изучаете все сообщение с учетом различных комбинаций букв, из которых могут быть составлены слова Если получается, тогда все в порядке; если нет, то вы берете следующую по счету букву и т. д пока вы не сможете установить знак раздела между словами. Затем нужно найти, какие буквы чаще всего встречаются в сообщении, и сравнить их с образцом частоты встречаемости букв, о котором упоминалось прежде.Когда вы увидите, что одна буква попадается чаще других в данном сообщении, вы предполагаете, что это буква «алиф». Затем вы предполагаете, что следующая по частоте встречаемости будет буквой «лам». Точность вашего предположения должна подтверждаться тем фактом, что в большинстве контекстов буква «лам» следует за буквой «алиф» Затем первые слова, которые вы попытаетесь разгадать в сообщении, должны состоять из двух букв. Это делается путем оценки наиболее вероятных комбинаций букв до тех пор, пока вы не убедитесь в том, что вы стоите на правильном пути. Тогда вы глядите на их знаки и выписываете их эквиваленты всякий раз, когда они попадаются в сообщении.

Нужно применять точно такой же принцип по отношению к трехбуквенным словам этого сообщения, пока вы не убедитесь, что вы на что-то напали.

Вы выписываете эквиваленты из всего сообщения. Этот же принцип применяется по отношению к словам, состоящим из четырех и пяти букв, причем метод работы прежний.Всякий раз, когда возникает какое-либо сомнение, нужно высказать два-три предположения или еще больше и выписать каждое из них, пока оно не подтвердится на основании другого слова». Дав это четкое разъяснение, Калкашанди приводит пример вскрытия шифра.

Дешифруемая криптограмма состоит из двух стихотворных строк, зашифрованных с помощью условных символов.В заключение Калкашанди отмечает, что восемь букв не было использовано и что это как раз те самые буквы, которые стоят в конце перечня, составленного по частоте встречаемости. Он отмечает: «Однако это простая случайность: буква может быть поставлена не на то место, которое она должна занимать в вышеупомянутом перечне». Такое замечание свидетельствует о наличии большого опыта в области криптоанализа.

Чтобы расставить все точки над «i», Калкашанди приводит второй пример криптоанализа довольно длинной криптограммы.Этим примером он и заканчивает раздел о криптологии. История умалчивает о том, в какой степени арабы использовали свои блестящие криптоаналитические способности, продемонстрированные Калкашанди, для вскрытия военных и дипломатических криптограмм или какое воздействие это оказало на мусульманскую историю.

Однако совершенно ясно, что вскоре эти познания перестали применяться на практике и были забыты. Один эпизод, произошедший почти 300 лет спустя, ярко показывает произошедшую деградацию.В 1600 году марокканский султан Ахмед аль- Мансур направил к английской королеве Елизавете I посольство во главе с доверенным человеком - министром Абдель Вахид ибн Масуд ибн Мухаммед Ануном.

Посольство должно было заключить с Англией союз, направленный против Испании. Анун отправил на родину зашифрованную простой заменой депешу, которая вскоре после этого каким-то образом попала в руки одного араба. Араб тот был, возможно, умным человеком, но, к сожалению, он ничего не знал о великом арабском наследии в области криптоанализа.Свидетельством тому - памятная записка, в которой он написал: «Хвала Аллаху! Относительно письма министра Абдель Вахид ибн Масуд ибн Мухаммед Ануна. Я нашел письмо, написанное его рукой, в котором он с помощью тайных знаков изложил некоторые сведения, предназначенные для нашего покровителя Ахмеда аль-Мансура.

Эти сведения касаются султанши христиан (да покарает их Аллах!), которая жила в стране под названием Лондон С того момента, как это письмо попало ко мне, я постоянно время от времени изучал содержавшиеся в нем знаки.Прошло примерно 15 лет, пока не наступило то время, когда Аллах позволил мне понять эти знаки, хотя никто не обучал меня этому ». Список литературы Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.elitarium. ru/.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Вопросы тайнописи оказались для человечества столь актуальны, что еще в древности возникла целая наука криптография (от греческого «криптос» - скрытый). Первые специалисты по шифрованию и расшифровке сообщений появились одновременно с первыми рукописными текстами.

Античная секретность

Шифрованные сообщения активно использовали уже в Древней Иудее. Непосвященный человек мог видеть только ничем не связанный на первый взгляд набор букв. Но те, кто владел специальной формулой, могли легко прочитать послание. Ведь каждой букве секретного текста соответствовал правильный знак алфавита. Например, следовало вместо первой буквы алфавита читать последнюю, вместо второй - предпоследнюю и так далее. Такой способ шифровки получил название атбаш.

Одним из самых известных примеров шифрованных сообщений считается переписка Юлия Цезаря. Знаменитый полководец использовал очень простой, но одновременно вполне надежный способ криптографического текста: вместо правильной буквы писалась та, что находилась в латинском алфавите на три позиции дальше. Это позволяло составлять сообщения очень быстро и так же быстро их расшифровывать. Если учесть, что римляне не делали пробелов между словами, то в итоге письмо превращалось во множество ничем не связанных знаков. Соответственно, враги ничего не могли понять из перехваченного сообщения.

Эпоха античности оставила еще один яркий пример важности сохранения переписки в тайне от окружающих, который связан с именем спартанского полководца Павсания. Во время греко-персидских войн он сумел одержать ряд выдающихся побед. Но этот успех настолько вскружил ему голову, что Павсаний стал заносчив и груб с простыми воинами. Более того, он возомнил себя будущим властелином всей Эллады. Не найдя понимания у бывших союзников, полководец вступил в тайную переписку с персидским царем Ксерксом.

Для сохранения своего предательства в секрете Павсаний придумал жуткий, но очень надежный способ. По его просьбе персы казнили каждого прибывшего гонца. В конце концов очередной курьер, которого спартанец хотел отправить с посланием, заподозрил неладное. Он вскрыл письмо и с ужасом прочитал в конце приписку: «А гонца, как и прежде, следует убить».

Для жителей античной Спарты поступок Павсания был немыслим. Его прокляла даже родная мать. Не дожидаясь расправы, полководец скрылся в ближайшем храме. Ведь суеверные спартанцы не могли решиться на святотатство и устроить кровопролитие у алтаря. Но Павсаний недооценил своих соотечественников. Первой принесла камень к дверям храма его престарелая мать. А вскоре предатель оказался полностью замурован и умер от голода.

Тайны средневековья

С началом Средневековья развитие системы шифрования текстов получает новый мощный импульс. Причем отныне различные шифры активно использовали не только дипломаты и военные (что было закономерно), но и купцы. Богатые торговцы старались сохранить в тайне свои источники доходов и прибыль.

Еще одним стимулом для развития шифров оказалась чрезвычайная популярность алхимии и всевозможного колдовства. Любое заклинание или рецепт получения философского камня требовали непременной секретности. Европу заполонили рукописи с нечитаемыми, но безусловно «магическими» текстами. Появились и первые научные труды по криптографии.

Одним из самых распространенных способов шифрования писем стало использование гибридной системы.

То есть, например, в донесении сначала использовался алфавитный сдвиг (зачастую по гораздо более сложной системе, чем у Цезаря), а затем латинские буквы заменялись на буквы менее распространенного (допустим, армянского) алфавита или на цифры. При этом для надежности само донесение могло быть составлено на чередовании немецкого и французского языков. Правда, при такой системе работа по подготовке секретных сведений и последующий «перевод» на обычный язык отнимали очень много времени. А простая ошибка или опечатка могли вообще все испортить.

Однако опасения, что враги все же сумеют подобрать ключи и прочитают секретное послание, привели к появлению специальных таблиц. Это было некое подобие паролей, когда слова «ждем хорошей погоды» могли означать просьбу об отправке денег. В таком случае смысл сообщения понимал только обладатель дешифратора. А само письмо при перехвате не вызывало подозрений. У дипломатов отныне имелись толстые книги, в которых были предусмотрены тысячи вариантов для создания секретного текста. Подобный способ получил название стеганография.

От возрождения к новому времени

С эпохой Ренессанса началось повальное увлечение криптографией. Составление зашифрованных писем стало очень модным занятием как среди дворян, так и простолюдинов.

С появлением книгопечатания труды по тайнописи (которые выходили все чаще) стали доступны тысячам читателей. Отцом современной криптографии считается итальянский ученый Леон Альберти. Его трактат о методах шифрования стал своеобразной библией для последующих специалистов-криптологов. Кроме того, Альберти придумал и не-1У сколько технических устройств, которые стали прообразом будущих шифровальных механизмов.

Еще одним выдающимся теоретиком криптологии часто называют немецкого аббата Иоганна Тритемия. В своих трудах «Полиграфия» и «Стеганография» он подробно описывает разные системы тайнописи и предлагает новые эффективные методы. Причем часть текстов этих книг также зашифрована.

С XVI века вопросами криптографии активно начинают заниматься европейские математики. Предложенные способы шифровки получают характерное название - геометрические. Одновременно опытные математики помогают и в расшифровке сообщений. В частности, смертный приговор Марии Стюарт был вынесен после того, как криптографам удалось разгадать ее закодированные письма.

Новое развитие криптография получила в эпоху колонизации Америки. Свои сообщения шифровали как великий мореплаватель Христофор Колумб, так и покоритель ацтеков Эрнан Кортес. А основание британских колоний в Северной Америке через некоторое время привело к появлению среди поселенцев так называемого книжного шифра. Этот способ отличала удивительная простота и надежность. В сообщении указывались цифры, которые соответствовали номерам страниц, строк и местоположению букв в заранее оговоренной книге. Не зная, о какой именно книге идет речь, расшифровать подобное сообщение было невозможно.

А в 1790-е годы под руководством будущего президента США Томаса Джефферсона была построена машина, с помощью которой удавалось производить шифрование очень быстро. Считается, что победа британских колонистов в войне за независимость, а также успехи армии северян в Гражданской войне во многом были обусловлены работой опытных криптографов в их войсках.

Эпоха электричества

Изобретение электронного телеграфа принципиально не изменило необходимости защищать важные сообщения от несанкционированного прочтения. Только отныне в распоряжении криптографов появились разнообразные механизмы и устройства для максимальной автоматизации процессов шифрования.

Расцвет криптографии пришелся на XX век. Две мировые войны, истерия шпиономании и многолетняя холодная война между странами Запада и СССР привели к тому, что к работе над секретностью электронных коммуникаций были привлечены десятки тысяч специально обученных людей. И все же самые яркие истории этой эпохи связаны не с самими секретами технологий, а с событиями вокруг них.

Так, название одной из самых знаменитых шифровальных машин стало нарицательным. Словом «энигма» называли любую задачу, решение которой выглядело невозможным. Так как во время Второй мировой войны устройства из семейства «Энигма» активно использовали войска и флот Германии, то в Британии создали мощную службу для расшифровки перехвачен-
ных сообщений. На определенном этапе в этом центре работали почти 12 тысяч сотрудников.

Благодаря усердию привлеченных криптографов в Англии смогли прочитать сотни секретных немецких донесений. Правда, британцы далеко не всегда решались воспользоваться этой информацией. Ведь принятие контрмер могло привести к тому, что английское командование выдаст свою осведомленность о немецких планах.

А значит, Германия изменит всю систему секретности. Поэтому, например, расшифровав известия о подготовке немцами в 1940 году разрушительной бомбардировки города Ковентри, англичане отказались от эвакуации жителей и усиления противовоздушной обороны.

Вообще же во время Второй мировой войны шифровальные машины использовали все воюющие страны.

И почти все испытывали одинаковые проблемы. Во-первых, необходимость соблюдения режима секретной радиосвязи требовала обязательного нахождения в штабах громоздких устройств. А любая поломка или отсутствие квалифицированных специалистов парализовали всю работу командования. Во-вторых, в условиях, когда решения приходилось принимать оперативно (во время наступления или организации контрударов), генералы теряли драгоценные часы и даже дни на сложный процесс шифровки и дешифровки.

В итоге наиболее разумным принято считать метод секретности, который успешно практиковали в армии США. Идея оказалась простой и одновременно гениальной. В качестве радистов во все главные штабы привлекли индейцев племени навахо. Общаясь на родном языке в прямом эфире, они могли смело передавать любые важные приказы. При этом противник оказался совершенно беспомощен. Язык навахо столь необычен, что самое внимательное прослушивание диалога не позволяло даже приблизительно догадываться о предмете разговора. А кроме того, этот язык в 1940-е оставался бесписьменным.

Вместе с тем само племя было немногочисленным и проживало в изолированной и хорошо охраняемой резервации. Поэтому выкрасть хоть одного носителя языка не представлялось возможным. А в случае если бы даже радист-индеец оказался в руках врага, американцы могли легко привлечь индейцев какого-нибудь другого племени с не менее сложной речью.

Единственной трудностью оказалось отсутствие в словаре навахо таких слов, как «подводная лодка» или «взвод». Пришлось придумать около четырехсот словосочетаний (типа «железная рыба» и «черные овцы»), чтобы закрыть проблемы с военной терминологией.

Понятно, что ни Германиями Япония не имели физической возможности создать подобную систему радистов в своих армиях. А вот Советский Союз, чьи солдаты еще во время Зимней войны несли огромные потери из-за скверной работы радистов-шифроваль-
щиков, вполне мог. Ведь в СССР проживали десятки малочисленных народов, чьи сложные языки могли стать надежным средством оперативной связи между штабами самых разных подразделений. По некоторым данным, Иосифу Сталину не раз предлагали привлечь в армию в качестве радистов как представителей народов Крайнего Севера, так и жителей ряда народностей Кавказа. Но будущий генералиссимус, которому заговорщики и предатели гораздо чаще мерещились в среде своих собственных подданных, чем в стане откровенного врага, решительно отверг эту идею.

Последний всплеск активности борьбы различных разведок и контрразведок в вопросах тайнописи связан с периодом холодной войны. Например, в СССР были сняты десятки фильмов о коварных западных шпионах, которые использовали невероятно хитроумные средства коммуникации, но каждый раз оказывались разоблаченными благодаря проницательности мудрых работников КГБ. Но в целом тема криптографии в этот период породила больше мифов, чем оригинальных и надежных решений.