От незапомнени времена шифрите се използват за пазене на тайни. Една от най -древните шифровани системи, информация за която историята ни е донесла, се скита. Той е бил използван от древните гърци още през V век пр.н.е. В онези дни Спарта, подкрепена от Персия, води война срещу Атина. Спартанският генерал Лисандър започна да подозира персите за двойна игра. Той спешно се нуждаеше от истинска информация за техните намерения. В най -критичния момент от персийския лагер пристигнал пратеник с официално писмо. След като прочете писмото, Лисандър поиска колан от пратеника. Оказва се, че на този колан лоялна приятелка (сега бихме казали „таен агент“) Лисандра е написала шифровано съобщение. На колана на пратеника различни букви бяха изписани в безпорядък, което не добавяше никакви думи. Освен това буквите бяха написани не по талията, а през. Лисандър взел дървен цилиндър с определен диаметър (скитащ), навил колана на пратеника около него по такъв начин, че ръбовете на колана да се затварят и съобщението, което той чакал, било подредено на колана по образуващата цилиндър. Оказа се, че персите са планирали да ударят спартанците с изненадващ удар в гърба и убиват привържениците на Лисандър. След като получи това съобщение, Лисандър неочаквано и тайно се приземи близо до местоположението на персийските войски и с внезапен удар ги победи. Това е един от първите известни случаи в историята, в които шифрованото съобщение играе изключително важна роля.
Това беше шифър за пермутация, чийто шифров текст се състои от букви от открит текст, пренаредени според определен, но непознат за външните лица закон. Системата за шифроване тук е пермутация на букви, действията са навиване на колана около скитането. Шифровият ключ е диаметърът на скитащия. Ясно е, че изпращачът и получателят на съобщението трябва да имат въжета със същия диаметър. Това съответства на правилото, че ключът за шифроване трябва да е известен както на изпращача, така и на получателя. Скитането е най -простият тип шифър. Достатъчно е да вземете няколко скитания с различни диаметри и след навиване на колана върху един от тях, ще се появи обикновен текст. Тази система за шифроване е била декриптирана в древни времена. Коланът беше навит на конусовидно скитане с леко стеснение. Когато диаметърът на напречното сечение на коничната скитала е близък до диаметъра, използван за криптиране, съобщението се отчита частично, след което коланът се навива около скиталата с необходимия диаметър.
Юлий Цезар широко използва шифри от различен тип (заместващи шифри), който дори се смята за изобретател на една от тези шифри. Идеята на шифъра на Цезар е била, че на хартия (папирус или пергамент) две азбуки на езика, на който ще бъде написано съобщението, са написани една под друга. Втората азбука обаче се изписва под първата с определена (известна само на подателя и получателя, смяна). За шифъра на Цезар това изместване е равно на три позиции. Вместо съответната буква от открит текст, която е взета от първата (горна) азбука, долният азбучен знак под тази буква се записва в съобщението (шифрован текст). Естествено, сега такава шифрова система може лесно да бъде нарушена дори от мирянин, но по това време шифърът на Цезар се смяташе за нечуплив.
Малко по -сложен шифър е изобретен от древните гърци. Те изписаха азбуката под формата на таблица 5 x 5, обозначиха редове и колони със символи (тоест, те ги номерираха) и написаха два символа вместо буквата с открит текст. Ако тези знаци са дадени в съобщение като един блок, тогава с кратки съобщения за една конкретна таблица, такъв шифър е много стабилен, дори според съвременните концепции. Тази идея, която е на около две хиляди години, е била използвана в сложни шифри по време на Първата световна война.
Разпадането на Римската империя е придружено от упадъка на криптографията. Историята не е запазила значителна информация за развитието и прилагането на криптографията през ранното и средното средновековие. И само хиляда години по -късно криптографията се възражда в Европа. Шестнадесети век в Италия е век на интриги, конспирации и сътресения. Клановете Борджиа и Медичи се борят за политическа и финансова власт. В такава атмосфера шифрите и кодовете стават жизненоважни.
През 1518 г. игумен Тритемий, бенедиктински монах, живеещ в Германия, публикува книга на латински език, наречена Полиграфия. Това беше първата книга за изкуството на криптографията и скоро беше преведена на френски и немски.
През 1556 г. лекарят и математик от Милано Джироламо Кардано публикува творба, описваща измислената от него система за криптиране, която влиза в историята като „Cardano Lattice“. Това е парче твърд картон с дупки, изрязани в произволен ред. Решетката на Кардано е първото приложение на пермутационния шифър.
Счита се за абсолютно силен шифър дори през втората половина на миналия век, с достатъчно високо ниво на развитие на математиката. Така в романа на Жул Верн „Матиас Шандор“драматични събития се развиват около шифровано писмо, изпратено с гълъб, но случайно попаднало в ръцете на политически враг. За да прочете това писмо, той отиде при автора на писмото като слуга, за да намери шифрова мрежа в дома си. В романа никой няма идея да се опитва да дешифрира писмо без ключ, въз основа само на познания за приложната система за шифроване. Между другото, прихванатото писмо приличаше на таблица с 6 x 6 букви, което беше груба грешка на шифроващия апарат. Ако същата буква беше написана в низ без интервали и общият брой на буквите с помощта на добавката не беше 36, декрипторът все още трябваше да провери хипотезите за използваната система за криптиране.
Можете да преброите броя на опциите за криптиране, предоставени от решетката Cardano 6 x 6. дешифриране на такава решетка за няколко десетки милиони години! Изобретението на Кардано се оказа изключително упорито. На негова основа по време на Втората световна война е създадена една от най -издръжливите морски шифри във Великобритания.
Досега обаче са разработени методи, които позволяват при определени условия да дешифрират такава система достатъчно бързо.
Недостатъкът на тази решетка е необходимостта надеждно да се скрие самата решетка от непознати. Въпреки че в някои случаи е възможно да се запомни местоположението на слотовете и реда на тяхното номериране, опитът показва, че на паметта на човек, особено когато системата се използва рядко, не може да се разчита. В романа „Матиас Шандор“преминаването на решетката в ръцете на врага има най -трагичните последици за автора на писмото и за цялата революционна организация, в която той е бил член. Следователно в някои случаи могат да бъдат за предпочитане по -малко силни, но по -прости системи за криптиране, които лесно се възстановяват от паметта.
Двама души биха могли да претендират за титлата „баща на съвременната криптография“с еднакъв успех. Това са италианецът Джовани Батиста Порта и французинът Блез де Вигенер.
През 1565 г. Джовани Порта, математик от Неапол, публикува система за шифроване, базирана на заместване, която позволява всеки текст от открит текст да бъде заменен с шифрова буква по единадесет различни начина. За тази цел се вземат 11 шифровани азбуки, всяка от които се идентифицира с чифт букви, които определят коя азбука трябва да се използва, за да се замени буквата с открит текст с азбука. Когато използвате азбуки с шифрове Ports, освен че имате 11 азбуки, трябва да имате и ключова дума, която определя съответната азбука на шифъра на всяка стъпка на шифроване.
Масата на Джовани Порта
Обикновено шифротекстът в съобщението е написан на едно парче. По техническите комуникационни линии обикновено се предава под формата на петцифрени групи, разделени една от друга с интервал, десет групи на ред.
Системата Ports има много висока издръжливост, особено при избор и писане на азбуки на случаен принцип, дори според съвременните критерии. Но има и недостатъци: и двамата кореспонденти трябва да имат доста тромави маси, които трябва да се пазят от любопитни очи. Освен това трябва по някакъв начин да се споразумеете за ключова дума, която също трябва да бъде тайна.
Тези проблеми бяха решени от дипломат Виженер. В Рим той се запознава с творбите на Тритемий и Кардано, а през 1585 г. публикува своето произведение „Трактат за шифрите“. Подобно на метода Ports, методът на Vigenère е базиран на таблица. Основното предимство на метода Vigenere е неговата простота. Подобно на системата Ports, системата Vigenère изисква ключова дума (или фраза) за криптиране, чиито букви определят от коя от 26 -те шифровани азбуки всяка конкретна буква от открития текст ще бъде криптирана. Ключовата текстова буква определя колоната, т.е. специфична шифрова азбука. Буквата на самия шифрован текст е вътре в таблицата, съответстваща на буквата на открития текст. Системата Vigenere използва само 26 шифъра и отстъпва по сила на системата Ports. Но таблицата Vigenere е лесна за възстановяване от паметта преди криптиране и след това унищожаване. Стабилността на системата може да бъде увеличена чрез съгласуване не на ключова дума, а на дълга ключова фраза, тогава периодът на използване на азбуките с шифър ще бъде много по -труден за определяне.
Vigenère шифър
Всички системи за криптиране преди двадесети век бяха ръчни. При ниска интензивност на обмен на шифри това не беше недостатък. Всичко се промени с появата на телеграфа и радиото. С увеличаването на интензивността на обмена на шифровани съобщения чрез технически средства за комуникация, достъпът на неупълномощени лица до предадените съобщения стана много по -лесен. Изискванията за сложността на шифрите, скоростта на криптиране (декриптиране) на информация са се увеличили драстично. Наложи се да се механизира тази работа.
След Първата световна война бизнесът с криптиране започва да се развива бързо. Разработват се нови системи за криптиране, изобретяват се машини, които ускоряват процеса на криптиране (декриптиране). Най -известната беше механичната машина за шифроване "Hagelin". Компанията за производство на тези машини е основана от шведа Борис Хагелин и съществува и до днес. Hagelin беше компактен, лесен за използване и осигуряваше висока якост на шифъра. Тази машина за шифроване прилага принципа на подмяна и броят на използваните азбуки на шифрите надвишава този на системата Ports и преходът от една шифрова азбука към друга се извършва по псевдо случаен начин.
Кола Hagellin C-48
Технологично, работата на машината използва принципите на работа на добавящи машини и механични автоматични машини. По -късно тази машина претърпя подобрения, както математически, така и механично. Това значително повиши издръжливостта и използваемостта на системата. Системата се оказа толкова успешна, че по време на прехода към компютърни технологии принципите, заложени в Хагелин, бяха моделирани по електронен път.
Друг вариант за внедряване на заместващия шифър бяха дисковите машини, които от самото си създаване бяха електромеханични. Основното устройство за шифроване в колата е набор от дискове (от 3 до 6 броя), монтирани на една ос, но не твърдо, и по такъв начин, че дисковете могат да се въртят около оста независимо един от друг. Дискът имаше две основи, изработени от бакелит, в които контактните клеми бяха притиснати според броя на буквите от азбуката. В този случай контактите на едната основа бяха електрически свързани вътрешно с контактите на другата основа по двойки по произволен начин. Изходните контакти на всеки диск, с изключение на последния, са свързани чрез фиксирани контактни плочи към входните контакти на следващия диск. Освен това всеки диск има фланец с издатини и вдлъбнатини, които заедно определят естеството на стъпаловидното движение на всеки диск при всеки цикъл на криптиране. При всеки тактов цикъл криптирането се осъществява чрез пулсиращо напрежение през входния контакт на комутационната система, съответстващо на буквата на открития текст. На изхода на комутационната система напрежението се появява на контакта, което съответства на текущата буква на шифрования текст. След приключване на един цикъл на криптиране, дисковете се завъртат независимо един от друг с една или няколко стъпки (в този случай някои дискове могат да бъдат напълно неактивни на всяка стъпка). Законът за движение се определя от конфигурацията на дисковите фланци и може да се счита за псевдослучайно. Тези машини бяха широко разпространени и идеите зад тях също бяха електронно моделирани по време на настъпването на ерата на електронните изчисления. Силата на шифрите, произведени от такива машини, също беше изключително висока.
По време на Втората световна война дисковата машина Enigma е била използвана за шифроване на кореспонденцията на Хитлер с Ромел. Едно от превозните средства попадна в ръцете на британското разузнаване за кратко. След като направиха точно копие от него, британците успяха да дешифрират секретна кореспонденция.
Уместен е следният въпрос: възможно ли е да се създаде абсолютно здрав шифър, т.е. такъв, който би бил разкрит дори теоретично. Бащата на кибернетиката Норберт Винер твърди: „Всяко достатъчно дълго парче шифров текст винаги може да бъде декриптирано, при условие че противникът има достатъчно време за това … Всеки шифър може да бъде декриптиран, само ако има спешна нужда от него и информацията, която трябва да бъде получена, си струва разходите. средства за усилия и време . Ако говорим за шифър, генериран в съответствие с всеки точно и недвусмислено определен алгоритъм, колкото и сложен да е той, тогава това наистина е така.
Американският математик и специалист по обработка на информация Клод Шанън обаче показа, че може да се създаде абсолютно здрав шифър. В същото време няма практическа разлика между абсолютно силен шифър и така наречените практични силови шифри (реализирани с помощта на специално разработени сложни алгоритми). Трябва да се генерира абсолютно силен шифър и да се използва, както следва:
- шифърът се генерира не по никакъв алгоритъм, а по напълно случаен начин (хвърляне на монета, отваряне на произволна карта от добре смесена колода, генериране на поредица от случайни числа от генератор на случайни числа на шумов диод и т.н..);
- дължината на шифровия текст не трябва да надвишава дължината на генерирания шифър, т.е. един шифров знак трябва да се използва за криптиране на един знак от открития текст.
Естествено, в този случай трябва да бъдат изпълнени всички условия за правилното боравене с шифри и преди всичко текстът не може да бъде прешифрован отново с вече използван шифър.
Абсолютно силни шифри се използват в случаите, когато трябва да се гарантира абсолютната невъзможност за декриптиране от врага на кореспонденцията. По -специално, такива шифри се използват от незаконни агенти, действащи на вражеска територия и използващи шифрови бележки. Бележникът се състои от страници с колони от числа, избрани на случаен принцип и наречени блоков шифър.
Методите за криптиране са различни, но един от най -простите е следният. Буквите от азбуката са номерирани с двуцифрени числа A - 01, B - 02 … Z - 32. Тогава съобщението „Готови за среща“изглежда така:
обикновен текст - ГОТОВ ДА СЕ СРЕЩЕТЕ;
отворен цифров текст - 0415191503 11 03181917062406;
блок шифър - 1123583145 94 37074189752975;
шифрован текст - 1538674646 05 30155096714371.
В този случай шифрованият текст се получава чрез численото добавяне на обикновения цифров текст и блоковия шифър по модул 10 (т.е. единицата за прехвърляне, ако има такава, не се взема предвид). Шифротекстът, предназначен за предаване чрез технически средства за комуникация, има формата на петцифрени групи, в този случай той трябва да изглежда така: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (последните 4 цифри се добавят произволно и не се вземат предвид). Естествено е необходимо да уведомите получателя коя страница от бележника за шифроване се използва. Това се прави на предварително определено място в обикновен текст (в цифри). След криптиране използваната страница за шифър се изтръгва и унищожава. При декриптиране на получената криптограма същият шифър трябва да се извади по модул 10 от шифротекста. Естествено, такава тетрадка трябва да се пази много добре и тайно, тъй като самият факт на нейното присъствие, ако стане известен на врага, означава провал на агента.
Появата на електронни изчислителни устройства, особено на персонални компютри, бележи нова ера в развитието на криптографията. Сред многото предимства на устройства от компютърен тип може да се отбележи следното:
а) изключително висока скорост на обработка на информация, б) възможност за бързо въвеждане и криптиране на предварително подготвен текст, в) възможността за използване на сложни и изключително силни алгоритми за криптиране, г) добра съвместимост със съвременни средства за комуникация, д) бърза визуализация на текст с възможност за бързо отпечатване или изтриване, е) възможността да има в един компютър различни програми за криптиране с блокиране на достъпа до тях
неоторизирани лица, използващи паролна система или вътрешна крипто защита, ж) универсалността на шифрования материал (т.е. при определени условия компютърният алгоритъм за криптиране може да шифрова не само буквено -цифрова информация, но и телефонни разговори, фотодокументи и видео материали).
Трябва обаче да се отбележи, че при организирането на защитата на информацията по време на нейното разработване, съхранение, предаване и обработка трябва да се следва системен подход. Има много възможни начини за изтичане на информация и дори добрата защита на крипто не гарантира нейната сигурност, освен ако не се вземат други мерки за нейната защита.
Препратки:
Адаменко М. Основи на класическата криптология. Тайните на шифрите и кодовете. M.: DMK press, 2012 S. 67-69, 143, 233-236.
Саймън С. Книгата на шифрите. М.: Avanta +, 2009 S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
