Od nepamäti slúžili šifry na uchovávanie tajomstiev. Jeden z najstarších šifrovacích systémov, informácie o ktorých nám história priniesla, sa túla. Používali ho starovekí Gréci už v 5. storočí pred n. V tých časoch viedla Sparta podporovaná Perziou vojnu proti Aténam. Sparťanský generál Lysander začal podozrievať Peržanov z dvojitej hry. Naliehavo potreboval pravdivé informácie o ich zámeroch. V najkritickejšom okamihu prišiel z perzského tábora posolský otrok s oficiálnym listom. Po prečítaní listu Lysander požadoval od posla opasok. Ukazuje sa, že na tento pás verná priateľka (teraz by sme povedali, že „tajný agent“) Lysandra napísala šifrovanú správu. Na opasok posla boli rozporuplne napísané rôzne listy, ktoré sa nezhodovali so žiadnymi slovami. Listy navyše neboli napísané pozdĺž pása, ale krížom. Lysander vzal drevený valec s určitým priemerom (putovanie), navinul okolo neho poslovský opasok tak, aby sa okraje pásu zavreli, a správa, na ktorú čakal, bola zoradená na páse pozdĺž generatrixu valec. Ukázalo sa, že Peržania sa chystali zasiahnuť Sparťanov prekvapivým bodnutím do chrbta a zabili Lysanderových priaznivcov. Po prijatí tejto správy Lysander nečakane a tajne pristál v blízkosti miesta perzských vojsk a zrazu ich porazil. Jedná sa o jeden z prvých známych prípadov v histórii, v ktorých šifrovacia správa zohrala mimoriadne dôležitú úlohu.
Išlo o permutačnú šifru, ktorej šifrovací text pozostáva z písmen obyčajného textu preusporiadaných podľa určitého, ale cudzím ľuďom nepoznaného zákona. Šifrovací systém je tu permutácia písmen, akcie sú navíjanie pásu okolo putovania. Šifrovací kľúč je priemer putovania. Je zrejmé, že odosielateľ a príjemca správy musia mať laná rovnakého priemeru. To zodpovedá pravidlu, že šifrovací kľúč musí byť známy odosielateľovi aj príjemcovi. Putovanie je najjednoduchší typ šifry. Stačí vyzdvihnúť niekoľko potuliek rôznych priemerov a po navinutí opaska na jeden z nich by sa objavil obyčajný text. Tento šifrovací systém bol v staroveku dešifrovaný. Pás bol navinutý na kónickú pútku s miernym zúžením. Tam, kde sa priemer prierezu kužeľovej skitaly blíži priemeru použitému na šifrovanie, sa správa čiastočne prečíta a potom sa pás navinie okolo skitaly požadovaného priemeru.
Julius Caesar široko používal šifry iného typu (náhradné šifry), ktorý je dokonca považovaný za vynálezcu jednej z týchto šifier. Myšlienka Caesarovej šifry spočívala v tom, že na papieri (papyrus alebo pergamen) sú napísané dve abecedy jazyka, v ktorom bude správa napísaná. Druhá abeceda je však zapísaná pod prvou s určitým (známa iba odosielateľovi a príjemcovi, posun). V prípade Caesarovej šifry sa tento posun rovná trom polohám. Namiesto zodpovedajúceho písmena obyčajného textu, ktoré je prevzaté z prvej (hornej) abecedy, je do správy (šifrový text) zapísaný znak nižšej abecedy pod týmto písmenom. Prirodzene, teraz môže taký šifrovací systém ľahko prelomiť aj laik, ale v tej dobe bola Caesarova šifra považovaná za nerozbitnú.
O niečo zložitejšiu šifru vynašli starovekí Gréci. Vypísali abecedu vo forme tabuľky 5 x 5, označili riadky a stĺpce symbolmi (to znamená, že ich očíslovali) a namiesto obyčajného písmena napísali dva symboly. Ak sú tieto znaky uvedené v správe ako jeden blok, potom s krátkymi správami pre jednu konkrétnu tabuľku je taká šifra veľmi stabilná, dokonca aj podľa moderných konceptov. Táto myšlienka stará asi dvetisíc rokov bola použitá v zložitých šifrách počas prvej svetovej vojny.
Rozpad rímskej ríše bol sprevádzaný úpadkom kryptografie. História si nezachovala žiadne významné informácie o vývoji a aplikácii kryptografie vo včasnom a strednom stredoveku. A len o tisíc rokov neskôr kryptografia v Európe opäť ožíva. Šestnáste storočie v Taliansku je storočím intríg, sprisahaní a nepokojov. Klany Borgia a Medici súperia o politickú a finančnú moc. V takejto atmosfére sú šifry a kódy životne dôležité.
V roku 1518 vydal opát Trithemius, benediktínsky mních žijúci v Nemecku, knihu v latinčine s názvom Polygrafia. Bola to prvá kniha o kryptografickom umení a čoskoro bola preložená do francúzštiny a nemčiny.
V roku 1556 vydal lekár a matematik Milana Girolama Cardana prácu opisujúcu šifrovací systém, ktorý vynašiel, ktorý sa zapísal do histórie ako „Cardano Lattice“. Jedná sa o kus tvrdej lepenky s dierami vyrezanými v náhodnom poradí. Cardanova mriežka bola prvou aplikáciou permutačnej šifry.
Bola považovaná za absolútne silnú šifru aj v druhej polovici minulého storočia s dostatočne vysokou úrovňou rozvoja matematiky. V románe Julesa Verna „Mathias Sandor“sa teda dramatické udalosti vyvíjajú okolo šifrového listu odoslaného holubicou, ale omylom sa dostali do rúk politického nepriateľa. Aby si prečítal tento list, išiel ako sluha k autorovi listu, aby našiel v jeho dome šifrovaciu mriežku. V románe nikto nemá predstavu, že by sa pokúsil dešifrovať písmeno bez kľúča, iba na základe znalosti aplikovaného šifrovacieho systému. Mimochodom, zachytené písmeno vyzeralo ako tabuľka 6 x 6 písmen, čo bola hrubá chyba šifrovača. Ak by bolo rovnaké písmeno zapísané do reťazca bez medzier a celkový počet písmen pomocou sčítania by nebol 36, dešifrátor by aj tak musel otestovať hypotézy o použitom šifrovacom systéme.
Môžete spočítať počet možností šifrovania, ktoré poskytuje Cardano mriežka 6 x 6. dešifrovanie takejto mriežky niekoľko desiatok miliónov rokov! Cardanov vynález sa ukázal ako mimoriadne húževnatý. Na jeho základe bola počas druhej svetovej vojny vytvorená jedna z najtrvanlivejších námorných šifier vo Veľkej Británii.
Teraz však už boli vyvinuté metódy, ktoré za určitých podmienok umožňujú dostatočne rýchlo dešifrovať takýto systém.
Nevýhodou tejto mriežky je potreba spoľahlivo skryť samotnú mriežku pred cudzími ľuďmi. Aj keď je v niektorých prípadoch možné zapamätať si umiestnenie slotov a poradie ich číslovania, skúsenosti ukazujú, že na pamäť osoby, najmä keď sa systém používa zriedka, sa nedá spoľahnúť. V románe „Matthias Sandor“mal prechod mriežky do rúk nepriateľa najtragickejšie dôsledky na autora listu a na celú revolučnú organizáciu, ktorej bol členom. V niektorých prípadoch preto môžu byť výhodnejšie menej silné, ale jednoduchšie šifrovacie systémy, ktoré je možné ľahko obnoviť z pamäte.
Dvaja ľudia by si mohli nárokovať titul „otec modernej kryptografie“s rovnakým úspechom. Sú nimi Talian Giovanni Battista Porta a Francúz Blaise de Vigenère.
V roku 1565 Giovanni Porta, matematik z Neapola, publikoval šifrovací systém založený na substitúcii, ktorý umožňoval nahradiť akýkoľvek znak obyčajného textu šifrovacím písmenom jedenástimi rôznymi spôsobmi. Na tento účel sa použije 11 šifrových abeced, pričom každé z nich je identifikované dvojicou písmen, ktoré určujú, ktorá abeceda by mala byť použitá na nahradenie písmena obyčajného textu šifrovou abecedou. Keď používate šifrovacie abecedy Porty, okrem 11 abeced musíte mať aj kľúčové slovo, ktoré definuje zodpovedajúcu šifrovú abecedu v každom kroku šifrovania.
Stôl Giovanniho Portu
Šifrový text v správe je zvyčajne napísaný ako jeden kus. Na technických komunikačných linkách sa spravidla prenáša vo forme päťciferných skupín, oddelených od seba medzerou, desať skupín na riadok.
Systém Ports má veľmi vysokú trvanlivosť, najmä pri náhodnom výbere a písaní abecedy, a to aj podľa moderných kritérií. Má to však aj nevýhody: obaja korešpondenti musia mať dosť ťažkopádne stoly, ktoré sa musia vyhýbať zvedavým očiam. Okrem toho sa musíte nejako dohodnúť na kľúčovom slove, ktoré by malo byť tiež tajné.
Tieto problémy vyriešil diplomat Vigenère. V Ríme sa zoznámil s dielami Trithemiusa a Cardana a v roku 1585 vydal svoje dielo „Pojednanie o šifrách“. Rovnako ako metóda Ports, metóda Vigenère je založená na tabuľkách. Hlavnou výhodou metódy Vigenere je jej jednoduchosť. Rovnako ako systém Ports, systém Vigenère vyžaduje na šifrovanie kľúčové slovo (alebo frázu), ktorého písmená určujú, ktoré z 26 šifrových abeced budú šifrované každé konkrétne písmeno holého textu. Kľúčové textové písmeno definuje stĺpec, t.j. konkrétna šifrovacia abeceda. Písmeno samotného šifrového textu je vo vnútri tabuľky zodpovedajúcej písmenu holého textu. Systém Vigenere používa iba 26 šifrových tukov a svojou silou je horší ako systém Ports. Tabuľku Vigenere je však možné pred šifrovaním ľahko obnoviť z pamäte a potom zničiť. Stabilitu systému je možné zvýšiť dohodou nie na kľúčovom slove, ale na dlhej kľúčovej fráze, potom bude oveľa ťažšie určiť obdobie používania šifrových abeced.
Vigenèrova šifra
Všetky šifrovacie systémy pred dvadsiatym storočím boli manuálne. Pri nízkej intenzite výmeny šifier to nebola nevýhoda. Všetko sa zmenilo s príchodom telegrafu a rádia. S nárastom intenzity výmeny šifrových správ technickými komunikačnými prostriedkami sa prístup nepovolaných osôb k prenášaným správam výrazne zjednodušil. Požiadavky na komplexnosť šifier, rýchlosť šifrovania (dešifrovania) informácií sa dramaticky zvýšili. Túto prácu bolo potrebné mechanizovať.
Po prvej svetovej vojne sa šifrovací biznis začal rýchlo rozvíjať. Vyvíjajú sa nové šifrovacie systémy, vymýšľajú sa stroje, ktoré urýchľujú proces šifrovania (dešifrovania). Najslávnejší bol mechanický šifrovací stroj „Hagelin“. Spoločnosť na výrobu týchto strojov založil Švéd Boris Hagelin a existuje dodnes. Hagelin bol kompaktný, ľahko použiteľný a poskytoval vysokú pevnosť šifry. Tento šifrovací stroj implementoval princíp nahradenia a počet použitých šifrových abeced prevyšoval systém portov a prechod z jednej šifrovej abecedy na druhú bol vykonávaný pseudonáhodným spôsobom.
Auto Hagellin C-48
Technologicky prevádzka stroja využívala princípy činnosti pridávacích strojov a mechanických automatických strojov. Neskôr tento stroj prešiel vylepšeniami, matematicky aj mechanicky. To výrazne zvýšilo trvanlivosť a použiteľnosť systému. Systém sa ukázal byť taký úspešný, že počas prechodu na počítačovú technológiu boli princípy stanovené v Hageline modelované elektronicky.
Ďalšou možnosťou implementácie náhradnej šifry boli diskové stroje, ktoré boli od samého začiatku elektromechanické. Hlavným šifrovacím zariadením v aute bola sada diskov (od 3 do 6 kusov), namontovaných na jednej osi, ale nie pevne, a takým spôsobom, aby sa disky mohli otáčať okolo osi nezávisle na sebe. Disk mal dve základne, vyrobené z bakelitu, do ktorých boli podľa počtu písmen abecedy vtlačené kontaktné terminály. V tomto prípade boli kontakty jednej základne elektricky vnútorne spojené s kontaktmi druhej základne v pároch ľubovoľným spôsobom. Výstupné kontakty každého disku, okrem posledného, sú prostredníctvom pevných kontaktných dosiek prepojené so vstupnými kontaktmi nasledujúceho disku. Každý disk má navyše prírubu s výčnelkami a priehlbinami, ktoré spoločne určujú povahu krokového pohybu každého disku v každom šifrovacom cykle. V každom hodinovom cykle sa šifrovanie vykonáva pulzným napätím cez vstupný kontakt spínacieho systému zodpovedajúci písmenu vo formáte holého textu. Na výstupe spínacieho systému sa na kontakte objaví napätie, ktoré zodpovedá súčasnému písmenu šifrového textu. Po dokončení jedného cyklu šifrovania sa disky otáčajú nezávisle na sebe o jeden alebo niekoľko krokov (v tomto prípade môžu byť niektoré disky v každom kroku úplne nečinné). Pohybový zákon je určený konfiguráciou prírub disku a možno ho považovať za pseudonáhodný. Tieto stroje boli rozšírené a myšlienky za nimi boli tiež elektronicky modelované počas nástupu éry elektronických počítačov. Sila šifier produkovaných takýmito strojmi bola tiež mimoriadne vysoká.
Počas 2. svetovej vojny slúžil diskový stroj Enigma na šifrovanie Hitlerovej korešpondencie s Rommelom. Jedno z vozidiel sa na krátky čas dostalo do rúk britskej rozviedky. Po vytvorení jeho presnej kópie boli Briti schopní dešifrovať tajnú korešpondenciu.
Na mieste je nasledujúca otázka: je možné vytvoriť absolútne silnú šifru, t.j. taký, ktorý by bol aj teoreticky neodhalený. Otec kybernetiky Norbert Wiener tvrdil: „Každý dostatočne dlhý kus šifrového textu je možné vždy dešifrovať za predpokladu, že na to má oponent dostatok času … Každú šifru je možné dešifrovať, iba ak je to naliehavo potrebné. informácie, ktoré sa majú získať, stoja za to náklady. prostriedky úsilia a času “. Ak hovoríme o šifre generovanej podľa akéhokoľvek presne a jednoznačne definovaného algoritmu, bez ohľadu na to, ako zložité to môže byť, je to skutočne tak.
Americký matematik a špecialista na spracovanie informácií Claude Shannon však ukázal, že by sa dala vytvoriť absolútne silná šifra. Súčasne neexistuje žiadny praktický rozdiel medzi absolútne silnou šifrou a takzvanými praktickými silami (implementovanými pomocou špeciálne vyvinutých komplexných algoritmov). Úplne silná šifra sa musí vygenerovať a používať nasledovne:
- šifra sa nevytvára pomocou žiadneho algoritmu, ale úplne náhodným spôsobom (hod mincou, náhodné otvorenie karty z dobre zmiešaného balíčka, generovanie postupnosti náhodných čísel generátorom náhodných čísel na dióde šumu atď..);
- dĺžka šifrového textu by nemala presiahnuť dĺžku vygenerovanej šifry, t.j. na šifrovanie jedného znaku holého textu sa použije jeden šifrovací znak.
Prirodzene, že v tomto prípade musia byť splnené všetky podmienky správneho zaobchádzania so šiframi a predovšetkým text nemožno opätovne zašifrovať šifrou, ktorá už bola raz použitá.
Absolútne silné šifry sa používajú v prípadoch, keď musí byť zaručená absolútna nemožnosť dešifrovania korešpondencie nepriateľom. Najmä tieto šifry používajú nelegálni agenti pôsobiaci na nepriateľskom území a používajúci šifrovacie poznámky. Notebook sa skladá zo stránok so stĺpcami s číslami, ktoré sú vybrané náhodne a nazývané bloková šifra.
Metódy šifrovania sú rôzne, ale jedna z najjednoduchších je nasledujúca. Písmená abecedy sú očíslované dvojcifernými číslami A - 01, B - 02 … Z - 32. Potom správa „Pripravený na stretnutie“vyzerá takto:
čistý text - READY TO MEET;
otvorený digitálny text - 0415191503 11 03181917062406;
bloková šifra - 1123583145 94 37074189752975;
šifrový text - 1538674646 05 30155096714371.
V tomto prípade je šifrový text získaný numerickým sčítaním čistého digitálneho textu a modula 10 blokovej šifry (t. J. Prenosová jednotka, ak existuje, sa neberie do úvahy). Šifrový text určený na prenos technickými komunikačnými prostriedkami má formu päťciferných skupín, v tomto prípade by mal vyzerať takto: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (posledné 4 číslice sa sčítajú ľubovoľne a neberú sa do úvahy). Prirodzene je potrebné príjemcu upozorniť, ktorá stránka šifrovaného zápisníka je použitá. To sa deje na vopred určenom mieste v obyčajnom texte (v číslach). Po šifrovaní sa použitá stránka s cipherpadom vytrhne a zničí. Pri dešifrovaní prijatého kryptogramu musí byť rovnaká šifra odčítaná modulo 10 od šifrového textu. Prirodzene, takýto zápisník je potrebné uchovávať veľmi dobre a tajne, pretože samotná skutočnosť jeho prítomnosti, ak sa o ňom dozvie nepriateľ, znamená zlyhanie agenta.
Príchod elektronických výpočtových zariadení, najmä osobných počítačov, znamenal novú éru vo vývoji kryptografie. Medzi mnohými výhodami zariadení počítačového typu možno poznamenať nasledujúce:
a) mimoriadne vysoká rýchlosť spracovania informácií, b) schopnosť rýchlo zadávať a šifrovať predtým pripravený text, c) možnosť používať komplexné a extrémne silné šifrovacie algoritmy, d) dobrá kompatibilita s modernými komunikačnými zariadeniami, e) rýchla vizualizácia textu s možnosťou rýchleho vytlačenia alebo vymazania, f) schopnosť mať v jednom počítači rôzne šifrovacie programy s blokovaním prístupu k nim
neoprávnené osoby používajúce systém hesiel alebo internú krypto ochranu, g) univerzálnosť šifrovaného materiálu (t. j. za určitých podmienok môže počítačový šifrovací algoritmus šifrovať nielen alfanumerické informácie, ale aj telefonické rozhovory, fotografické dokumenty a video materiály).
Je však potrebné poznamenať, že pri organizovaní ochrany informácií počas ich vývoja, uchovávania, prenosu a spracovania by sa mal uplatňovať systematický prístup. Existuje mnoho možných spôsobov úniku informácií a dokonca ani dobrá krypto ochrana nezaručuje jej bezpečnosť, pokiaľ sa neprijmú iné opatrenia na jej ochranu.
Referencie:
Adamenko M. Základy klasickej kryptológie. Tajomstvo šifier a kódov. M.: DMK press, 2012. S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Kniha šifier. M.: Avanta +, 2009. S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.