«Загадочная криптография» (стр. 2 )

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).

1.2. Способы шифрования.

1. Применение чужих, малоизвестных алфавитов. В старинных рукописях кириллические буквы нередко заменялись глаголическими, греческими, латинскими. К этому же принципу следует отнести и специально изобретенные алфавиты.

2. Написание слов в обратном порядке - от конца к началу.

3. Очень часто направление письма изменяется с каждой строкой: первая пишется справа налево, вторая – слева направо, третья – справа налево и т. д. Такая система записи называется «бустрофедон» - в переводе с греческого – «повороты быка при пахоте». Этим способом письма пользовались в критском, хеттском, южноаравийском, этрусском и греческом языках.

4. Запись текста в виде некоторой фигуры, например, спирали.

5. Размещение букв шифрованной надписи в определенном условном порядке между другими буквами, образующие надписи иного содержания. Простейшая разновидность – акростих.

6. Нарочитое изменение знаков: приписывание дополнительных черточек или встречающихся в русских рукописях т. н. полусловица, или иначе – недописывание букв.

7. Липограмма – способ письма с опущением гласных букв. Записанная в этой манере пословица «Дальше в лес, больше дров» будет выглядеть так: «Длш в лс, блш дрв»

8. Употребление специальных шаблонов. Например, шаблон представляет собой квадрат с отверстиями. Если его приложить к какому-нибудь печатному произведению, находящемуся в распоряжении как отправителя, так и получателя, то через открытые места в шаблоне можно прочесть зашифрованное письмо.

9. Замена одних букв другими по их месту в алфавите. Существует способ замены буквы буквой, непосредственно ей предшествующей или непосредственно за ней следующей, или же буквой, которая стоит за ней на пятом, на восьмом, вообще на некотором установленном месте. При этом буквы алфавита располагаются циклически, т. е. за последней буквой идет первая.

10. Замена букв условными знаками или цифрами, или группами букв, имеющих в сумме то же цифровое значение, что и заменяемая буква. В старинных русских рукописях для этого использовалось цифровое значение кириллических букв.

Римляне и греки заменяли буквы алфавита цифрами, условными знаками либо соответственно переставляли буквы. Усложнением такой криптограммы являлось введение нескольких разных знаков для обозначения одной и той же часто повторяющейся буквы, а также «немые» знаки, ничего не обозначающие и только усложняющие понимание зашифрованного сообщения.

1.3. Шифровальные устройства.

Сциталла является одним из древнейших известных криптографических устройств.

В криптографии сциталла (от греческого сцитала, жезл), известный так же как шифр Древней Спарты, представляет собой прибор, используемый для осуществления перестановочного шифрования, состоит из цилиндра и узкой полоски пергамента, обматывавшейся вокруг него по спирали, на которой писалось сообщение. Античные греки и спартанцы в частности, использовали этот шифр для связи во время военных кампаний.

Шифруемый текст писался на пергаментной ленте по длине палочки, после того как длина палочки оказывалась исчерпанной, она поворачивалась и текст писался далее, пока либо не заканчивался текст, либо не исписывалась вся пергаментная лента. В последнем случае использовался очередной кусок пергаментной ленты. Дешифровка выполнялась с использованием палочки такого же диаметра.

Таким образом, длина блока n определялась длиной и диаметром палочки, а само шифрование заключалось в перестановке символов исходного текста в соответствии с длиной окружности палочки. Например, используя палочку, по длине окружности которой помещается 4 символа, а длина палочки позволяет записать 6 символов, исходный текст: «это шифр древней спарты» превратится в шифрограмму: «эфвптрнао ер дйтшр ыиес».

Для расшифровки адресат использовал палочку такого же диаметра, на которую он наматывал бумагу, чтобы прочитать сообщение. Преимущество шифра сциталла состоит в простоте и отсутствии ошибок — очень важное качество на поле боя. Однако такой шифр может быть легко взломан. Например, метод взлома сциталлы был предложен ещё Аристотелем. Метод состоит в том, что не зная точного диаметра палочки, можно использовать конус, имеющий переменный диаметр и перемещать бумагу с сообщением по его длине до тех пор, пока текст не начнёт читаться — таким образом дешифруется диаметр сциталлы.

Диск Энея — криптографический инструмент для защиты информации, придуманный Энеем Тактиком в IV веке до н. э. Устройство представляло собой диск диаметром 13—15 см и толщиной 1—2 см с проделанными в нём отверстиями, количество которых равнялось числу букв в алфавите. Каждому отверстию ставилась в соответствие конкретная буква. В центре диска находилась катушка с намотанной на неё ниткой. Механизм шифрования был очень прост. Для того, чтобы зашифровать послание, необходимо было поочерёдно протягивать свободный конец нити через отверстия обозначающие буквы исходного не зашифрованного сообщения. В итоге, сам диск, с продетой в его отверстия ниткой, и являлся зашифрованным посланием. Получатель сообщения последовательно вытягивал нить из каждого отверстия, тем самым получал последовательность букв. Но эта последовательность являлась обратной по отношению к исходному сообщению, то есть он читал сообщение наоборот. Допустим исходное сообщение было «Бйнейбт» (Эней), тогда после дешифрования получатель видел перед собой «тбйенйб». Чтобы прочитать полученное сообщение, требовалось просто читать с конца.

У данного вида защиты информации был один существенный недостаток. Зашифрованное сообщение было доступно к прочтению любому, кто смог завладеть диском. Так как сообщение предавали обычные гонцы, а не воины, Эней предусмотрел возможность быстрого уничтожения передаваемой информации. Для этого было достаточно вытянуть всю нить за один из её концов, либо сломать диск, просто наступив на него. Обычно он ломался в местах шифрующих отверстий, как следствие продетая в них нить спутывалась и прочесть сообщение было невозможно.

Эней в своих работах описывал метод шифрования, в основе которого лежал диск, названный впоследствии диском Энея. За основу брался деревянный круг, по краю которого высверливалось 24 отверстия, соответствующие буквам алфавита. Они не подписывались. Буквы шли в алфавитном порядке. Необходимо было знать лишь первую букву для возможности восстановления остальных. Также просверливались отверстия в середине круга, чтобы сбить с толку недоброжелателя. Механизм шифрования и дешифрования соответствует описанным выше. Чтобы зашифровать повторяющиеся буквы, использовались отверстия в середине диска. Вначале нить продевалась в него, а затем в повторяющийся символ. Обычно использовалось два отверстия, одно из которых находилось в центре. Если соединить эти отверстия линией, то она укажет на первую букву алфавита[3]. Это и стало высшей ступенью шифрования такого типа.

Следующим этапом развития технологии посимвольного шифрования стало использование узелкового письма, примером которого является Линейка Энея. На линейке с числом отверстий, равных количеству букв алфавита каждое отверстие обозначалось своей буквой; буквы по отверстиям располагались в произвольном порядке. К линейке была прикреплена катушка с намотанной на нее ниткой. Рядом с катушкой имелась прорезь. При шифровании нить протягивалась через прорезь, а затем через отверстие, соответствующее первой букве шифруемого текста, при этом на нити завязывался узелок в месте прохождения ее через отверстие; затем нить возвращалась в прорезь и аналогично зашифровывалась вторая буква текста и т. д. После окончания шифрования нить извлекалась и передавалась получателю сообщения. Тот, имея идентичную линейку, протягивал нить через прорезь до отверстий, определяемых узлами, и восстанавливал исходный текст по буквам отверстий. Шифр, реализуемый линейкой Энея, является одним из примеров шифра замены: когда буквы заменяются на расстояния между узелками с учетом прохождения через прорезь. Ключом шифра являлся порядок расположения букв по отверстиям в линейке. Посторонний, получивший нить (даже имея линейку, но без нанесенных на ней букв), не сможет прочитать передаваемое сообщение.

Заметным вкладом Энея в криптографию является предложенный им так называемый книжный шифр, описанный в сочинении "Об обороне укрепленных мест". Эней предложил прокалывать малозаметные дырки в книге или в другом документе над буквами (или под ними) секретного сообщения. Интересно отметить, что впервой мировой войне германские шпионы использовали аналогичный шифр, заменив дырки на точки, наносимые симпатическими чернилами на буквы газетного текста. Книжный шифр в современном его виде имеет несколько иной вид. Суть этого шифра состоит в замене букв на номер строки и номер этой буквы в строке и заранее оговоренной странице некоторой книги. Ключом такого шифра является книга и используемая страница в ней. Этот шифр оказался "долгожителем" и применялся даже во времена второй мировой войны.

«Диск Альберти». Леон Батиста Альберти первым предложил полиалфавитный шифр подстановки, названный шифром Альберти. Пусть имеется два медных диска. Один из них больше другого, этот диск фиксирован, а второй диск подвижный. Диаметр закрепленного диска на одну девятую больше диаметра подвижного диска. Разделим круги дисков на 24 равных части, называемых секторами. В каждом из секторов большого диска напишем в алфавитном порядке красным прописные буквы. Сначала A, затем B, C и т. д., опуская Н и К, которые не являются необходимыми. (Замечание. В латинском языке буквы “k’’ и “c’’ обозначали один и тот же звук “k”, а букву “h” можно было опустить, смысл текста оставался понятен.) В латинском языке нет букв “J’’, “U’’, “W’’ и “Y’’, поэтому таким образом заполнены 20 секторов, а в четырех других можно написать цифры 1, 2 , 3 и 4. Маленький диск заполняется строчными буквами, но не в алфавитном порядке, как на закрепленном диске, а совершенно произвольно. Так, можно предположить, что первой будет буква a, второй — c, третьей — e, и так заполняют 24 сектора (добавлены символы “&”, “k”, “h” и “y” [...]. Выполнив эти операции, маленький диск помещают на большой так, чтобы через их центры проходила общая ось, вокруг которой вращается подвижный маленький диск. На маленьком диске выберем букву, например, “k’’. Выровняем диски так, чтобы эта буква соответствовала одной из букв на большом диске, например, B. Эта буква и будет записана вместо “k” в передаваемом сообщении: Используя это положение дисков, каждую букву сообщения заменяют на букву закрепленного диска, которая находится над ней. После написания трех или четырех писем можно изменить положение дисков, чтобы “k’’ соответствовало, например, “D’’. Теперь в сообщении будет написана большая буква “D’’, и с этого места, “k’’ больше не шифруется буквой “B’’, а шифруется буквой “D’’, и все буквы неподвижного диска шифруются по-новому.