Kopš neatminamiem laikiem noslēpumu glabāšanai tika izmantoti šifri. Viena no senākajām šifrēšanas sistēmām, par kuru vēsture mums ir devusi informāciju, ir klīstoša. Senie grieķi to izmantoja jau 5. gadsimtā pirms mūsu ēras. Tajos laikos Persija atbalstīja Sparta karoja pret Atēnām. Spartas ģenerālis Lisanders sāka aizdomāties par persiešu dubultspēli. Viņam steidzami bija nepieciešama patiesa informācija par viņu nodomiem. Kritiskākajā brīdī no Persijas nometnes ieradās ziņu vergs ar oficiālu vēstuli. Izlasījis vēstuli, Lysanders no sūtņa pieprasīja jostu. Izrādās, ka uz šīs jostas uzticīgs draugs (tagad mēs teiktu "slepenais aģents") Lysandra uzrakstīja šifrētu ziņu. Uz sūtņa jostas dažādas vēstules tika uzrakstītas nesakārtotā veidā, kas nesasniedza nevienu vārdu. Turklāt burti tika rakstīti nevis gar jostasvietu, bet pāri. Lisanders paņēma koka cilindru ar noteiktu diametru (klaiņojošu), apvija sūtņa jostu ap to tā, ka jostas malas kļūst aizvērtas, un uz jostas gar cilindra ģeneratoru tika izklāta viņa gaidītā ziņa. uz augšu. Izrādījās, ka persieši plānoja trāpīt spartiešiem ar pārsteiguma dūrienu mugurā un nogalināja Lysandera atbalstītājus. Saņēmis šo ziņu, Lysanders negaidīti un slepeni nolaidās netālu no persiešu karaspēka atrašanās vietas un ar pēkšņu triecienu viņus uzvarēja. Šis ir viens no pirmajiem zināmajiem gadījumiem vēsturē, kad šifra ziņojumam bija ārkārtīgi svarīga loma.
Tas bija permutācijas šifrs, kura šifra teksts sastāv no vienkārša teksta burtiem, kas pārkārtoti saskaņā ar noteiktu, bet nepazīstamu likumu. Šifrēšanas sistēma šeit ir burtu permutācija, darbības ir jostas tinums ap klaiņošanu. Šifra atslēga ir klejojuma diametrs. Ir skaidrs, ka ziņojuma sūtītājam un saņēmējam jābūt vienāda diametra virvēm. Tas atbilst noteikumam, ka šifrēšanas atslēgai jābūt zināmai gan sūtītājam, gan saņēmējam. Klejošana ir vienkāršākais šifra veids. Pietiek uzņemt vairākus dažāda diametra klejojumus, un pēc jostas uzvilkšanas vienā no tiem parādīsies vienkāršs teksts. Šī šifrēšanas sistēma tika atšifrēta senos laikos. Josta tika uzvilkta uz konusveida klejojuma ar nelielu konusu. Ja koniskā skitala šķērsgriezuma diametrs ir tuvu šifrēšanai izmantotajam diametram, ziņojums tiek daļēji nolasīts, pēc tam josta tiek uztīta ap vajadzīgā diametra skitolu.
Jūlijs Cēzars plaši izmantoja cita veida šifrus (nomaiņas šifrus), kurš pat tiek uzskatīts par viena no šiem šifriem izgudrotāju. Cēzara šifra ideja bija tāda, ka uz papīra (papiruss vai pergaments) divi valodas alfabēti, kurā tiks rakstīts ziņojums, ir uzrakstīti viens zem otra. Tomēr otrais alfabēts ir rakstīts zem pirmā ar noteiktu (zināms tikai sūtītājam un saņēmējam, maiņa). Cēzara šifram šī nobīde ir vienāda ar trim pozīcijām. Atbilstošā vienkāršā teksta burta vietā, kas ņemts no pirmā (augšējā) alfabēta, ziņojumā (šifrētais teksts) tiek ierakstīta zem šī burta esošā apakšējā alfabēta rakstzīme. Dabiski, ka tagad šādu šifru sistēmu var viegli salauzt pat nespeciālists, taču tolaik Cēzara šifrs tika uzskatīts par nesalaužamu.
Nedaudz sarežģītāku šifru izgudroja senie grieķi. Viņi izrakstīja alfabētu 5 x 5 tabulas veidā, iezīmēja rindas un kolonnas ar simboliem (t.i., numurēja tos), un vienkārša teksta burta vietā uzrakstīja divus simbolus. Ja šīs rakstzīmes ziņojumā ir norādītas kā viens bloks, tad ar īsziņām vienai konkrētai tabulai šāds šifrs ir ļoti stabils pat saskaņā ar mūsdienu jēdzieniem. Šī ideja, kas ir aptuveni divus tūkstošus gadu veca, Pirmā pasaules kara laikā tika izmantota sarežģītos šifros.
Romas impērijas sabrukumu pavadīja kriptogrāfijas pagrimums. Vēsture nav saglabājusi būtisku informāciju par kriptogrāfijas attīstību un pielietošanu viduslaikos. Un tikai pēc tūkstoš gadiem kriptogrāfija Eiropā atjaunojas. Sešpadsmitais gadsimts Itālijā ir intrigu, sazvērestības un satricinājumu gadsimts. Bordžijas un Mediči klani cīnās par politisko un finansiālo varu. Šādā atmosfērā šifri un kodi kļūst vitāli svarīgi.
1518. gadā abats Tritēmijs, benediktiešu mūks, kas dzīvo Vācijā, latīņu valodā publicēja grāmatu ar nosaukumu Poligrāfija. Tā bija pirmā grāmata par kriptogrāfijas mākslu un drīz tika tulkota franču un vācu valodā.
1556. gadā ārsts un matemātiķis no Milānas Žirolamo Kardano publicēja darbu, kurā aprakstīta viņa izgudrotā šifrēšanas sistēma, kas vēsturē iegāja kā "Kardano režģis". Tas ir cieta kartona gabals ar caurumiem, kas izgriezti nejaušā secībā. Cardano režģis bija pirmais permutācijas šifra pielietojums.
Tas tika uzskatīts par absolūti spēcīgu šifru pat pagājušā gadsimta otrajā pusē ar pietiekami augstu matemātikas attīstības līmeni. Tādējādi Žila Verna romānā Matiass Sandors dramatiski notikumi attīstās ap šifrētu vēstuli, kas nosūtīta ar balodi, bet nejauši nonāca politiskā ienaidnieka rokās. Lai izlasītu šo vēstuli, viņš pierakstījās kā vēstules autora kalps ar mērķi atrast šifrēšanas režģi savā mājā. Romānā nevienam nav idejas mēģināt atšifrēt vēstuli bez atslēgas, pamatojoties tikai uz zināšanām par lietišķo šifrēšanas sistēmu. Starp citu, pārtvertā vēstule izskatījās pēc 6 x 6 burtu tabulas, kas bija rupja šifrētāja kļūda. Ja viena un tā pati vēstule būtu rakstīta rindā bez atstarpēm un kopējais burtu skaits ar pielikuma palīdzību nebūtu bijis 36, atšifrētājam joprojām būtu jāpārbauda hipotēzes par izmantoto šifrēšanas sistēmu.
Jūs varat saskaitīt šifrēšanas iespēju skaitu, ko nodrošina 6 x 6 Cardano režģis. Šāda režģa atšifrēšana vairākus desmitus miljonu gadu! Kardano izgudrojums izrādījās ārkārtīgi sīksts. Uz tā pamata Otrā pasaules kara laikā tika izveidots viens no izturīgākajiem jūras šifriem Lielbritānijā.
Tomēr līdz šim ir izstrādātas metodes, kas noteiktos apstākļos ļauj pietiekami ātri atšifrēt šādu sistēmu.
Šī režģa trūkums ir nepieciešamība droši slēpt pašu režģi no svešiniekiem. Lai gan dažos gadījumos ir iespējams atcerēties laika nišu atrašanās vietu un to numerācijas secību, pieredze rāda, ka nevar paļauties uz personas atmiņu, it īpaši, ja sistēma tiek izmantota reti. Romānā "Matiass Sandors" režģa pāriešana ienaidnieka rokās radīja traģiskākās sekas vēstules autoram un visai revolucionārajai organizācijai, kuras biedrs viņš bija. Tāpēc dažos gadījumos var būt vēlamas mazāk spēcīgas, bet vienkāršākas šifrēšanas sistēmas, kuras ir viegli atgūt no atmiņas.
Divi cilvēki ar vienādiem panākumiem varēja pretendēt uz "mūsdienu kriptogrāfijas tēva" titulu. Tie ir itālis Džovanni Batista Porta un francūzis Blēzs de Vigenjē.
1565. gadā Neapoles matemātiķis Džovanni Porta publicēja aizvietošanas šifrēšanas sistēmu, kas vienpadsmit dažādos veidos ļāva jebkuru vienkārša teksta rakstzīmi aizstāt ar šifra burtu. Šim nolūkam tiek ņemti 11 šifra alfabēti, katrs no tiem ir identificēts ar burtu pāri, kas nosaka, kurš alfabēts jāizmanto, lai aizstātu vienkāršā teksta burtu ar šifra alfabētu. Izmantojot portu šifra alfabētus, papildus 11 alfabētiem jums ir jābūt arī atslēgvārdam, kas katrā šifrēšanas posmā nosaka atbilstošo šifra alfabētu.
Džovanni Portas galds
Parasti ziņojumā esošais šifrētais teksts tiek rakstīts vienā gabalā. Tehniskajās sakaru līnijās to parasti pārraida piecu ciparu grupu veidā, kuras viena no otras atdala atstarpe, desmit grupas katrā rindā.
Ostu sistēmai ir ļoti augsta izturība, it īpaši ar patvaļīgu izvēli un alfabēta rakstīšanu pat saskaņā ar mūsdienu kritērijiem. Bet tam ir arī trūkumi: abiem korespondentiem ir jābūt diezgan apgrūtinošiem galdiem, kas jāsargā no ziņkārīgo acīm. Turklāt jums kaut kādā veidā jāvienojas par atslēgvārdu, kuram arī jābūt slepenam.
Šīs problēmas atrisināja diplomāts Vīgenērs. Romā viņš iepazinās ar Trithemius un Cardano darbiem un 1585. gadā publicēja savu darbu "Traktāts par šifriem". Tāpat kā Portu metode, arī Vigenère metode ir balstīta uz tabulu. Vigenere metodes galvenā priekšrocība ir tās vienkāršība. Tāpat kā portu sistēma, arī Vigenère sistēma šifrēšanai pieprasa atslēgvārdu (vai frāzi), kuras burti nosaka, kurš no 26 šifra alfabēta šifrēs katru konkrēto vienkāršā teksta burtu. Atslēgas teksta burts nosaka kolonnu, t.i. īpašs šifra alfabēts. Šifrētā teksta burts atrodas tabulas iekšpusē, kas atbilst vienkāršā teksta burtam. Vigenere sistēma izmanto tikai 26 šifra taukus, un tā stiprums ir zemāks par ostu sistēmu. Bet Vigenere tabulu ir viegli atjaunot no atmiņas pirms šifrēšanas un pēc tam iznīcināt. Sistēmas stabilitāti var palielināt, vienojoties nevis par atslēgas vārdu, bet par garu atslēgas frāzi, tad šifra alfabētu lietošanas periodu būs daudz grūtāk noteikt.
Vīgenēra šifrs
Visas šifrēšanas sistēmas pirms divdesmitā gadsimta bija manuālas. Ar zemu šifru apmaiņas intensitāti tas nebija trūkums. Viss mainījās līdz ar telegrāfa un radio parādīšanos. Palielinoties šifrēto ziņojumu apmaiņas intensitātei, izmantojot tehniskus saziņas līdzekļus, nepiederošu personu piekļuve pārraidītajiem ziņojumiem ir kļuvusi daudz vieglāka. Prasības šifru sarežģītībai, informācijas šifrēšanas (atšifrēšanas) ātrumam ir krasi palielinājušās. Bija nepieciešams šo darbu mehanizēt.
Pēc Pirmā pasaules kara sākās strauja šifrēšanas biznesa attīstība. Tiek izstrādātas jaunas šifrēšanas sistēmas, tiek izgudrotas mašīnas, kas paātrina šifrēšanas (atšifrēšanas) procesu. Visslavenākā bija mehāniskā šifrēšanas mašīna "Hagelin". Šo mašīnu ražošanas uzņēmumu dibināja zviedrs Boriss Hagelins, un tas pastāv arī šodien. Hagelin bija kompakts, viegli lietojams un nodrošināja augstu šifra izturību. Šī šifrēšanas iekārta ieviesa aizstāšanas principu, un izmantoto šifru alfabētu skaits pārsniedza portu sistēmu, un pāreja no viena šifra alfabēta uz otru tika veikta pseidogadījuma veidā.
Automašīna Hagellin C-48
Tehnoloģiski mašīnas darbībā tika izmantoti mašīnu un mehānisko automātisko mašīnu pievienošanas darbības principi. Vēlāk šī mašīna tika uzlabota gan matemātiski, gan mehāniski. Tas ievērojami palielināja sistēmas izturību un lietojamību. Sistēma izrādījās tik veiksmīga, ka, pārejot uz datortehnoloģiju, Hagelin noteiktie principi tika elektroniski modelēti.
Vēl viena alternatīva šifra ieviešanai bija disku iekārtas, kuras jau no paša sākuma bija elektromehāniskas. Automašīnas galvenā šifrēšanas ierīce bija disku komplekts (no 3 līdz 6 gabaliem), kas uzstādīts uz vienas ass, bet ne stingri, un tādā veidā, lai diski varētu griezties ap asi neatkarīgi viens no otra. Diskam bija divas pamatnes, kas izgatavotas no bakelīta, un tajās saspiesti kontakti saskaņā ar alfabēta burtu skaitu. Šajā gadījumā vienas bāzes kontakti tika elektriski savienoti ar otras pamatnes kontaktiem pa pāriem patvaļīgā veidā. Katra diska izejas kontakti, izņemot pēdējo, ir savienoti caur fiksētām kontaktu plāksnēm ar nākamā diska ievades kontaktiem. Turklāt katram diskam ir atloks ar izvirzījumiem un depresijām, kas kopā nosaka katra diska soļa kustības raksturu katrā šifrēšanas ciklā. Katrā pulksteņa ciklā šifrēšanu veic ar impulsa sprieguma padevi caur komutācijas sistēmas ieejas kontaktu, kas atbilst vienkārša teksta burtam. Komutācijas sistēmas izejā uz kontakta parādās spriegums, kas atbilst šifrētā teksta pašreizējam burtam. Pēc viena šifrēšanas cikla pabeigšanas diski tiek pagriezti neatkarīgi viens no otra par vienu vai vairākiem soļiem (šajā gadījumā daži diski var būt dīkstāvē vispār). Kustības likumu nosaka diska atloku konfigurācija, un to var uzskatīt par pseidogadījumu. Šīs mašīnas bija plaši izplatītas, un to pamatā esošās idejas tika elektroniski modelētas elektroniskās skaitļošanas laikmeta parādīšanās laikā. Šādu mašīnu ražoto šifru izturība bija arī ārkārtīgi augsta.
Otrā pasaules kara laikā Enigma diska mašīna tika izmantota, lai šifrētu Hitlera saraksti ar Rommelu. Viens no transportlīdzekļiem uz īsu laiku nonāca britu izlūkdienestu rokās. Izveidojot precīzu tā kopiju, briti varēja atšifrēt slepeno saraksti.
Ir aktuāls šāds jautājums: vai ir iespējams izveidot absolūti spēcīgu šifru, t.i. tādu, kas nebūtu atklāts pat teorētiski. Kibernētikas tēvs Norberts Vīners apgalvoja: “Jebkuru pietiekami garu šifrētā teksta gabalu vienmēr var atšifrēt, ja vien pretiniekam tam ir pietiekami daudz laika … Jebkuru šifru var atšifrēt, ja vien tas ir steidzami nepieciešams un informācija, ko paredzēts iegūt, ir izmaksu vērta. pūļu un laika līdzekļi . Ja mēs runājam par šifru, kas ģenerēts saskaņā ar jebkuru precīzi un nepārprotami definētu algoritmu, lai cik sarežģīts tas nebūtu, tad tas tā patiešām ir.
Tomēr amerikāņu matemātiķis un informācijas apstrādes speciālists Klods Šenons parādīja, ka var izveidot absolūti spēcīgu šifru. Tajā pašā laikā nav praktiskas atšķirības starp absolūti spēcīgu šifru un tā sauktajiem praktiskajiem spēka šifriem (īstenoti, izmantojot īpaši izstrādātus sarežģītus algoritmus). Ir jāizstrādā un jāizmanto absolūti spēcīgs šifrs:
- šifrs tiek ģenerēts, neizmantojot nevienu algoritmu, bet pilnīgi nejauši (metot monētu, atverot karti pēc nejaušības principa no labi sajaukta klāja, nejaušu skaitļu ģeneratoru ģenerējot ar trokšņa diodi utt..);
- šifrētā teksta garums nedrīkst pārsniegt ģenerētā šifra garumu, t.i. vienu šifra rakstzīmi izmanto, lai šifrētu vienu vienkāršā teksta rakstzīmi.
Protams, šajā gadījumā ir jāizpilda visi nosacījumi pareizai šifru apstrādei, un, pirmkārt, tekstu nevar atkārtoti šifrēt ar šifru, kas jau ir izmantots vienu reizi.
Pilnīgi spēcīgi šifri tiek izmantoti gadījumos, kad ir jāgarantē korespondences ienaidnieka pilnīga atšifrēšanas neiespējamība. Jo īpaši šādus šifrus izmanto nelegālie aģenti, kas darbojas ienaidnieka teritorijā un izmanto šifrētas piezīmes. Piezīmju grāmatiņa sastāv no lapām ar ciparu kolonnām, kuras tiek izvēlētas pilnīgi nejauši, ko sauc par bloka šifru.
Šifrēšanas metodes ir atšķirīgas, taču viena no vienkāršākajām ir šāda. Alfabēta burti ir numurēti ar divciparu cipariem A - 01, B - 02 … Z - 32. Tad ziņojums "Gatavs satikties" izskatās šādi:
vienkāršs teksts - GATAVS SATIKTIES;
atvērts digitālais teksts - 0415191503 11 03181917062406;
bloka šifrs - 1123583145 94 37074189752975;
šifrēts teksts - 1538674646 05 30155096714371.
Šādā gadījumā šifrēto tekstu iegūst, skaitliski pievienojot vienkāršu digitālo tekstu un bloka šifru modulo 10 (t.i., pārsūtīšanas vienība, ja tāda ir, netiek ņemta vērā). Šifrētajam tekstam, kas paredzēts pārsūtīšanai, izmantojot tehniskos saziņas līdzekļus, ir piecu ciparu grupas, šajā gadījumā tam vajadzētu izskatīties šādi: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (pēdējie 4 cipari tiek pievienoti patvaļīgi un netiek ņemti vērā). Protams, ir jāpaziņo saņēmējam, kura šifrētās piezīmju grāmatiņas lapa tiek izmantota. Tas tiek darīts iepriekš noteiktā vietā vienkāršā tekstā (skaitļos). Pēc šifrēšanas izmantotā šifrēšanas lapas lapa tiek izplēsta un iznīcināta. Atšifrējot saņemto kriptogrammu no šifrētā teksta, jums ir jāatņem tas pats šifra modulo 10. Protams, šāda piezīmju grāmatiņa ir jāglabā ļoti labi un slepeni, jo pats tās klātbūtnes fakts, ja tas kļūst zināms ienaidniekam, nozīmē aģenta neveiksmi.
Elektronisko skaitļošanas ierīču, īpaši personālo datoru, ienākšana iezīmēja jaunu ēru kriptogrāfijas attīstībā. Starp daudzajām datora tipa ierīču priekšrocībām var atzīmēt:
a) ārkārtīgi liels informācijas apstrādes ātrums, b) spēja ātri ievadīt un šifrēt iepriekš sagatavotu tekstu, c) iespēja izmantot sarežģītus un ārkārtīgi spēcīgus šifrēšanas algoritmus, d) laba saderība ar modernām sakaru iekārtām, e) ātra teksta vizualizācija ar iespēju to ātri izdrukāt vai izdzēst, f) iespēja vienā datorā atrast dažādas šifrēšanas programmas, bloķējot piekļuvi tām
nepiederošas personas, kas izmanto paroļu sistēmu vai iekšējo kriptogrāfijas aizsardzību, g) šifrētā materiāla universālums (t.i., noteiktos apstākļos datora šifrēšanas algoritms var šifrēt ne tikai burtciparu informāciju, bet arī telefona sarunas, fotodokumentus un video materiālus).
Tomēr jāatzīmē, ka, organizējot informācijas aizsardzību tās izstrādes, uzglabāšanas, pārsūtīšanas un apstrādes laikā, ir jāievēro sistemātiska pieeja. Ir daudzi iespējamie informācijas noplūdes veidi, un pat laba kriptogrāfijas aizsardzība negarantē tās drošību, ja vien netiek veikti citi pasākumi tās aizsardzībai.
Atsauces:
Adamenko M. Klasiskās kriptoloģijas pamati. Šifru un kodu noslēpumi. M.: DMK prese, 2012. S. 67-69, 143, 233-236.
Simons S. Šifru grāmata. M.: Avanta +, 2009. S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
