Nuo seniausių laikų šifrai buvo naudojami paslaptims saugoti. Viena iš seniausių šifravimo sistemų, apie kurią istorija mums atnešė, klajoja. Senovės graikai jį naudojo dar V amžiuje prieš Kristų. Tais laikais Sparta, remiama Persijos, kariavo prieš Atėnus. Spartos generolas Lysanderis ėmė įtarinėti persus dvigubu žaidimu. Jam skubiai reikėjo tikros informacijos apie jų ketinimus. Kritiškiausiu momentu iš persų stovyklos atvyko vergas pasiuntinys su oficialiu laišku. Perskaitęs laišką, Lysanderis pareikalavo iš pasiuntinio diržo. Pasirodo, kad ant šio diržo ištikima draugė (dabar sakytume „slaptas agentas“) Lysandra parašė užšifruotą žinutę. Ant pasiuntinio diržo buvo surašytos įvairios raidės, kurios nesudarė jokių žodžių. Be to, raidės buvo parašytos ne išilgai juosmens, o skersai. Lysanderis paėmė medinį tam tikro skersmens cilindrą (klajojo), apvyniojo pasiuntinio diržą aplink jį taip, kad diržo kraštai užsidarytų, o ant diržo išilgai cilindro generatūros buvo išspausdinta jo laukiama žinia. aukštyn. Paaiškėjo, kad persai sumanė smogti spartiečiams staigiu smūgiu į nugarą ir nužudė Lysanderio šalininkus. Gavęs šią žinią, Lysanderis netikėtai ir slapta nusileido netoli persų kariuomenės vietos ir staigiu smūgiu jas nugalėjo. Tai yra vienas iš pirmųjų žinomų atvejų istorijoje, kai šifravimo pranešimas atliko nepaprastai svarbų vaidmenį.
Tai buvo permutacinis šifras, kurio šifro tekstas susideda iš paprastų teksto raidžių, pertvarkytų pagal tam tikrą, bet pašaliniams nepažįstamą teisę. Šifravimo sistema čia yra raidžių permutacija, veiksmai - diržo apvyniojimas aplink klaidžiojimą. Šifravimo raktas yra klaidžiojimo skersmuo. Akivaizdu, kad pranešimo siuntėjas ir gavėjas turi turėti vienodo skersmens lynus. Tai atitinka taisyklę, kad šifravimo raktas turi būti žinomas tiek siuntėjui, tiek gavėjui. Klaidžiojimas yra paprasčiausias šifro tipas. Pakanka pasiimti keletą įvairaus skersmens klajonių, o užvyniojant diržą ant vieno iš jų, pasirodytų paprastas tekstas. Ši šifravimo sistema buvo iššifruota senovėje. Diržas buvo suvyniotas ant kūgio formos klajonės, šiek tiek smailėjantis. Kai kūginės skitala skerspjūvio skersmuo yra artimas šifravimui naudojamam skersmeniui, pranešimas iš dalies skaitomas, o po to diržas suvyniojamas aplink reikiamo skersmens skitą.
Julijus Cezaris plačiai naudojo kitokio tipo šifrus (pakaitinius šifrus), kuris netgi laikomas vieno iš šių šifrų išradėju. Cezario šifro idėja buvo ta, kad popieriuje (papirusas ar pergamentas) viena po kitos rašomos dvi tos kalbos abėcėlės, kuria bus parašytas pranešimas. Tačiau antroji abėcėlė rašoma po pirmąja su tam tikra (žinoma tik siuntėjui ir gavėjui, pamaina). Cezario šifrui šis poslinkis yra lygus trims pozicijoms. Vietoj atitinkamos paprastosios teksto raidės, kuri paimta iš pirmosios (viršutinės) abėcėlės, į pranešimą (šifruotą tekstą) įrašomas apatinis abėcėlės simbolis po šia raide. Natūralu, kad dabar tokią šifravimo sistemą gali lengvai sulaužyti net pasaulietis, tačiau tuo metu Cezario šifras buvo laikomas nepalaužiamu.
Kiek sudėtingesnį šifrą sugalvojo senovės graikai. Jie išrašė abėcėlę 5 x 5 lentelės pavidalu, nurodė eilutes ir stulpelius su simboliais (ty juos sunumeravo) ir vietoj paprasto teksto raidės parašė du simbolius. Jei šie simboliai pranešime pateikiami kaip vienas blokas, tai su trumpomis žinutėmis vienai konkrečiai lentelei toks šifras yra labai stabilus, net ir pagal šiuolaikines koncepcijas. Ši idėja, kuriai apie du tūkstančius metų, buvo panaudota sudėtinguose šifruose Pirmojo pasaulinio karo metais.
Romos imperijos žlugimą lydėjo kriptografijos nuosmukis. Istorija neišsaugojo jokios reikšmingos informacijos apie kriptografijos kūrimą ir taikymą ankstyvaisiais ir viduramžiais. Ir tik po tūkstančio metų Europoje atgimsta kriptografija. XVI amžius Italijoje yra intrigų, sąmokslo ir suirutės amžius. Borgia ir Medici klanai varžosi dėl politinės ir finansinės galios. Tokioje atmosferoje šifrai ir kodai tampa gyvybiškai svarbūs.
1518 m. Vokietijoje gyvenantis benediktinų vienuolis abatas Trithemius lotynų kalba išleido knygą „Poligrafija“. Tai buvo pirmoji knyga apie kriptografijos meną ir netrukus buvo išversta į prancūzų ir vokiečių kalbas.
1556 metais gydytojas ir matematikas iš Milano Girolamo Cardano paskelbė darbą, kuriame aprašė jo išrastą šifravimo sistemą, kuri į istoriją pateko kaip „Cardano Lattice“. Tai kieto kartono gabalas, kurio skylės išpjautos atsitiktine tvarka. „Cardano“grotelės buvo pirmasis permutacijos šifro pritaikymas.
Tai buvo laikoma absoliučiai stipriu šifru net ir praėjusio amžiaus antroje pusėje, turint pakankamai aukštą matematikos išsivystymo lygį. Taigi Juleso Verne'o, Mathiaso Sandoro, romane dramatiški įvykiai vystosi aplink šifruotą laišką, nusiųstą su balandžiu, bet netyčia pateko į politinio priešo rankas. Norėdami perskaityti šį laišką, jis įstojo į laiško autoriaus tarnautoją, siekdamas savo namuose rasti šifravimo tinklelį. Romane niekam nekyla mintis pabandyti iššifruoti raidę be rakto, remiantis tik žiniomis apie taikomą šifravimo sistemą. Beje, perimta raidė atrodė kaip 6 x 6 raidžių lentelė, o tai buvo šiurkšti šifravimo klaida. Jei ta pati raidė būtų parašyta eilutėje be tarpų, o bendras raidžių skaičius su priedu nebūtų buvęs 36, iššifruotojas vis tiek turėtų patikrinti hipotezes apie naudojamą šifravimo sistemą.
Galite suskaičiuoti šifravimo parinkčių, kurias suteikia 6 x 6 „Cardano“grotelės. Iššifruoti tokią gardelę kelias dešimtis milijonų metų! Cardano išradimas pasirodė nepaprastai atkaklus. Jos pagrindu Antrojo pasaulinio karo metu buvo sukurtas vienas patvariausių Didžiosios Britanijos jūrų šifrų.
Tačiau iki šiol buvo sukurti metodai, leidžiantys tam tikromis sąlygomis pakankamai greitai iššifruoti tokią sistemą.
Šios grotelės trūkumas yra būtinybė patikimai paslėpti pačią grotelę nuo nepažįstamų žmonių. Nors kai kuriais atvejais galima prisiminti laiko tarpsnių vietą ir jų numeravimo tvarką, patirtis rodo, kad negalima remtis žmogaus atmintimi, ypač kai sistema naudojama retai. Romane „Matthias Sandor“grotelių perėjimas į priešo rankas turėjo tragiškiausių pasekmių laiško autoriui ir visai revoliucinei organizacijai, kurios narys jis buvo. Todėl kai kuriais atvejais gali būti pageidautina mažiau stiprios, bet paprastesnės šifravimo sistemos, kurias lengva atkurti iš atminties.
Du žmonės vienodai sėkmingai galėtų pretenduoti į „šiuolaikinės kriptografijos tėvo“titulą. Tai italas Giovanni Battista Porta ir prancūzas Blaise'as de Vigenère'as.
1565 m. Neapolio matematikas Giovanni Porta paskelbė pakeitimo šifravimo sistemą, leidžiančią bet kokį paprastą tekstą pakeisti vienodomis raidėmis vienuolika skirtingų būdų. Tam paimta 11 šifravimo abėcėlių, kiekviena iš jų identifikuojama pagal raidžių porą, kuri nustato, kokia abėcėlė turėtų būti naudojama paprastą tekstą pakeisti šifro abėcėle. Kai naudojate „Ports“šifravimo abėcėlę, turite ne tik turėti 11 abėcėlių, bet ir turėti raktinį žodį, kuris apibrėžia atitinkamą šifravimo abėcėlę kiekviename šifravimo etape.
Giovanni Porta stalas
Paprastai pranešime esantis šifruotas tekstas rašomas vienu gabalu. Techninėse ryšio linijose jis paprastai perduodamas penkių skaitmenų grupių pavidalu, atskirtas viena nuo kitos tarpais, dešimt grupių eilutėje.
„Ports“sistema yra labai patvari, ypač pasirinkus savavališkai ir rašant abėcėlę, net ir pagal šiuolaikinius kriterijus. Tačiau tai turi ir trūkumų: abu korespondentai turi turėti gana sudėtingas lenteles, kurios turi būti saugomos nuo smalsių akių. Be to, reikia kažkaip susitarti dėl raktinio žodžio, kuris taip pat turi būti slaptas.
Šias problemas išsprendė diplomatas Vigenère'as. Romoje jis susipažino su Trithemius ir Cardano kūriniais ir 1585 metais išleido savo veikalą „Traktatas apie šifrus“. Kaip ir „Ports“metodas, „Vigenère“metodas pagrįstas lentele. Pagrindinis „Vigenere“metodo pranašumas yra jo paprastumas. Kaip ir uostų sistemai, „Vigenère“sistemai šifruoti reikia raktinio žodžio (arba frazės), kurio raidės nustato, kuri iš 26 šifravimo abėcėlių bus užšifruota kiekviena konkreti paprastojo teksto raidė. Pagrindinė teksto raidė apibrėžia stulpelį, t.y. specifinė šifro abėcėlė. Pati šifruoto teksto raidė yra lentelės viduje, atitinkanti paprasto teksto raidę. „Vigenere“sistemoje naudojami tik 26 šifravimo riebalai ir ji yra prastesnė už uostų sistemą. Tačiau „Vigenere“lentelę lengva atkurti iš atminties prieš šifravimą, o tada sunaikinti. Sistemos stabilumą galima padidinti sutarus ne dėl pagrindinio žodžio, o dėl ilgos raktinės frazės, tada šifrinių abėcėlių naudojimo laikotarpį bus daug sunkiau nustatyti.
Vigenère šifras
Visos šifravimo sistemos iki XX amžiaus buvo rankinės. Esant mažam šifravimo keitimo intensyvumui, tai nebuvo trūkumas. Viskas pasikeitė atsiradus telegrafui ir radijui. Didėjant keitimosi šifruotomis žinutėmis intensyvumu naudojant technines ryšio priemones, daug lengviau tapo prieinama pašaliniams asmenims prie perduodamų pranešimų. Labai padidėjo reikalavimai šifrų sudėtingumui, informacijos šifravimo (iššifravimo) greitis. Atsirado būtinybė mechanizuoti šį darbą.
Po Pirmojo pasaulinio karo prasidėjo sparti šifravimo verslo plėtra. Kuriamos naujos šifravimo sistemos, išrandamos mašinos, kurios pagreitina šifravimo (iššifravimo) procesą. Garsiausia buvo mechaninė šifravimo mašina „Hagelin“. Šių mašinų gamybos įmonę įkūrė švedas Borisas Hagelinas ir ji egzistuoja iki šiol. „Hagelin“buvo kompaktiškas, lengvai naudojamas ir suteikė didelį šifro stiprumą. Ši šifravimo mašina įgyvendino pakeitimo principą, o naudojamų šifravimo abėcėlių skaičius viršijo uostų sistemos, o perėjimas iš vienos šifravimo abėcėlės į kitą buvo atliktas pseudo atsitiktiniu būdu.
Automobilis Hagellin C-48
Technologiškai mašinos veikimui buvo naudojami pridedamų mašinų ir mechaninių automatinių mašinų veikimo principai. Vėliau ši mašina buvo patobulinta tiek matematiškai, tiek mechaniškai. Tai žymiai padidino sistemos patvarumą ir patogumą. Sistema pasirodė tokia sėkminga, kad pereinant prie kompiuterinių technologijų Hagelin principai buvo modeliuoti elektroniniu būdu.
Kitas alternatyvus šifravimo diegimo variantas buvo diskinės mašinos, kurios nuo pat pradžių buvo elektromechaninės. Pagrindinis automobilio šifravimo įrenginys buvo diskų rinkinys (nuo 3 iki 6 dalių), sumontuotas vienoje ašyje, bet ne standžiai ir taip, kad diskai galėtų suktis aplink ašį nepriklausomai vienas nuo kito. Diskas turėjo du pagrindus, pagamintus iš bakelito, į kuriuos kontaktiniai gnybtai buvo įspausti pagal abėcėlės raidžių skaičių. Šiuo atveju vienos bazės kontaktai savavališkai buvo elektriškai sujungti iš vidaus su kitos bazės kontaktais. Kiekvieno disko išvesties kontaktai, išskyrus paskutinį, yra prijungti per fiksuotas kontaktines plokšteles prie kito disko įvesties kontaktų. Be to, kiekvienas diskas turi flanšą su iškyšomis ir įdubomis, kurios kartu nustato kiekvieno disko žingsnio judesio pobūdį kiekvieno šifravimo ciklo metu. Kiekvieno laikrodžio ciklo metu šifravimas atliekamas impulsine įtampa per perjungimo sistemos įvesties kontaktą, atitinkantį paprastą tekstą. Perjungimo sistemos išėjime ant kontakto atsiranda įtampa, atitinkanti dabartinę šifruoto teksto raidę. Užbaigus vieną šifravimo ciklą, diskai yra pasukami nepriklausomai vienas nuo kito vienu ar keliais etapais (šiuo atveju kai kurie diskai gali būti nenaudojami kiekviename žingsnyje). Judesio dėsnis nustatomas pagal disko flanšų konfigūraciją ir gali būti laikomas pseudoatsitiktiniu. Šios mašinos buvo plačiai paplitusios, o jų idėjos taip pat buvo elektroniškai sumodeliuotos elektroninių kompiuterių eros atsiradimo metu. Tokių mašinų gaminamų šifrų stiprumas taip pat buvo išskirtinai didelis.
Antrojo pasaulinio karo metu „Enigma“disko aparatas buvo naudojamas šifruoti Hitlerio susirašinėjimą su Rommeliu. Viena iš transporto priemonių trumpam pateko į britų žvalgybos rankas. Padarę tikslią jo kopiją, britai sugebėjo iššifruoti slaptą korespondenciją.
Aktualus toks klausimas: ar įmanoma sukurti absoliučiai stiprų šifrą, t.y. toks, kuris net teoriškai nebūtų atskleistas. Kibernetikos tėvas Norbertas Wieneris teigė: „Bet koks pakankamai ilgas šifruoto teksto gabalas visada gali būti iššifruojamas, jei priešininkas turi tam pakankamai laiko … Bet kokį šifrą galima iššifruoti, jei tik to reikia skubiai ir informacija, kurią reikia gauti, yra vertinga. pastangų ir laiko priemonė “. Jei mes kalbame apie šifrą, sukurtą pagal bet kurį tiksliai ir nedviprasmiškai apibrėžtą algoritmą, kad ir koks sudėtingas jis būtų, tai iš tikrųjų taip ir yra.
Tačiau amerikiečių matematikas ir informacijos apdorojimo specialistas Claude'as Shannonas parodė, kad galima sukurti absoliučiai stiprų šifrą. Tuo pačiu metu nėra jokio praktinio skirtumo tarp absoliučiai stipraus šifro ir vadinamųjų praktinio stiprumo šifrų (įdiegtų naudojant specialiai sukurtus sudėtingus algoritmus). Visiškai stiprus šifras turi būti sukurtas ir naudojamas taip:
- šifras sugeneruojamas nenaudojant jokio algoritmo, o visiškai atsitiktinai (metant monetą, atsitiktinai atidarant kortelę iš gerai sumaišyto denio, sukuriant atsitiktinių skaičių seką atsitiktinių skaičių generatoriumi triukšmo diode ir pan.).);
- šifro teksto ilgis neturėtų viršyti sukurto šifro ilgio, t.y. vienas šifravimo simbolis naudojamas vieno paprasto teksto simboliui užšifruoti.
Natūralu, kad šiuo atveju turi būti įvykdytos visos teisingo šifravimo tvarkymo sąlygos, o svarbiausia, kad teksto negalima iš naujo užšifruoti naudojant vieną kartą jau panaudotą šifrą.
Visiškai stiprūs šifrai naudojami tais atvejais, kai turi būti garantuotas absoliutus neįmanoma iššifruoti korespondencijos priešo. Visų pirma tokius šifrus naudoja neteisėti agentai, veikiantys priešo teritorijoje ir naudojantys šifravimo užrašus. Užrašinė susideda iš puslapių su skaičių stulpeliais, pasirinktais visiškai atsitiktinai, vadinamu blokiniu šifru.
Šifravimo metodai yra skirtingi, tačiau vienas iš paprasčiausių yra toks. Abėcėlės raidės sunumeruotos dviženkliais skaičiais A - 01, B - 02 … Z - 32. Tada pranešimas „Pasirengęs susitikti“atrodo taip:
paprastas tekstas - PARUOŠTAS SUSITIKTI;
atviras skaitmeninis tekstas - 0415191503 11 03181917062406;
blokinis šifras - 1123583145 94 37074189752975;
šifruotas tekstas - 1538674646 05 30155096714371.
Šiuo atveju šifruotas tekstas gaunamas skaitmeniniu būdu pridedant paprastą skaitmeninį tekstą ir blokinį šifrą modulo 10 (t. Y. Neatsižvelgiama į perdavimo įrenginį, jei toks yra). Šifrinis tekstas, skirtas perduoti techninėmis ryšio priemonėmis, turi penkių skaitmenų grupių formą, šiuo atveju jis turėtų atrodyti taip: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (paskutiniai 4 skaitmenys pridedami savavališkai ir į juos neatsižvelgiama). Natūralu, kad reikia pranešti gavėjui, kuris šifravimo bloknoto puslapis naudojamas. Tai atliekama iš anksto nustatytoje vietoje paprastu tekstu (skaičiais). Po šifravimo panaudotas šifravimo programos puslapis yra išardomas ir sunaikinamas. Iššifruojant gautą kriptogramą iš šifravimo teksto, reikia atimti tą patį šifravimo modulį 10. Natūralu, kad toks sąsiuvinis turi būti saugomas labai gerai ir slaptai, nes pats jo buvimo faktas, jei jis tampa žinomas priešui, reiškia agento nesėkmę.
Elektroninių skaičiavimo prietaisų, ypač asmeninių kompiuterių, atsiradimas pažymėjo naują kriptografijos raidos erą. Tarp daugelio kompiuterio tipo įrenginių privalumų galima paminėti:
a) itin didelis informacijos apdorojimo greitis, b) galimybė greitai įvesti ir užšifruoti anksčiau paruoštą tekstą, c) galimybė naudoti sudėtingus ir labai stiprius šifravimo algoritmus, d) geras suderinamumas su šiuolaikinėmis ryšio priemonėmis, e) greita teksto vizualizacija su galimybe greitai jį atspausdinti arba ištrinti, f) galimybė turėti viename kompiuteryje įvairias šifravimo programas, blokuojančias prieigą prie jų
pašaliniai asmenys, naudojantys slaptažodžių sistemą arba vidinę šifravimo apsaugą, g) šifruotos medžiagos universalumą (t. y. esant tam tikroms sąlygoms, kompiuterinis šifravimo algoritmas gali užšifruoti ne tik raidinę ir skaitmeninę informaciją, bet ir pokalbius telefonu, fotografinius dokumentus ir vaizdo medžiagą).
Tačiau reikia pažymėti, kad organizuojant informacijos apsaugą jos kūrimo, saugojimo, perdavimo ir apdorojimo metu reikia vadovautis sistemingai. Yra daug galimų informacijos nutekėjimo būdų, ir net gera kriptografinė apsauga negarantuoja jos saugumo, nebent būtų imtasi kitų priemonių jai apsaugoti.
Nuorodos:
Adamenko M. Klasikinės kriptologijos pagrindai. Šifrų ir kodų paslaptys. M.: DMK spauda, 2012. S. 67-69, 143, 233-236.
Simonas S. Šifrų knyga. M.: Avanta +, 2009. S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
