Odnepaměti byly šifry používány k uchovávání tajemství. Jeden z nejstarších šifrovacích systémů, informace o tom, co k nám přinesla historie, bloudí. Používali ji staří Řekové již v 5. století před naším letopočtem. V té době vedla Sparta podporovaná Persií válku proti Athénám. Sparťanský generál Lysander začal podezírat Peršany z dvojité hry. Naléhavě potřeboval pravdivé informace o jejich záměrech. V nejkritičtějším okamžiku dorazil z perského tábora poselský otrok s oficiálním dopisem. Po přečtení dopisu Lysander požadoval od posla opasek. Ukazuje se, že na tento pás věrný přítel (nyní bychom řekli „tajný agent“) Lysandra napsal šifrovanou zprávu. Na opasek posla byla různě psána různá písmena, která nepřidávala k žádným slovům. Dopisy navíc nebyly psány podél pasu, ale napříč. Lysander vzal dřevěný válec o určitém průměru (putování), omotal kolem něj poslův pás takovým způsobem, že se okraje pásu zavřou, a zpráva, na kterou čekal, byla seřazena na pásu podél generatrixu válec. Ukázalo se, že Peršané se chystali zasáhnout Sparťany překvapivým bodnutím do zad a zabili Lysanderovy příznivce. Poté, co obdržel tuto zprávu, Lysander neočekávaně a tajně přistál poblíž místa perských vojsk a náhle je porazil. Jedná se o jeden z prvních známých případů v historii, kdy šifrovací zpráva hrála mimořádně důležitou roli.
Šlo o permutační šifru, jejíž šifrovací text se skládá z písmen prostého textu přeskupených podle určitého, ale cizím lidem neznámého zákona. Šifrovací systém je zde permutace písmen, akce jsou navíjení pásu kolem putování. Šifrovací klíč je průměr putování. Je jasné, že odesílatel a příjemce zprávy musí mít lana stejného průměru. To odpovídá pravidlu, že šifrovací klíč musí být znám odesílateli i příjemci. Putování je nejjednodušší typ šifry. Stačí vyzvednout několik bloudění různých průměrů a po navinutí pásu na jeden z nich se objeví prostý text. Tento šifrovací systém byl v dávných dobách dešifrován. Pás byl navinut na kónickou poutku s mírným zúžením. Tam, kde je průměr průřezu kuželové skitaly blízký průměru použitému pro šifrování, je zpráva částečně přečtena, načež je pás navinut kolem skitaly požadovaného průměru.
Julius Caesar široce používal šifry jiného typu (náhradní šifry), který je dokonce považován za vynálezce jedné z těchto šifer. Myšlenka Caesarovy šifry byla taková, že na papír (papyrus nebo pergamen) jsou dvě abecedy jazyka, ve kterém bude zpráva napsána, napsány pod sebou. Druhá abeceda je však zapsána pod první s určitým (znám pouze odesílateli a příjemci, posun). U Caesarovy šifry se tento posun rovná třem pozicím. Namísto odpovídajícího písmene prostého textu, které je převzato z první (horní) abecedy, je do zprávy (šifrový text) zapsán znak nižší abecedy pod tímto písmenem. Přirozeně nyní může takový šifrovací systém snadno rozbít i laik, ale v té době byla Caesarova šifra považována za nerozbitnou.
Poněkud složitější šifru vynalezli staří Řekové. Vypsali abecedu ve formě tabulky 5 x 5, označili řádky a sloupce symboly (to znamená, že je očíslovali) a místo písmene prostého textu napsali dva symboly. Pokud jsou tyto znaky uvedeny ve zprávě jako jeden blok, pak u krátkých zpráv pro jednu konkrétní tabulku je taková šifra velmi stabilní, a to i podle moderních konceptů. Tato myšlenka stará asi dva tisíce let byla použita ve složitých šiferch během první světové války.
Rozpad římské říše byl doprovázen úpadkem kryptografie. Historie nezachovala žádné významné informace o vývoji a aplikaci kryptografie v raném a středním středověku. A jen o tisíc let později kryptografie v Evropě znovu ožívá. Šestnácté století v Itálii je stoletím intrik, spiknutí a nepokojů. Klany Borgia a Medici soupeří o politickou a finanční moc. V takové atmosféře jsou šifry a kódy životně důležité.
V roce 1518 vydal opat Trithemius, benediktinský mnich žijící v Německu, knihu v latině s názvem Polygrafie. Byla to první kniha o umění kryptografie a brzy byla přeložena do francouzštiny a němčiny.
V roce 1556 vydal lékař a matematik z Milána Girolamo Cardano práci popisující šifrovací systém, který vynalezl a který vešel do historie jako „Cardano Lattice“. Jedná se o kus tvrdé lepenky s otvory vyříznutými v náhodném pořadí. Cardano mřížka byla první aplikací permutační šifry.
To bylo považováno za naprosto silnou šifru i ve druhé polovině minulého století s dostatečně vysokou úrovní rozvoje matematiky. V románu Julese Verna „Mathias Sandor“se tedy dramatické události vyvíjejí kolem šifrovacího dopisu posílaného holubicí, ale omylem se dostaly do rukou politického nepřítele. Aby si přečetl tento dopis, šel jako sluha k autorovi dopisu, aby v jeho domě našel šifrovací mřížku. V románu nikoho nenapadne pokusit se dešifrovat dopis bez klíče, pouze na základě znalosti aplikovaného šifrovacího systému. Mimochodem, zachycené písmeno vypadalo jako tabulka 6 x 6 písmen, což byla hrubá chyba šifrovače. Pokud by stejné písmeno bylo zapsáno do řetězce bez mezer a celkový počet písmen s pomocí sčítání nebyl 36, dešifrátor by přesto musel otestovat hypotézy o použitém šifrovacím systému.
Můžete spočítat počet možností šifrování, které poskytuje Cardano mřížka 6 x 6. Dešifrování takové mřížky trvá několik desítek milionů let! Cardanoův vynález se ukázal být extrémně houževnatý. Na jeho základě byla během druhé světové války vytvořena jedna z nejtrvanlivějších námořních šifer ve Velké Británii.
Nyní však již byly vyvinuty metody, které za určitých podmínek umožňují dostatečně rychle dešifrovat takový systém.
Nevýhodou této mříže je potřeba spolehlivě skrýt samotnou mříž před cizími lidmi. Ačkoli v některých případech je možné si pamatovat umístění slotů a pořadí jejich číslování, zkušenosti ukazují, že na paměť osoby, zvláště když je systém používán jen zřídka, se nelze spoléhat. V románu „Matthias Sandor“měl přechod mřížky do rukou nepřítele nejtragičtější důsledky pro autora dopisu a pro celou revoluční organizaci, jejíž byl členem. V některých případech proto mohou být vhodnější méně silné, ale jednodušší šifrovací systémy, které lze snadno obnovit z paměti.
Dva lidé by si mohli nárokovat titul „otec moderní kryptografie“se stejným úspěchem. Jsou to Ital Giovanni Battista Porta a Francouz Blaise de Vigenère.
V roce 1565 Giovanni Porta, matematik z Neapole, publikoval šifrovací systém založený na substituci, který umožňoval nahradit jakýkoli znak prostého textu šifrovacím písmenem jedenácti různými způsoby. K tomu je použito 11 šifrovacích abeced, přičemž každé z nich je identifikováno dvojicí písmen, která určují, která abeceda by měla být použita k nahrazení písmene prostého textu šifrovací abecedou. Když používáte šifrovací abecedy Ports, kromě 11 abeced musíte mít také klíčové slovo, které definuje odpovídající šifrovací abecedu v každém kroku šifrování.
Stůl Giovanniho Porty
Obvykle je šifrový text ve zprávě napsán v jednom kuse. Na technických komunikačních linkách se obvykle přenáší ve formě pětimístných skupin, oddělených od sebe mezerou, deset skupin na řádek.
Systém Ports má velmi vysokou trvanlivost, zejména při náhodném výběru a psaní abecedy, a to i podle moderních kritérií. Má to ale také nevýhody: oba korespondenti musí mít poměrně těžkopádné tabulky, které je třeba chránit před zvědavýma očima. Kromě toho se musíte nějak dohodnout na klíčovém slově, které by také mělo být tajné.
Tyto problémy vyřešil diplomat Vigenère. V Římě se seznámil s díly Trithemiuse a Cardana a v roce 1585 vydal své dílo „Pojednání o šifrách“. Stejně jako metoda Ports je metoda Vigenère založená na tabulkách. Hlavní výhodou metody Vigenere je její jednoduchost. Stejně jako systém Ports, systém Vigenère vyžaduje pro šifrování klíčové slovo (nebo frázi), jejichž písmena určují, která z 26 šifrovacích abeced bude šifrována jednotlivá písmena prostého textu. Klíčový textový dopis definuje sloupec, tj. konkrétní šifrovací abeceda. Písmeno samotného šifrového textu je uvnitř tabulky odpovídající písmenu prostého textu. Systém Vigenere používá pouze 26 šifrovacích tuků a má nižší pevnost než systém Ports. Ale tabulku Vigenere lze snadno obnovit z paměti před šifrováním a poté zničit. Stabilitu systému lze zvýšit dohodou ne na klíčovém slově, ale na dlouhé klíčové frázi, pak bude mnohem obtížnější určit dobu používání šifrovacích abeced.
Vigenèrova šifra
Všechny šifrovací systémy před dvacátým stoletím byly manuální. Při nízké intenzitě výměny šifer to nebyla nevýhoda. Všechno se změnilo s příchodem telegrafu a rádia. S nárůstem intenzity výměny šifrových zpráv technickými komunikačními prostředky se přístup nepovolaných osob k přenášeným zprávám výrazně usnadnil. Dramaticky se zvýšily požadavky na složitost šifer, rychlost šifrování (dešifrování) informací. Bylo nutné tuto práci mechanizovat.
Po první světové válce se šifrovací byznys začal rychle rozvíjet. Vyvíjejí se nové šifrovací systémy, vymýšlejí se stroje, které urychlují proces šifrování (dešifrování). Nejznámější byl stroj s mechanickou šifrou „Hagelin“. Společnost na výrobu těchto strojů založil Švéd Boris Hagelin a existuje dodnes. Hagelin byl kompaktní, snadno použitelný a poskytoval vysokou pevnost šifry. Tento šifrovací stroj implementoval princip náhrady a počet použitých šifrovacích abeced převyšoval systém portů a přechod z jedné šifrovací abecedy do druhé byl prováděn pseudonáhodným způsobem.
Auto Hagellin C-48
Technologicky provoz stroje využíval principy činnosti sčítacích strojů a mechanických automatů. Později tento stroj prošel vylepšeními, jak matematicky, tak mechanicky. To výrazně zvýšilo trvanlivost a použitelnost systému. Systém se ukázal být tak úspěšný, že během přechodu na počítačovou technologii byly principy stanovené v Hagelinu modelovány elektronicky.
Další možností implementace náhradní šifry byly diskové stroje, které byly od samého počátku elektromechanické. Hlavní šifrovací zařízení v autě byla sada disků (od 3 do 6 kusů), namontovaných na jedné ose, ale ne pevně, a takovým způsobem, že se disky mohly otáčet kolem osy nezávisle na sobě. Disk měl dvě základny, vyrobené z bakelitu, do kterých byly podle počtu písmen abecedy vtlačeny kontaktní terminály. V tomto případě byly kontakty jedné základny elektricky vnitřně spojeny s kontakty druhé základny ve dvojicích libovolným způsobem. Výstupní kontakty každého disku, kromě posledního, jsou prostřednictvím pevných kontaktních desek spojeny se vstupními kontakty dalšího disku. Každý disk má navíc přírubu s výstupky a prohlubněmi, které společně určují povahu krokového pohybu každého disku v každém šifrovacím cyklu. V každém hodinovém cyklu je šifrování prováděno pulzním napětím přes vstupní kontakt spínacího systému odpovídající písmenu prostého textu. Na výstupu spínacího systému se na kontaktu objeví napětí, které odpovídá aktuálnímu písmenu šifrového textu. Po dokončení jednoho cyklu šifrování se disky otočí nezávisle na sobě o jeden nebo několik kroků (v tomto případě mohou být některé disky v každém kroku zcela nečinné). Zákon pohybu je určen konfigurací přírub disku a lze jej považovat za pseudonáhodný. Tyto stroje byly rozšířené a myšlenky za nimi byly také elektronicky modelovány během příchodu éry elektronických počítačů. Síla šifer vyráběných takovými stroji byla také výjimečně vysoká.
Během druhé světové války byl k zašifrování Hitlerovy korespondence s Rommelem použit diskový stroj Enigma. Jedno z vozidel se na krátkou dobu dostalo do rukou britské rozvědky. Po vytvoření jeho přesné kopie mohli Britové dešifrovat tajnou korespondenci.
Na místě je následující otázka: je možné vytvořit absolutně silnou šifru, tj. takový, který by byl odhalen i teoreticky. Otec kybernetiky Norbert Wiener tvrdil: „Jakýkoli dostatečně dlouhý kus šifrového textu lze vždy dešifrovat za předpokladu, že na to má oponent dostatek času … Každou šifru lze dešifrovat, pouze pokud je to naléhavě nutné a informace, které mají být získány, stojí za to. prostředky úsilí a času “. Pokud mluvíme o šifře generované v souladu s jakýmkoli přesně a jednoznačně definovaným algoritmem, bez ohledu na to, jak složité to může být, pak tomu tak skutečně je.
Americký matematik a specialista na zpracování informací Claude Shannon však ukázal, že lze vytvořit naprosto silnou šifru. Současně neexistuje žádný praktický rozdíl mezi absolutně silnou šifrou a takzvanými šifry praktické síly (implementovány pomocí speciálně vyvinutých komplexních algoritmů). Absolutně silná šifra musí být vygenerována a použita následujícím způsobem:
- šifra není generována pomocí žádného algoritmu, ale zcela náhodným způsobem (hod mincí, otevření karty náhodně z dobře promíchaného balíčku, generování sekvence náhodných čísel generátorem náhodných čísel na šumové diodě atd..);
- délka šifrového textu by neměla překročit délku generované šifry, tj. k zašifrování jednoho znaku prostého textu se použije jeden šifrovací znak.
V tomto případě musí být přirozeně splněny všechny podmínky pro správné zacházení se šiframi a především nelze text znovu zašifrovat šifrou, která již byla jednou použita.
Naprosto silné šifry se používají v případech, kdy musí být zaručena absolutní nemožnost dešifrování nepřítele korespondence. Zejména takové šifry používají nelegální agenti působící na nepřátelském území a využívající šifrovací poznámky. Notebook se skládá ze stránek se sloupci čísel, vybraných náhodně a nazývaných bloková šifra.
Metody šifrování jsou různé, ale jedna z nejjednodušších je následující. Písmena abecedy jsou očíslována dvoucifernými čísly A - 01, B - 02 … Z - 32. Poté vypadá zpráva „Připraveno k setkání“takto:
prostý text - PŘIPRAVENO KE SEZNÁNÍ;
otevřený digitální text - 0415191503 11 03181917062406;
bloková šifra - 1123583145 94 37074189752975;
šifrový text - 1538674646 05 30155096714371.
V tomto případě je šifrový text získán numerickým sčítáním prostého digitálního textu a blokového šifrovacího modulu 10 (tj. Přenosová jednotka, pokud existuje, není brána v úvahu). Šifrový text určený k přenosu technickými komunikačními prostředky má podobu pětimístných skupin, v tomto případě by měl vypadat takto: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (poslední 4 číslice se přidávají libovolně a nejsou brány v úvahu). Přirozeně je nutné příjemci oznámit, která stránka šifrovacího notebooku je použita. To se provádí na předem určeném místě v prostém textu (v číslech). Po šifrování je použitá stránka cipherpadu vytržena a zničena. Při dešifrování přijatého kryptogramu je třeba stejnou šifru odečíst modulo 10 od šifrového textu. Přirozeně musí být takový notebook velmi dobře a tajně uchováván, protože samotná skutečnost jeho přítomnosti, pokud se o něm dozví nepřítel, znamená selhání agenta.
Příchod elektronických výpočetních zařízení, zejména osobních počítačů, znamenal novou éru ve vývoji kryptografie. Mezi mnoha výhodami zařízení počítačového typu lze poznamenat následující:
a) mimořádně vysoká rychlost zpracování informací, b) schopnost rychle zadávat a šifrovat dříve připravený text, c) možnost použití složitých a extrémně silných šifrovacích algoritmů, d) dobrá kompatibilita s moderními komunikačními prostředky, e) rychlá vizualizace textu s možností rychlého tisku nebo vymazání, f) schopnost mít v jednom počítači různé šifrovací programy s blokováním přístupu k nim
neoprávněné osoby využívající systém hesel nebo interní krypto ochranu, g) univerzálnost šifrovaného materiálu (tj. za určitých podmínek může počítačový šifrovací algoritmus šifrovat nejen alfanumerické informace, ale také telefonní konverzace, fotografické dokumenty a video materiály).
Je však třeba poznamenat, že při organizaci ochrany informací během jejich vývoje, ukládání, přenosu a zpracování by měl být uplatňován systematický přístup. Existuje mnoho možných způsobů úniku informací a ani dobrá krypto ochrana nezaručuje její bezpečnost, pokud nejsou přijata jiná opatření k její ochraně.
Reference:
Adamenko M. Základy klasické kryptologie. Tajemství šifer a kódů. M.: DMK press, 2012. S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Kniha šifer. M.: Avanta +, 2009. S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
