Шифрованный мир. Азы криптографии и задачи по криптоанализу

Жельников В. Становление науки криптологии // Криптография от папируса до компьютера. – М.: ABF, 1996. – 335 с. – ISBN 5-87484-054-0.

В 1549 году в России учреждена первая государственная шифровальная служба – «посольский приказ» с «циферным отделением».

В 1550 году итальянский математик Джероламо Кардано, состоящий на службе у самого Папы Римского

Жельников В. Становление науки криптологии // Криптография от папируса до компьютера. – М.: ABF, 1996. – 335 с. – ISBN 5-87484-054-0.

изобрёл новый шифр – решётку Кардано.

Этот метод похож на спартанскую скиталу – сами буквы текста не изменяются, однако добавляются много лишних. В отличие от скиталы вместо алгоритма определения шифрованного текста, который можно просто подобрать здесь используется специальный шаблон – решётка из листа картона, пергамента, или тонкого металла. Также если шифровка скиталой была перехвачена, сразу было понятно, что тут что-то зашифровано, а шифровку решёткой Кардано можно замаскировать под обычное письмо, вставив в пустые места не случайные символы, а подходящие под синтаксис естественного языка, хотя мысли об этом высказывались ещё век назад Леоном Альберти.

Пример письма, скрытого решёткой Кардано

В 1585 году Блез де Вижинер наконец-то рассказал о шифре Тритемия широкому читателю в своей книге.

В этом труде он также замечает:

«Все вещи в мире представляют собой шифр. Вся природа является просто шифром и секретным письмом».

«Трактат о шифрах» – Посол Франции в Риме Блез де Виженер

В 1605 году выходит книга «О преумножении наук» Фрэнсиса Бэкона, в которой он представил свой шифр: каждая буква алфавита кодируется в двоичной системе (для этого достаточно 5 бит на букву) – например буква А – это 00000, Б = 00001, Е = 00101 и т.п., далее берётся любой открытый достаточно длинный текст и в соответствии с полученной кодировкой шифруемого сообщения, буквы открытого текста соответствующие единице немного изменяются (например, пишутся курсивом или другим шрифтом). Таким образом, с виду не сразу может быть понятно, что тут вообще что-то зашифровано. Например, попробуйте разгадать, что я тут зашифровал: Тётя Марта заболелаи желаетвидеть тебя. Будь добр, ну приезжай к нам хотя бы на неделю!

(подсказка: пробел и знаки препинания не учитываются, Й не включён в алфавит, а стандартную таблицу кодировки для шифра Бэкона Вы можете найти в конце книги).

А теперь представьте, что у Вас и Вашего друга есть своя такая таблица кодировок, взломать шифр становится уже труднее, однако, зная основной принцип, такой шифр сводится к шифру простой замены.

В 1630-е во Франции первый профессиональный криптоаналитик Антуан Россиньоль при поддержке Людовика XIII разработал «Великий Шифр». Он

получил такое название из-за своей стойкости и репутации невзламываемого

Великий Шифр – Википедия (https://ridero.ru/link/8ewtNUSHF-Zu9rJ-4O0VM)

(более двух столетий никто не мог взломать его). Шифр представлял собой набор из огромного количества чисел (уникальными же были лишь 587), большая часть которых обозначает слоги. Однако, некоторые числа обозначали буквы или же целые слова, для часто употребляемых букв и слогов существовало несколько чисел, а одно число служило ловушкой для криптоаналитиков – оно ничего не обозначало, а отменяло предыдущее число.

Также

Антуану Россиньолю принадлежит доктрина, согласно которой стойкость шифра должна определяться видом зашифрованной информации. Для военного времени достаточной будет являться стойкость, если сообщение с приказом армейскому подразделению не будет расшифровано противником хотя бы до момента исполнения получателем, а для дипломатической почты шифр должен обеспечивать сохранность на десятки лет.

В 1750-х годах в России от шифров стали требовать алфавиты мощностью более чем в тысячу символов.

Соболева Т. А. Введение // История шифровального дела в России. – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2002. – 512 с. – (Досье). – 5000 экз. – ISBN 5-224-03634-8.

Таким образом, осуществлялась защита от частотного криптоанализа, и можно было зашифровать сообщение, части которого написаны на нескольких языках.

В 18 веке Бенедикт Арнольд, генерал армии США, использовал «кодовую книгу», копия которой должна быть у каждого отправителя и получателя сообщений. Шифр состоял в указании позиции слова в книге, в том числе страницы, строки и номера в строке. Данный метод получил название книжного шифра.

Fred Cohen. A Short History of Cryptography // Introductory Information Protection. – 1987. – ISBN 1-878109-05-7

В 1790-х годах будущий президент США Томас Джефферсон построил одну из первых механических роторных машин, упрощавшей использование полиалфавитных шифров.

Криптография от Средних веков до Нового времени (https://ridero.ru/link/KG1jWk_m4ODJog-PZy0Hi)

Однако распространение роторные машины получили лишь в начале XX века.

Баричев С. Г., Гончаров В. В., Серов Р. Е. История криптографии // Основы современной криптографии – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 175 с. – (Специальность. Для высших учебных заведений) – ISBN 978-5-93517-075-2

Шифровальное устройство М-94

Значительный толчок криптографии дало изобретение телеграфа. Сама передача данных перестала быть секретной, и сообщение, в теории, мог перехватить кто угодно. Интерес к криптографии возрос, в том числе и среди простого населения, в результате чего многие попытались создать индивидуальные системы шифрования. Преимущество телеграфа было явным и на поле боя, где командующий должен был отдавать немедленные приказания по всей линии фронта или хотя бы на всём поле сражения, а также получать информацию с мест событий. Это послужило толчком к развитию полевых шифров. Армия США использовала шифр Виженера с коротким ключевым словом до 1863 года.

Fred Cohen. A Short History of Cryptography // Introductory Information Protection. – 1987. – ISBN 1-878109-05-7

В 1854 году Чарлз Уитстон описал, а Лион Плейфер добился применения британскими вооружёнными силами нового шифра, как его позже назовут – шифра Плейфера. Его особенностью была относительная простота использования, хотя этот шифр являлся одним из первых, в котором применялась замена биграмм вместо отдельных букв. Поэтому его использовали для шифрования важной, но не очень секретной информации во время боя – через то время, которое противник потратит на взлом шифра, информация станет уже неактуальной.

Бабаш А. В., Шанкин Г. П. История криптографии. Часть I. – М.: Гелиос АРВ, 2002. – 240 с. – 3000 экз. – ISBN 5-85438-043-9.

Шифр использовался вплоть до Второй мировой войны.

Fred Cohen. A Short History of Cryptography // Introductory Information Protection. – 1987. – ISBN 1-878109-05-7

Суть шифра разберём позже.

В 1863 году Фридрих Касиски опубликовал метод, впоследствии названный его именем, позволявший быстро и эффективно вскрывать практически любые шифры того времени. Метод состоял из двух частей – определение периода шифра

Fred Cohen. A Short History of Cryptography // Introductory Information Protection. – 1987. – ISBN 1-878109-05-7

(через сколько символов повторяются одинаковые символы в шифровке, путём вычисления наименьшего общего делителя можно установить длину ключа шифра)

и дешифровка текста с использованием частотного криптоанализа.

Fred Cohen. A Short History of Cryptography // Introductory Information Protection. – 1987. – ISBN 1-878109-05-7

В 1883 году Огюст Керкгоффс описал требования, которым должна удовлетворять защищённая система. Одно из них звучит так:

«Нужно, чтобы не требовалось сохранение всей системы шифрования в тайне; попадание системы в руки врага не должно причинять неудобств»

Auguste Kerckhoffs. La cryptographie militaire. – Journal des sciences militaires, 1883.

Оно широко применяется в криптографии и сейчас известно как принцип Керкгоффса. То есть секретными должны быть только ключи шифрования, но не сам алгоритм. Так до этого, например, на Руси

слова «шифр» и «ключ» до 20 века были синонимами: ключом называли принцип шифрования, а его раскрытие означало гибель шифра.

Токарева Н Н. Об истории криптографии в России // ПДМ. – 2012. – Декабрь. – С. 82—107.

Принцип Керкгоффса направлен на то, чтобы сделать безопасность алгоритмов и протоколов независимой от их секретности; открытость не должна влиять на безопасность.

Mann, Charles C. (September 2002), Homeland Insecurity, The Atlantic Monthly