Введение
Введение
«Криптография» — слово греческое, в переводе означает тайное, скрытое (крипто) письмо (графия), или тайнопись. Наукой не установлен точный исторический период, когда появилась криптография, каковы были ее первоначальные формы и кто был ее создателем. Американский криптограф Л. Д. Смит подчеркивает, что криптография по возрасту старше египетских пирамид. Другой американец — Флетчер Пратт в своей книге «История шифров и кодов» дает такое определение криптографии: «Криптография – искусство шифрования — это процесс выражения слов, передающих смысл только немногим лицам, которым известен этот секрет». Из подобного определения следует, что всякое письмо, написанное на неизвестном для того или иного человека языке, является шифрованным письмом, то есть любой алфавит может стать шифром. Следует предположить с большой долей вероятности, что как только человечество достигло определенного уровня цивилизации и возникла письменность, тотчас же появилась и криптография.
Уже в исторических документах древних цивилизаций — Индии, Египта, Месопотамии — имеются сведения о системах и способах составления шифрованного письма.
В древнеиндийских рукописях приводится более 60 способов письма. Среди них есть и такие, которые можно рассматривать как криптографические, то есть обеспечивающие секретность переписки. Так, встречается описание системы замены гласных букв согласными, и наоборот. В этих рукописях упоминается о тайнописи как об одном из 64 искусств, которым должны овладеть и женщины.
Один из самых старых шифрованных текстов Месопотамии представляет собой табличку, написанную клинописью и содержащую рецепт изготовления глазури для гончарных изделий. Автор этой клинописи, стремясь скрыть содержание написанного, использовал редко употребляемые знаки, игнорировал некоторые гласные и согласные, вместо имен употребил цифры.
Использовалась тайнопись и в рукописных памятниках Древнего Египта. Здесь шифровались религиозные тексты и медицинские рецепты.
Сохранились достоверные сведения о системах шифров, применявшихся в Древней Греции. Известно, что в Спарте в V—IV веках до н. э. существовала тайнопись. Образованные греки того времени применяли шифровальный прибор «Сцитала». Он представлял собой два цилиндра одинакового диаметра. Каждая из переписывающихся сторон имела у себя один из цилиндров. Шифрование осуществлялось следующим образом: на цилиндр наматывали узкую полоску пергамента; текст, подлежащий зашифрованию, выписывали на ленту вдоль цилиндра, затем ленту сматывали и отправляли корреспонденту. Он, обернув лентой свой цилиндр, читал сообщение. Это был первый шифр, осуществляющий перестановку букв в тексте, где буквы шифруемого (открытого) текста переставлялись и отстояли друг от друга на длину окружности цилиндра. Сохранение в тайне диаметра цилиндров обеспечивало секретность переписки. Вместо специальных цилиндров применялись жезлы, рукоятки мечей, кинжалов, копий и др. Известен также и метод дешифрования данного шифра, приписываемый Аристотелю. Предлагалось сделать длинный конус и, обернув его у основания полоской перехваченного пергамента, сдвигать пергамент к вершине конуса. Там, где диаметр конуса совпадал с диаметром «Сциталы», буквы на пергаменте сочетались в слоги и слова.
Другим шифровальным прибором времен Спарты был прибор, называемый «табличка Энея». На небольшой табличке горизонтально располагался алфавит, а по ее боковым сторонам имелись выемки для наматывания шнура. Для зашифрования текста шнур закрепляли у одной из сторон таблички и наматывали на нее. При этом на шнуре делали отметки в местах, которые находились напротив букв алфавита, соответствующих буквам шифруемого текста. По алфавиту можно было идти только в одну сторону, то есть делать по одной отметке на каждом витке. После зашифрования шнур сматывали и отсылали корреспонденту. Этот шифр есть шифр замены букв открытого текста знаками, которые передавали расстояния на шнуре между отметками. Размер таблички, а также порядок расположения букв на ней обеспечивали секретность.
В Древней Греции криптография широко использовалась в разных областях деятельности. Так, Плутарх сообщает, что жрецы хранили в форме тайнописи свои прорицания. Однако наиболее широкое применение криптография получила в государственной сфере. Во все времена криптография была одним из основных орудий в межгосударственной борьбе, надежным средством сокрытия политических, дипломатических, экономических и иных секретов государства, с одной стороны, и средством проникновения в секреты государства–противника — с другой.
Эней в своем сочинении «Об обороне укрепленных мест» предложил использовать для шифрования военной переписки книжный шифр, в котором буквам открытого текста соответствуют буквы, находящиеся на определенных местах в являющемся ключом книжном тексте. Эта система шифра установила рекорд долголетия: она применялась даже в середине XX века, в период Второй мировой войны.
Полибий предложил систему шифра, вошедшего в историю как «квадрат Полибия», и представлявшего собой замену каждой буквы парой чисел — координатами буквы в квадрате, где написан весь алфавит. О криптографии упоминается и в «Илиаде» Гомера.
Криптография сыграла значительную роль в укреплении могущества Римской империи. В частности, особая роль в обеспечении государственной тайны принадлежит новому способу шифрования, изобретенному Юлием Цезарем и изложенному им в «Записках о галльской войне» (I в. до н. э.). «Шифр Цезаря» представляет собой замену букв в соответствии с подстановкой, нижняя строка которой — алфавит открытого текста, сдвинутый на три буквы влево.
Во всеобщей истории почти не нашла отражения криптографическая практика в мрачные годы средневековья. В этот период искусство шифрования, и тем более дешифрования, сохранялось в строжайшей тайне. Известно, например, что в годы крестовых походов составители шифрованных писем, служившие у папы римского, после года работы подлежали физическому уничтожению — так сохранялась тайна применявшегося шифра.
В эпоху Возрождения в итальянских городах–государствах параллельно с расцветом культуры и науки активно развивается криптография. Торговля, мореплавание, войны требовали развития шифрованной связи внутри государств, между государствами, а также отдельными лицами, принадлежавшими к различным политическим и религиозным партиям. Так, нередко ученый зашифровывал свои гипотезы, чтобы не прослыть еретиком и не подвергнуться преследованиям инквизиции.
Научные методы в криптографии впервые появились, по-видимому, в арабских странах. Арабского происхождения и само слов «шифр». О тайнописи и ее значении говорится даже в сказках «Тысячи и одной ночи». Первая книга, специально посвященная описанию нескольких систем шифров, появилась уже в 855 году, она называлась «Книга о большом стремлении человека разгадать загадки древней письменности». В 1412 году издается 14–томная энциклопедия, содержащая систематический обзор всех важнейших областей человеческого знания, — «Шауба аль-Аща». Ее автор Шехаб аль-Кашканди. В этой энциклопедии есть раздел о криптографии под заголовком «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений», в котором приводятся семь способов шифрования. Здесь же дается перечень букв в порядке частоты их употребления в арабском языке на основе изучения текста Корана, а также приводятся примеры раскрытия шифров методом частотного анализа встречаемости букв.
Важность криптографии подчеркивается в книге знаменитого флорентийца Николо Макиавелли «О военном искусстве». В XIV веке появляется книга о системах тайнописи, автором которой был сотрудник тайной канцелярии папской курии Чикко Симонетти. В этой книге приводятся замены, в которых гласным буквам соответствует несколько значковых выражений, дается описание значкового шифра, в котором гласные получают несколько значений. Эти описания свидетельствуют о том, что папская курия была осведомлена о дешифровании шифров простой замены.
В XV веке появляется книга «Трактат о шифрах», написанная Габриелем де Левиндой — секретарем папы Клементия XII, из которой явствует, что криптография в те годы стояла уже на довольно высокой ступени развития. Автор приводит целый ряд шифров, в том числе дает описание шифра пропорциональной замены, в котором каждой букве ставится в соответствие несколько числовых или значковых значений пропорционально частоте встречаемости буквы в открытом тексте. Кроме того, предлагается заменить имена, названия должностей, географические наименования условными группами. В этот же период в Милане был предложен шифр, получивший название «миланский ключ», который представляет собой значковый шифр пропорциональной замены, где гласным буквам ставилось в соответствие пять знаков шифруемого алфавита.
В 1466 году известный философ, живописец, архитектор Леон Альберти также представил в папскую канцелярию трактат о шифрах. Этот труд–явился этапным в развитии криптографической мысли. В нем дается анализ повторяемости букв и обсуждаются пути предотвращения раскрытия шифров, рассматриваются различные системы шифров, такие как замена букв, их перестановка в словах, расстановка точек под буквами маскировочного текста. Работу свою автор завершает собственным шифром, который он назвал «шифром, достойным королей» и который, по его мнению, был недешифруем. Это шифровальный диск, положивший начало целой серии так называемых многоалфавитных шифров.
Шифровальный диск представляет собой пару полудисков: внешний — неподвижный, на котором выписаны буквы алфавита в их обычной последовательности, и внутренний — подвижный, где буквы даны с некоторой перестановкой. Шифровать следовало так: буквам открытого текста на внешнем диске ставились в соответствие буквы шифрованного текста на внутреннем диске. После шифрования нескольких слов внутренний диск сдвигался на один шаг. Секретность переписки обеспечивалась ключом — начальным угловым положением внутреннего диска. Поскольку с каждым новым угловым положением внутреннего диска вступает в действие новый шифралфавит, то это и есть многоалфавитный шифр.
Позднее Альберти изобрел код с перешифровкой. Для этого на внешний диск он вписал цифры от 1 до 4, составил из этих цифр упорядоченные наборы по две, три и четыре цифры и использовал их в качестве кодовых групп небольшого кода на 336 величин. Числа шифровались на диске как буквы открытого текста. Изобретение Альберти намного опередило свое время. Главные державы мира стали применять код с перешифровкой лишь спустя четыре столетия.
В XV веке в Европе широкое распространение получили так называемые диаграмматические шифры. Зашифрованные ими послания легко скрывались в картинах, картах и т.п. С помощью таких шифров текст изображался в виде геометрических фигур (точек, прямых и изогнутых линий, треугольников и т.д.). К этим шифрам примыкают шифры простой замены, в которых буквы алфавита расположены в различных геометрических фигурах.
В то время как в Италии, Франции, Испании криптография быстро развивалась, во многих государствах Европы она не продвигалась дальше «шифра Цезаря». Связано это прежде всего со строжайшей тайной, которая всегда сопровождала криптографическую деятельность.
В XV веке в некоторых государствах Европы вместо шифров стали использоваться так называемые жаргонные коды. В основном их применяли послы, постоянно проживавшие, согласно введенным законам, в том или ином государстве. К применению жаргонных кодов их вынуждало то отношение, которое проявлялось в то время к шифрованной переписке: одно обнаружение написанных тайнописью посланий могло привести к дипломатическому скандалу. Поэтому в случае необходимости послать секретное сообщение посол составлял письмо совершенно невинного содержания, а его секретарь писал второе письмо на имя какого-нибудь «друга» или «знакомого», в котором все продиктованные послом секретные сведения передавались в аллегорической форме. Так, например, французский посол в России с помощью своего секретаря–мехоторговца послал в Париж письмо такого содержания: «Волчий мех сейчас очень моден в Петербурге, Я слышал, что герр Еммерих из Германии послал заказ на 30 тыс. кротовых шкурок, хотя его денежное положение неважное. Интересно, где он возьмет деньги на их оплату». Согласно имевшемуся и у этого посла, и в Париже жаргонному коду, «волком» здесь называется австрийский посол, «кротовым мехом» — английские войска и т.д. Письмо в Париже было расшифровано так: «Россия и Австрия собираются заключить союз; ходят слухи, что прусский король попросил у Англии 30 тыс. солдат, но что он испытывает трудности в связи с их получением, так как у него нет денег».
Жаргонные коды широко применялись в Англии, Голландии, Дании, некоторых других государствах Северной Европы. Свое развитие они получили от воровского жаргона, распространившегося в то время в Англии, и от разговорной формы иносказания — эвфемизма, принятого в высшем свете. В XV веке в Англии был даже учрежден специальный орган, занимавшийся изучением воровского жаргона и составлением специальных жаргонных кодов для дипломатических и торговых представителей.
В это же время в качестве одного из способов передачи секретных сообщений начинает использоваться трафарет–решетка, впервые примененная неким Флейснером: в некоторые места письма невинного содержания, определенные вырезами в особом трафарете–решетке, вписывались слова секретного сообщения.
В XVI столетии наблюдается быстрое развитие шифровального дела. К этому времени почти все государства Европы начали применять сложные системы шифров, широкое распространение получили шифры пропорциональной замены.
Быстро развивалось в этот период и искусство дешифрования. Дешифровальные службы тогда еще созданы не были, и дешифрованием занимались отдельные люди, в некоторых случаях это были видные ученые и политические деятели. Помимо работы дешифровальщиков, вызванной необходимостью читать дипломатическую и другую секретную переписку, практика дешифрования становилась для некоторых образованных людей своего рода развлечением и забавой.
В 1518 году в развитии криптографии был сделан еще один шаг вперед. Этому способствовало появление в Германии первой печатной книги, посвященной тайнописи, которая носила название «Полиграфия». Ее автором был Иоганнес Третемий — аббат, настоятель монастыря в Вюрцбурге, автор множества теологических сочинений. В этой книге дается описание шифра, названного автором «Аве Мария». В шифре каждой букве соответствует слово духовного содержания, например букве «А» — слово «Бог». Тогда любому открытому тексту соответствует текст духовного содержания. Кроме того, Третемий в своей книге развил идею многоалфавитного шифра, введя квадратную таблицу, состоявшую из алфавита, сдвинутого на один шаг, алфавита, сдвинутого на два шага, и т.д.
Следующая ступень в развитии криптографии связана с именем Джованни Беллазо, который в своей небольшой книге «Шифр сеньора Беллазо», вышедшей в Италии в 1553 году, предложил использовать для многоалфавитного шифра легко запоминающийся ключ. Автор назвал его «паролем». Пароль выписывается над открытым текстом, буква, стоящая над буквой открытого текста, означает номер алфавита (т.е. номер строки в таблице замены), по которому осуществляется замена. При этом автор отмечал, что разных корреспондентов можно снабжать различными паролями, и если пароль оказывался украденным, то его можно было заменить.
В начале XVI века криптограф папы римского Матео Ардженти изобрел буквенный код — самый сложный шифр замены, в котором буквы, слоги, слова и целые фразы заменялись группами букв. Необходимым количеством словарных величин в . коде в то время считалось 1200. Числами словарные величины в коде стали обозначаться с 1586 года. Это изобретение приписывается Триентеру Копцилю.
В 1563 году итальянский естествоиспытатель, член научного общества, в которое входил Галилей, автор многих научных трудов и литературных произведений Джованни де ла Порта опубликовал книгу «О тайной переписке». В ней имеются разделы о древних шифрах, о шифрах современных, дается их анализ, описываются лингвистические особенности в раскрытии шифров.
Среди «современных» систем в книге был впервые представлен биграммный шифр, в котором две буквы обозначены единым символом, де ла Порта привел классификацию шифров (шифры, связанные с изменением порядка, формы, значения букв), описал различные системы шифров, привел примеры раскрытия шифров простой замены, если в шифрованном тексте нет разделения на слова. Кроме того, рассуждая о дешифровании, де ла Порта привел списки слов, наиболее вероятных для текстов любовного содержания и для военных текстов.
В своей книге де ла Порта предложил новую систему шифра периодической лозунговой замены. В применении к русскому языку он выглядел так:
1. А а б в г д е ж з и й к л м н о п
Б р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
2. В а б в г д е ж з и й к л м н о п
Г с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я р
3. Д а б в г д е ж з и й к л м н о п
Е т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я р с
4. Ж а б в г д е ж з и й к л м н о п
З у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я р с т
5. И а б в г д е ж з и й к л м н о п
Й ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я р с т у
6. К а б в г д е ж з и й к л м н о п
Л х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я р с т у ф
7. М а б в г д е ж з и й к л м н о п
Н ц ч ш щ ъ ы ь э ю я р с т у ф х
8. О а б в г д е ж з и й к л м н о п
П ч ш щ ъ ы ь э ю я р с т у ф х ц
9. Р а б в г д е ж з и й к л м н о п
С ш щ ъ ы ь э ю я р с т у ф х ц ч
10. Т а б в г д е ж з и й к л м н о п
У щ ъ ы ь э ю я р с т у ф х ц ч ш
11. Ф а б в г д е ж з и й к л м н о п
Х ъ ы ь э ю я р с т у ф х ц ч ш щ
12. Ц а б в г д е ж з и й к л м н о п
Ч ы ь э ю я р с т у ф х ц ч ш щ ъ
13. Ш а б в г д е ж з и й к л м н о п
Щ ь э ю я р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы
14. Ъ а б в г д е ж з и й к л м н о п
Ы э ю я р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь
15. Ь а б в г д е ж з и й к л м н о п
Э ю я р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э
16. Ю а б в г д е ж з и й к л м н о п
Я я р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю
Шифрование производится при помощи лозунга. Лозунг пишется над открытым текстом, по первой букве лозунга отыскивается алфавит (большие буквы в начале строк), в верхнем или нижнем полуалфавите отыскивается первая буква открытого текста и заменяется соответствующей ей буквой из верхней или нижней строки.
Пример:
Лозунг: ф и л о с о ф и я ф и л о с о ф и я ф и л …
Открытый текст: п е р и о д и ч е с к и й ш и ф р д е л я …
———————————————————————————————————————————————————————————