Din timpuri imemoriale, cifrele au fost folosite pentru a păstra secrete. Unul dintre cele mai vechi sisteme de cifrare, informații despre care ne-a adus istoria, este rătăcirea. A fost folosit de grecii antici încă din secolul al V-lea î. Hr. În acele zile, Sparta, sprijinită de Persia, a purtat un război împotriva Atenei. Generalul spartan Lysander a început să-i suspecteze pe persani de un dublu joc. Avea nevoie urgentă de informații adevărate despre intențiile lor. În cel mai critic moment, un sclav mesager a sosit din tabăra persană cu o scrisoare oficială. După ce a citit scrisoarea, Lysander a cerut o curea de la mesager. Se pare că pe această centură un prieten loial (acum am spune „agent secret”) Lysandra a scris un mesaj criptat. Pe centura mesagerului, au fost scrise diverse dezlănțuiri, care nu adunau niciun cuvânt. Mai mult, literele erau scrise nu de-a lungul taliei, ci de-a lungul. Lysander a luat un cilindru de lemn cu un anumit diametru (rătăcire), a înfășurat centura mesagerului în jurul său în așa fel încât marginile centurii să se închidă, iar mesajul pe care îl aștepta a fost aliniat pe centură de-a lungul generatoarei cilindru. S-a dovedit că persanii complotau să-i lovească pe spartani cu o lovitură surpriză în spate și i-au ucis pe susținătorii lui Lysander. După ce a primit acest mesaj, Lysander a aterizat în mod neașteptat și secret lângă locația trupelor persane și, cu o lovitură bruscă, i-a învins. Acesta este unul dintre primele cazuri cunoscute din istorie în care un mesaj cifrat a jucat un rol extrem de important.
Era un cifru de permutare, al cărui text cifrat constă din litere în text clar rearanjate conform unei anumite legi, dar care nu este cunoscută de străini. Sistemul de cifrare de aici este permutarea literelor, acțiunile sunt înfășurarea centurii în jurul rătăcirii. Cheia cifrată este diametrul rătăcirii. Este clar că expeditorul și destinatarul mesajului trebuie să aibă frânghii de același diametru. Aceasta corespunde regulii conform căreia cheia de criptare trebuie să fie cunoscută atât de expeditor, cât și de destinatar. Rătăcirea este cel mai simplu tip de cifru. Este suficient să ridicați mai multe rătăciri de diferite diametre și, după înfășurarea centurii pe una dintre ele, va apărea textul simplu. Acest sistem de criptare a fost decriptat în cele mai vechi timpuri. Centura a fost înfășurată pe o rătăcire conică, cu o ușoară conicitate. În cazul în care diametrul secțiunii transversale a schitalei conice este aproape de diametrul utilizat pentru criptare, mesajul este citit parțial, după care centura este înfășurată în jurul schitalei cu diametrul necesar.
Iulius Cezar a folosit pe scară largă cifre de alt tip (cifre de înlocuire), care este chiar considerat a fi inventatorul unuia dintre aceste cifre. Ideea cifrului Cezar a fost că pe hârtie (papirus sau pergament) două alfabete ale limbii în care va fi scris mesajul sunt scrise una sub cealaltă. Cu toate acestea, al doilea alfabet este scris sub primul cu un anumit (cunoscut doar de expeditor și destinatar, schimb). Pentru cifrul Cezar, această schimbare este egală cu trei poziții. În loc de litera corespunzătoare în text clar, care este preluată din primul alfabet (superior), caracterul alfabetului inferior sub această literă este scris în mesaj (text cifrat). Bineînțeles, acum un astfel de sistem de cifrare poate fi ușor spart chiar și de un laic, dar în acel moment cifrul Cezar era considerat incasabil.
Un cifru ceva mai complex a fost inventat de grecii antici. Au scris alfabetul sub forma unui tabel 5 x 5, au notat rânduri și coloane cu simboluri (adică le-au numerotat) și au scris două simboluri în loc de o literă cu text simplu. Dacă aceste caractere sunt date într-un mesaj ca un singur bloc, atunci cu mesaje scurte pentru un tabel specific, un astfel de cifru este foarte stabil, chiar și conform conceptelor moderne. Această idee, care are o vechime de aproximativ două mii de ani, a fost folosită în cifre complexe în timpul Primului Război Mondial.
Prăbușirea Imperiului Roman a fost însoțită de declinul criptografiei. Istoria nu a păstrat nicio informație semnificativă despre dezvoltarea și aplicarea criptografiei în Evul Mediu timpuriu și mediu. Și doar o mie de ani mai târziu, criptografia reînvie în Europa. Secolul al XVI-lea în Italia este un secol de intrigi, conspirații și frământări. Clanurile Borgia și Medici luptă pentru puterea politică și financiară. Într-o astfel de atmosferă, cifrele și codurile devin vitale.
În 1518, starețul Trithemius, un călugăr benedictin care locuiește în Germania, a publicat o carte în limba latină numită Poligrafie. A fost prima carte despre arta criptografiei și a fost tradusă în curând în franceză și germană.
În 1556, medicul și matematicianul din Milano Girolamo Cardano a publicat o lucrare care descrie sistemul de criptare inventat de el, care a trecut în istorie sub denumirea de „Cardano Lattice”. Este o bucată de carton tare cu găuri tăiate în ordine aleatorie. Rețeaua Cardano a fost prima aplicație a cifrului de permutare.
A fost considerat un cifru absolut puternic chiar și în a doua jumătate a secolului trecut, cu un nivel suficient de ridicat de dezvoltare a matematicii. Astfel, în romanul lui Jules Verne „Mathias Sandor”, evenimentele dramatice se dezvoltă în jurul unei scrisori cifrate trimise cu un porumbel, dar au căzut accidental în mâinile unui inamic politic. Pentru a citi această scrisoare, s-a dus la autorul scrisorii ca servitor pentru a găsi o grilă cifrată în casa lui. În roman, nimeni nu are ideea de a încerca să decripteze o literă fără cheie, bazată doar pe cunoașterea sistemului de cifrare aplicat. Apropo, scrisoarea interceptată arăta ca un tabel de 6 x 6 litere, ceea ce reprezenta o eroare gravă a criptorului. Dacă aceeași literă ar fi fost scrisă într-un șir fără spații și numărul total de litere cu ajutorul adăugării nu ar fi fost de 36, decriptorul ar trebui totuși să testeze ipotezele despre sistemul de criptare utilizat.
Puteți număra numărul de opțiuni de criptare furnizate de rețeaua Cardano 6 x 6. descifrând o astfel de rețea timp de câteva zeci de milioane de ani! Invenția lui Cardano s-a dovedit a fi extrem de tenace. Pe baza sa, în timpul celui de-al doilea război mondial, a fost creat unul dintre cele mai durabile cifre navale din Marea Britanie.
Cu toate acestea, până acum au fost dezvoltate metode care permit, în anumite condiții, să descifreze un astfel de sistem suficient de repede.
Dezavantajul acestei rețele este necesitatea de a ascunde în mod fiabil rețeaua de străini. Deși în unele cazuri este posibil să ne amintim de locația sloturilor și ordinea numerotării acestora, experiența arată că memoria unei persoane, mai ales atunci când sistemul este rar folosit, nu poate fi bazată pe. În romanul „Matthias Sandor” tranziția rețelei în mâinile inamicului a avut cele mai tragice consecințe pentru autorul scrisorii și pentru întreaga organizație revoluționară din care era membru. Prin urmare, în unele cazuri, pot fi de preferat sisteme de criptare mai puțin puternice, dar mai simple, ușor de recuperat din memorie.
Doi oameni ar putea revendica titlul de „tată al criptografiei moderne” cu același succes. Sunt italianul Giovanni Battista Porta și francezul Blaise de Vigenère.
În 1565, Giovanni Porta, un matematician din Napoli, a publicat un sistem de cifrare bazat pe substituție, care a permis înlocuirea oricărui caracter clar cu o literă cifrată în unsprezece moduri diferite. Pentru aceasta, sunt luate 11 alfabete cifrate, fiecare dintre ele fiind identificat printr-o pereche de litere care determină ce alfabet trebuie utilizat pentru a înlocui litera cu text simplu cu un alfabet cifrat. Când utilizați alfabete de cifrare Porturi, pe lângă faptul că aveți 11 alfabete, trebuie să aveți și un cuvânt cheie care definește alfabetul de cifrare corespunzător la fiecare pas de criptare.
Masa lui Giovanni Porta
De obicei, textul cifrat din mesaj este scris într-o singură bucată. Pe liniile de comunicare tehnică, este transmis de obicei sub formă de grupuri din cinci cifre, separate între ele printr-un spațiu, zece grupuri pe linie.
Sistemul Ports are o durabilitate foarte mare, mai ales atunci când alegeți și scrieți alfabete la întâmplare, chiar și după criterii moderne. Dar are și dezavantaje: ambii corespondenți trebuie să aibă tabele destul de greoaie care trebuie ferite de ochii curioși. În plus, trebuie să fiți de acord cumva asupra unui cuvânt cheie, care ar trebui să fie și secret.
Aceste probleme au fost rezolvate de diplomatul Vigenère. La Roma, a făcut cunoștință cu operele lui Trithemius și Cardano, iar în 1585 și-a publicat lucrarea „Un tratat despre cifre”. La fel ca metoda Ports, metoda Vigenère este bazată pe tabel. Principalul avantaj al metodei Vigenere este simplitatea sa. La fel ca sistemul Ports, sistemul Vigenère necesită un cuvânt cheie (sau o expresie) pentru criptare, ale cărui litere determină care dintre cele 26 de alfabete cifrate vor fi criptate fiecare literă specifică a textului simplu. Litera text cheie definește coloana, adică alfabet specific cifrat. Litera textului cifrat în sine este în interiorul tabelului corespunzător literei textului simplu. Sistemul Vigenere folosește doar 26 de grăsimi cifrate și are o rezistență inferioară sistemului de porturi. Dar tabelul Vigenere este ușor de restaurat din memorie înainte de criptare și apoi distruge. Stabilitatea sistemului poate fi sporită prin acordul nu asupra unui cuvânt cheie, ci asupra unei expresii cheie lungi, atunci perioada de utilizare a alfabetelor cifrate va fi mult mai dificil de determinat.
Cifrul Vigenère
Toate sistemele de criptare anterioare secolului al XX-lea erau manuale. Cu o intensitate redusă a schimbului de cifre, acest lucru nu a fost un dezavantaj. Totul s-a schimbat odată cu apariția telegrafului și a radioului. Odată cu creșterea intensității schimbului de mesaje cifrate prin mijloace tehnice de comunicare, accesul persoanelor neautorizate la mesajele transmise a devenit mult mai ușor. Cerințele pentru complexitatea cifrelor, viteza de criptare (decriptare) a informațiilor au crescut dramatic. A devenit necesară mecanizarea acestei lucrări.
După primul război mondial, activitatea de criptare a început să se dezvolte rapid. Se dezvoltă noi sisteme de criptare, se inventează mașini care accelerează procesul de criptare (decriptare). Cea mai faimoasă a fost mașina de cifrat mecanică „Hagelin”. Compania pentru producția acestor mașini a fost fondată de suedezul Boris Hagelin și există și astăzi. Hagelin era compact, ușor de utilizat și oferea o rezistență ridicată a cifrului. Această mașină de cifrat a implementat principiul de înlocuire, iar numărul de alfabete de cifrare utilizate a depășit-o pe cea a sistemului Porturi, iar tranziția de la un alfabet de cifrare la altul a fost efectuată într-o manieră pseudo-aleatorie.
Mașină Hagellin C-48
Tehnologic, funcționarea mașinii a folosit principiile de funcționare a adăugării de mașini și a mașinilor automate mecanice. Mai târziu, această mașină a suferit îmbunătățiri, atât din punct de vedere matematic, cât și mecanic. Acest lucru a crescut semnificativ durabilitatea și utilizabilitatea sistemului. Sistemul s-a dovedit a fi atât de reușit încât, în timpul tranziției la tehnologia computerelor, principiile stabilite în Hagelin au fost modelate electronic.
O altă opțiune pentru implementarea cifrului de schimb a fost mașinile de disc, care încă de la început au fost electromecanice. Principalul dispozitiv de criptare din mașină era un set de discuri (de la 3 la 6 piese), montate pe o axă, dar nu rigid și în așa fel încât discurile să se poată roti în jurul axei independent unul de celălalt. Discul avea două baze, realizate din bakelită, în care terminalele de contact erau presate în funcție de numărul de litere ale alfabetului. În acest caz, contactele unei baze au fost conectate electric intern cu contactele celeilalte baze în perechi într-un mod arbitrar. Contactele de ieșire ale fiecărui disc, cu excepția ultimului, sunt conectate prin intermediul plăcilor de contact fixe la contactele de intrare ale discului următor. În plus, fiecare disc are o flanșă cu proeminențe și depresiuni, care împreună determină natura mișcării pasului fiecărui disc la fiecare ciclu de criptare. La fiecare ciclu de ceas, criptarea se efectuează prin impulsuri de tensiune prin contactul de intrare al sistemului de comutare corespunzător literei cu text simplu. La ieșirea sistemului de comutare, tensiunea apare pe contact, care corespunde literei curente a textului cifrat. După finalizarea unui ciclu de criptare, discurile sunt rotite independent unul de celălalt prin unul sau mai mulți pași (în acest caz, unele discuri pot fi complet inactive la fiecare pas). Legea mișcării este determinată de configurația flanșelor de disc și poate fi considerată pseudo-aleatorie. Aceste mașini au fost răspândite, iar ideile din spatele lor au fost, de asemenea, modelate electronic în timpul apariției erei informatice electronice. Rezistența cifrelor produse de astfel de mașini a fost, de asemenea, extrem de ridicată.
În timpul celui de-al doilea război mondial, aparatul de disc Enigma a fost folosit pentru a cripta corespondența lui Hitler cu Rommel. Unul dintre vehicule a căzut pe mâna serviciilor de informații britanice pentru o scurtă perioadă de timp. După ce au făcut o copie exactă a acestuia, britanicii au reușit să decripteze corespondența secretă.
Următoarea întrebare este pertinentă: este posibil să se creeze un cifru absolut puternic, adică una care ar fi nedezvăluită chiar teoretic. Tatăl ciberneticii, Norbert Wiener, a argumentat: „Orice bucată de text cifrat suficient de lungă poate fi întotdeauna decriptată, cu condiția ca adversarul să aibă suficient timp pentru asta … Orice cifru poate fi decriptat doar dacă este nevoie urgentă de acesta și informațiile despre care se presupune că vor fi obținute merită costul. mijloace de efort și timp . Dacă vorbim despre un cifru generat în conformitate cu orice algoritm definit cu precizie și fără echivoc, indiferent cât de complex ar fi, atunci acesta este într-adevăr cazul.
Cu toate acestea, matematicianul american și specialistul în procesarea informațiilor, Claude Shannon, a arătat că ar putea fi creat un cifru absolut puternic. În același timp, nu există nicio diferență practică între un cifru absolut puternic și așa-numitele cifre de forță practice (implementate folosind algoritmi complexi special dezvoltați). Un cifru absolut puternic trebuie generat și utilizat astfel:
- cifrul este generat nu folosind niciun algoritm, ci într-un mod complet aleatoriu (aruncarea unei monede, deschiderea unei cărți la întâmplare dintr-un pachet bine amestecat, generarea unei secvențe de numere aleatorii de către un generator de numere aleatorii pe o diodă de zgomot etc.).);
- lungimea textului cifrat nu trebuie să depășească lungimea cifrului generat, adică un caracter cifrat va fi utilizat pentru a cripta un caracter al textului simplu.
Bineînțeles, în acest caz trebuie îndeplinite toate condițiile pentru manipularea corectă a cifrelor și, mai presus de toate, textul nu poate fi recriptat cu un cifru care a fost deja utilizat o dată.
Cifrele absolut puternice sunt utilizate în cazurile în care trebuie garantată imposibilitatea absolută a decriptării de către inamic a corespondenței. În special, astfel de cifre sunt utilizate de agenții ilegali care operează pe teritoriul inamic și folosesc note de cifrare. Caietul este format din pagini cu coloane de numere, alese la întâmplare și numite cifră bloc.
Metodele de criptare sunt diferite, dar una dintre cele mai simple este următoarea. Literele alfabetului sunt numerotate cu numere din două cifre A - 01, B - 02 … Z - 32. Apoi mesajul „Gata de întâlnire” arată astfel:
text simplu - GATA DE ÎNTÂLNIRE;
text digital deschis - 0415191503 11 03181917062406;
cifru bloc - 1123583145 94 37074189752975;
text cifrat - 1538674646 05 30155096714371.
În acest caz, textul cifrat este obținut prin adăugarea numerică a textului digital simplu și a modulului cifrat bloc 10 (adică unitatea de transfer, dacă există, nu este luată în considerare). Textul cifrat destinat transmiterii prin mijloace tehnice de comunicare are forma unor grupuri din cinci cifre, în acest caz ar trebui să arate ca: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (ultimele 4 cifre sunt adăugate în mod arbitrar și nu sunt luate în considerare). Bineînțeles, este necesar să anunțați destinatarul care pagină a caietului de cifrare este utilizată. Acest lucru se face într-un loc prestabilit în text simplu (în cifre). După criptare, pagina de cifrare folosită este ruptă și distrusă. La decriptarea criptogramei primite, același cifru trebuie scăzut din modulul 10 din textul cifrat. Bineînțeles, un astfel de caiet trebuie păstrat foarte bine și în secret, întrucât chiar prezența sa, dacă devine cunoscută de inamic, înseamnă eșecul agentului.
Sosirea dispozitivelor electronice de calcul, în special a computerelor personale, a marcat o nouă eră în dezvoltarea criptografiei. Printre numeroasele avantaje ale dispozitivelor de tip computer, se pot remarca următoarele:
a) viteză excepțional de mare de procesare a informațiilor, b) capacitatea de a introduce și cripta rapid un text pregătit anterior, c) posibilitatea utilizării algoritmilor de criptare complexi și extrem de puternici, d) o bună compatibilitate cu facilitățile moderne de comunicare, e) vizualizarea rapidă a textului cu posibilitatea de a-l tipări sau șterge rapid, f) capacitatea de a avea într-un computer diferite programe de criptare cu blocarea accesului la acestea
persoane neautorizate care utilizează un sistem de parolă sau protecție criptografică internă, g) universalitatea materialului criptat (adică, în anumite condiții, un algoritm de criptare computerizat poate cripta nu numai informații alfanumerice, ci și conversații telefonice, documente fotografice și materiale video).
Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că în organizarea protecției informațiilor în timpul dezvoltării, stocării, transmiterii și procesării acesteia, ar trebui urmată o abordare sistematică. Există multe modalități posibile de scurgere a informațiilor și chiar o bună protecție criptografică nu garantează securitatea acesteia decât dacă se iau alte măsuri pentru a o proteja.
Referințe:
Adamenko M. Fundamentele criptologiei clasice. Secretele cifrelor și codurilor. M.: Presa DMK, 2012. S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Cartea cifrelor. M.: Avanta +, 2009. S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.