История развития криптографии Криптографические средства древнего времени История

История развития криптографии Криптографические средства древнего времени История отечественной криптографии

В криптографии с древних времен использовались два вида шифров: замена и перестановка. Историческим примером шифра замены является шифр Цезаря. В художественной литературе классическим примером шифра замены является известный шифр «Пляшущие человечки» (К. Дойля). В нем буквы текста заменялись на символические фигурки людей. Ключом такого шифра являлись позы человечков, заменяющих буквы. Фрагмент шифрованного послания имел следующий вид: Соответствующий открытый текст «I’m here» . Использован шифр простой замены букв на фигурки людей; флажок в руках означает конец слова.

Одним из первых физических приборов, реализующих шифр перестановки (второй исторический шифр), является так называемый прибор Сцитала. Он был изобретен в древней Спарте. Для зашифрования текста использовался цилиндр заранее обусловленного диаметра. На цилиндр наматывался тонкий ремень из пергамента, и текст выписывался построчно по образующей цилиндра. Затем ремень сматывался и отправлялся получателю сообщения, который наматывал его на цилиндр того же диаметра и читал текст по оси цилиндра. Здесь ключом шифра является диаметр цилиндра и его длина.

Еще одно изобретение древних греков – так называемый квадрат Полибия. Применительно к современному латинскому алфавиту из 26 букв шифрование по этому квадрату заключалось в следующем. В квадрат размером 5*5 клеток выписываются все буквы алфавита, при этом буквы I и J не различаются: Шифруемая буква заменялась на координаты квадрата, в котором она записана (В заменялась на АВ и т. п. ). При расшифровании каждая такая пара определяла соответствующую букву сообщения. Секретом в данном случае является сам способ замены букв. Ключ в этой системе отсутствует, поскольку используется фиксированный алфавитный порядок следования букв.

Шифр Полибия в несколько измененном виде дошел до наших дней и получил своеобразное название «тюремный шифр» . Для его использования нужно только знать естественный порядок расположения букв алфавита. Стороны квадрата обозначаются не буквами, а числами (12345…). Число 3, например, передается путем тройного стука. При передаче буквы сначала «отстукивается» число, соответствующее строке, в которой находится буква, а затем номер соответствующего столбца. «Тюремный шифр» , строго говоря, не шифр, а способ перекодировки сообщения с целью его приведения к виду, удобному для передачи по каналу связи (через стенку). Магические квадраты Во времена средневековья европейская криптография приобрела сомнительную славу, отголоски которой слышаться в наши дни. Криптографию стали отождествлять с черной магией. Так, например, рекомендовалось использовать «магические квадраты» .

В квадрат размером 4 на 4 вписывались числа от 1 до 16. Его магия состояла в том, что сумма чисел по строкам, столбцам и полным диагоналям равнялась одному и тому же числу -34. Шифрование по магическому квадрату поизволится следующим образом. Например, требуется зашифровать фразу: «Приезжаю сегодня» . Буквы этой фразы вписываются последовательно в квадрат согласно записанным в них числам, а в пустые клетки ставятся произвольные буквы. После шифрования текст записывается в строку: УИРДЗЕГЮСЖАОЕЯНП При расшифровании текст вписывается в квадрат и открытый текст читается в последовательности чисел «магического квадрата» .

Книжный шифр Существует немало способов использования книги для тайного обмена сообщениями. Например, если адресаты заранее договорились между собой об использовании дубликатов одной и той же книги в качестве ключа шифры, то их тайные послания могли бы состоять из таких элементарных единиц: n/m/t, где n – номер страницы книги, m – номер строки, t – номер буквы в строке; по этим буквам и читается тайное послание. Наряду с нумерацией букв могут использоваться обозначения слов и даже целых фраз.

Шифры «Вольных каменщиков» По современным понятиям и вопреки расхожему мнению этот шифр совершенно не стоек, но представляет определенный интерес. В соответствии с этими фигурами буквы получают следующее геометрическое представление: При походе на Россию Наполеон использовал в низших звеньях своей связи подобные шифры. Они были раскрыты русскими специалистами, что оказало определенное влияние на ход боевых действий.

Диск Альберти 1 2

1 2

Например, слово ПСАЛТЫРЬ заменялось на буквосочетание НЛАСКЫМЬ.

В XVI-XVII веках использовалась цифровая система тайнописи, ее называли «счетной» или «цифирной» . Отождествление букв алфавита с числами было заимствовано у греков. Так число 325 отождествлялось с сочетанием ТКЕ (300 – Т, 20 – К, 5 – Е).

Например, использовались следующие обозначения планет и металлов. символы для

Применительно к современному русскому алфавиту этот шифр имеет вид: Например, имеется шифр текст: рахисухиууме. Производится замена: Ра – К Хи – О и т. п. Таким образом получаем слово КОЛОННА.

КРИПТОГРАФИЯ ВТОРОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ ЭНИГМА

Разведки всего мира очень неохотно раскрывают свои тайны, даже если они относятся к давно прошедшим временам. Факты, о которых пойдет сегодня речь, относятся к периоду второй мировой войны, но вплоть до 70 -х годов их покрывала завеса тайны, а многие подробности стали известны лишь спустя полвека после окончания войны. Эти события - одна из ярчайших страниц в истории вычислительной техники и криптографии.

• В 1917 году первый вариант машины запатентовал немецкий конструктор Хуго Коч (Hugo Koch) в Голландии • В 1918 году доктор-инженер Артур Шербиусов (Arthur Scherbiusow) перекупил патент и с помощью Энигмы начал собственную предпринимательскую деятельность • В 1934 проектом занялись доктор Рудольф Хеимсоэт и Элсбэт Ринке. С этого момента начался настоящий бум в продаже данных машин - их торговая фирма ("Heimsoeth & Rinke") поставляла разные модели и модификации Энигмы как германским ведомствам (Вермахт, СС, СД, абвер, полиция, аппарат правительство и МИД), так и Испании, Италии и Японии. Всего было продано свыше 1000 экземпляров • В немецкой армии Энигмы стали единственной моделью применяемых шифровальных машин (начиная со штабов дивизий и бригад до вышестоящих штабов). С применением Энигмы передавались абсолютно все радиограммы.

К 1935 году, когда началась стремительная милитаризация Германии, немцы начали использовать "Энигму" на флоте, в сухопутной армии и авиации, а также в военной разведке. В странах, опасавшихся немецкого нашествия, начали проводиться работы по автоматическому поиску ключей к шифрам "Энигмы". радиоразведки некоторых стран (например, Польша и Франция) сразу столкнулись с проблемой невозможности асшифрования р перехватываемых радиограмм.

"Энигма" представляла из себя электромеханическую машину размером примерно с портативную пишущую машинку со стандартной клавиатурой. Эти аппараты были достаточно просты и удобны в эксплуатации. Они работали на батарейках и являлись переносными. Подготовив аппарат к работе, оператор набирал сообщение открытым текстом, как на обычной пишущей машинке. "Энигма" автоматически производила шифрование и высвечивала соответствующие зашифрованные буквы. Второй оператор переписывал их и отправлял по радио адресату. На принимающем конце шел обратный процесс.

Упрощенная схема машины Enigma

Процесс шифрования 1. Машина состояла из трех (а позднее и больше) вращающихся барабанов (роторов). На каждом помещалось 26 букв (в левой и правой стороне барабана), соединенные проводниками. 2. Набор барабанов и их исходные положения определял шифр. 3. Ротор1: N-S, Ротор2: T-A, Ротор3: B-X, N N T A B X 4. При следующем нажатии на клавишу, Ротор1 сдвигается на одну позицию. После 26 смещений Ротора 1 смещался на одну позицию и Ротор2 и т. д. А всего три барабана обеспечивали 17576 (26*26*26) отличающихся друг от друга положений. Таким образом, каждая последующая буква кодировалась по-новому. 5. 5. Указанные исходные положения, одинаковые для целой группы машин (у каждого рода войск были свои типы машин), задавались специальными шифровальными таблицами. А ведь менять можно было не только исходные положения барабанов, но и сами барабаны!

Процесс дешифрования 1. Чтобы прочесть послание адресат должен иметь идентичную «Энигму» , настроенную на дешифровку. 2. Правильная расшифровка текста (X-N) произойдет только при условии, что положения барабанов обеих машин будут совпадать. 3. 3. Указанные исходные положения, одинаковые для целой группы машин, задавались специальными шифровальными таблицами и менялись каждый день (а в разгар войны — даже трижды в сутки). Упрощенная схема роторов

Преимущества «Энигмы» 1. Массовость и повсеместное использование. Переход количества в качество 2. Простота, надежность, работа в полевых условиях 3. Добавление дополнительных элементов, обеспечивая большую защищенность сообщения 4. Отсутствие постоянной связи между буквами исходного текста и шифртекста. 5. Устойчивость шифра к частотному анализу 6. Наличие образца самой машины не обеспечивает расшифровки сообщения Недостатки 1. Возможность вычисления начальной установки роторов

Вскрытие «нечитаемых» кодов Энигмы 1. С 1928 года было образовано Польское шифровальное бюро. В 1932 к работам по дешифровке подключилась группа из трех молодых математиков (Jerzy Rozycki, Henryk Zygalski, Marian Rejewski), они приблизились к разгадке, но так и не смогли ее разгадать. Даже наличие экземпляра машины не могло помочь. Полученные французской разведкой с помощью известного шпиона Ханса-Тило Шмидта (псевдоним "Аш") и переданные полякам несколько экземпляров секретных книг с военными кодами, таблицы их ежемесячных изменений, образцы шифровок и отвечающие им незашифрованные тексты, а также другие важные документы позволяли расшифровать только некоторые из сообщений. 2. 2. К маю 1940 года положение Англии было поистине катастрофическим. В таких условиях, при ограниченности военных ресурсов и изоляции, особое значение приобретала "тайная война", а, следовательно, и работы по расшифровке перехваченных вражеских сообщений.

3. Для работ по расшифровке (проект назвали "Ультра") был организован специальный научный центр - Блетчли-Парк, в документах фигурировавший под названием "Station X". 4. Совместно со своими коллегами, Алан Тьюринг разрабатывает "Бомбу" (the Bombe) которая позволяет уже с середины 1940 года расшифровывать все кодированные сообщения Люфтваффе. Все шифровки более сложного варианта «Энигмы» , применявшейся в военно-морском флоте стали "читаемыми" в Блечли с весны 1941. Алан Тьюринг (1912 -1954)

Первая английская криптоаналитическая машина Bomba • Bomba была построена всего за месяц и в августе 1940 года она была поставлена на эксплуатацию в Блетчли-парке. • Представляет собой три пары объединенных машин Enigma • Изготовление машины поручили компании British Tabulating Machines (BTM).

• За время войны было выпущено 210 устройств. • По мере эксплуатации машины изменялись в деталях, но основа конструкции сохранялась: вес около тонны, размер передней панели примерно два на три метра, на ней расположено тридцать шесть наборов по три ротора в каждом.

Американский шифр, Навахо. ВОЕННЫЙ КОД НАВАХО ЯЗЫК (Navajo, устар. Navaho), североамериканский индейский язык атабаскской языковой семьи, распространенный на юго-западе США (главным образом, на территории огромной резервации в штатах Аризона, Нью-Мексико и Юта).

wol-la-chee a a a b b b c c c d d 1. Алфавит ant, муравей be-la-sana tse-nill na-hash-chid shush toish-jeh moasi tla-gin ba-goshi be apple, яблоко chindi axe, топор badger, барсук bear, медведь barrel, бочка cat, кошка coal, уголь cow, корова deer, олень devil, дьявол

Военные подразделения corps (корпус ) dinne clan (клан) hih division (дивиз ия) ashih salt (соль) -hi regiment tabah edge water (полк) a (пляж) battalion tache red soil (баталь en (красная он) e земля) company (рота) mexican nakia (мексик анец)

Офицеры commanding gen. (главнокомандующий) bih-keh-he (g) war chief (военный вождь) major gen. (генерал-майор) so-na-kih two star (две звезды) brigadier gen. (бригадный генерал) so-a-la-ih one star (одна звезда) colonel (полковник) atsah-besh-le-gai silver eagle (серебряный орел) lt. colonel (подполковник) che-chil-be-tah-besh-legai silver oak leaf (серебряный дубовый лист) major (майор) che-chil-be-tah-ola gold oak leaf (золотой дубовый лист) captain (капитан) besh-legai-nah-kih two silver bars (две серебряные лычки) lieutenant (лейтенант) besh-legai-a-lah-ih one silver bar (одна серебряная лычка) commanding officer (командир) hash-kay-gi-na-tah war chief (военный вождь) executive officer (первый зам. командира) bih-da-hol-nehi those in charge (старшие)

Географические названия africa (африка) zhin-ni blackies (чернокожие) alaska (аляска) beh-hga with winter (там, где зима) america (америка) ne-he-mah our mother (наша мать) britain (великобритания) toh-ta between waters (среди вод) china (китай) ceh-yehs-besi braided hair (косичкина-голове) france (франция) da-gha-hi beard (борода)

Самолеты wo-tah-de-ne-ih air force (воздушные силы) dive bomber (пикирующий бомбардировщик) gini chicken hawk (ястреб) torpedo plane (торпедоносец) tas-chizzie swallow (ласточка) obs. plane (самолетразведчик) ne-as-jah owl (сова) planes (авиация)

Календарь january (январь) atsah-be-yaz small eagle (маленький орел) february (февраль) woz-cheind squeeky voice (скрипучий голос) march (март) tah-chill small plant (маленькое растение) april (апрель) tah-tso big plant (большое растение) may (май) tah-tsosie small plant (маленькое растение) june (июнь) be-ne-eh-eh-jahtso big planting (большой сев) be-ne-ta-tsosie small harvest (маленький july (июль)