Šifre se že od nekdaj uporabljajo za varovanje skrivnosti. Eden najstarejših sistemov šifriranja, informacije o katerih nam je prinesla zgodovina, je tavanje. Stari Grki so ga uporabljali že v 5. stoletju pr. V tistih časih je Sparta, podprta s Perzijo, vodila vojno proti Atenam. Špartanski general Lysander je Perzijce začel sumiti na dvojno igro. Nujno je potreboval resnične informacije o njihovih namenih. V najbolj kritičnem trenutku je iz perzijskega taborišča prišel suženj glasnik z uradnim pismom. Ko je prebral pismo, je Lysander od glasnika zahteval pas. Izkazalo se je, da je na ta pas zvesta prijateljica (zdaj bi rekli "tajni agent") Lysandra napisala šifrirano sporočilo. Na pasu glasnika so bile v neredu napisane različne črke, ki niso seštevale nobene besede. Poleg tega črke niso bile napisane vzdolž pasu, ampak čez. Lysander je vzel leseni valj določenega premera (tavajoč), ovitel je glasnikov pas okoli njega tako, da se robovi pasu zaprejo, sporočilo, ki ga je čakal, pa je bilo postavljeno na pas vzdolž generatrice valj. Izkazalo se je, da so Perzijci načrtovali udariti Spartance s presenetljivim udarcem v hrbet in ubiti Lysandrove privržence. Ko je prejel to sporočilo, je Lysander nepričakovano in skrivaj pristal v bližini lokacije perzijskih čet in jih z nenadnim udarcem premagal. To je eden prvih znanih primerov v zgodovini, v katerem je imelo šifrirano sporočilo izjemno pomembno vlogo.
Šlo je za permutacijsko šifro, katere besedilo je sestavljeno iz črk v navadnem besedilu, preurejenih v skladu z določenim, toda tujcem neznanim zakonom. Sistem šifriranja je tu permutacija črk, dejanja so navijanje pasu okoli tavanja. Šifrirni ključ je premer tavajočega. Jasno je, da morata pošiljatelj in prejemnik sporočila imeti vrvi istega premera. To ustreza pravilu, da mora biti šifrirni ključ znan tako pošiljatelju kot prejemniku. Potepanje je najpreprostejša vrsta šifriranja. Dovolj je, da poberemo več potepanj različnih premerov in po navijanju pasu na enem od njih bi se pojavilo navadno besedilo. Ta šifrirni sistem je bil v starih časih dešifriran. Pas je bil navit na stožčastem potepu z rahlim zožanjem. Če je premer prereza stožčaste skitale blizu premera, uporabljenega za šifriranje, se sporočilo delno prebere, nato pa se pas navita okoli skitale zahtevanega premera.
Julius Caesar je široko uporabljal šifre drugačnega tipa (nadomestne šifre), ki velja celo za izumitelja ene od teh šifr. Zamisel Cezarjeve šifre je bila, da sta na papirju (papirusu ali pergamentu) dve abecedi jezika, v katerem bo sporočilo napisano, zapisani eno pod drugo. Druga abeceda pa je napisana pod prvo z določeno (znano le pošiljatelju in prejemniku, premik). Za Cezarjevo šifro je ta premik enak trem položajem. Namesto ustrezne črke v navadnem besedilu, ki je vzeta iz prve (zgornje) abecede, se v sporočilo (šifrirano besedilo) vpiše spodnji abecedni znak pod to črko. Seveda lahko zdaj tak sistem šifriranja zlahka zlomi celo laik, toda takrat je veljalo, da je Cezarjeva šifra nezlomljiva.
Nekoliko bolj zapleteno šifro so izumili stari Grki. Izpisali so abecedo v obliki tabele 5 x 5, označili vrstice in stolpce s simboli (torej so jih oštevilčili) in namesto črke v navadnem besedilu napisali dva simbola. Če so ti znaki v sporočilu kot en sam blok, je s kratkimi sporočili za eno posebno tabelo takšna šifra zelo stabilna, tudi v skladu s sodobnimi koncepti. Ta ideja, stara približno dva tisoč let, je bila med prvo svetovno vojno uporabljena v zapletenih šifrah.
Razpad rimskega cesarstva je spremljal upad kriptografije. Zgodovina ni ohranila pomembnih podatkov o razvoju in uporabi kriptografije v zgodnjem in srednjem srednjem veku. In le tisoč let pozneje v Evropi oživlja kriptografija. Šestnajsto stoletje v Italiji je stoletje spletk, zarote in nemira. Klana Borgia in Medici se potegujeta za politično in finančno moč. V takem vzdušju postanejo šifre in kode vitalnega pomena.
Leta 1518 je opat Trithemius, benediktinski menih, ki živi v Nemčiji, izdal knjigo v latinščini z naslovom Polygraphy. To je bila prva knjiga o umetnosti kriptografije in je bila kmalu prevedena v francoščino in nemščino.
Leta 1556 je zdravnik in matematik iz Milana Girolamo Cardano objavil delo, ki opisuje izumljeni sistem šifriranja, ki se je v zgodovino zapisal kot "Cardano Lattice". To je kos trdega kartona z luknjami, izrezanimi v naključnem vrstnem redu. Rešetka Cardano je bila prva uporaba permutacijske šifre.
Veljala je za absolutno močno šifro tudi v drugi polovici prejšnjega stoletja z dovolj visoko stopnjo razvoja matematike. Tako se v romanu Julesa Verna "Mathias Sandor" dramatični dogodki razvijajo okoli šifriranega pisma, poslanega s golobico, ki pa je po naključju padel v roke političnega sovražnika. Da bi prebral to pismo, je šel k avtorju pisma kot služabnik, da bi poiskal šifrirano mrežo v svoji hiši. V romanu nihče nima ideje, da bi poskušal dešifrirati črko brez ključa, ki temelji le na poznavanju uporabnega šifrirnega sistema. Mimogrede, prestreženo pismo je bilo videti kot tabela 6 x 6 črk, kar je bila velika napaka šifrirja. Če bi bila ista črka zapisana v nizu brez presledkov in skupno število črk s pomočjo seštevka ne bi bilo 36, bi moral dešifrant še vedno preizkusiti hipoteze o uporabljenem sistemu šifriranja.
Lahko preštejete število možnosti šifriranja, ki jih ponuja rešetka Cardano 6 x 6. dešifriranje takšne rešetke za več deset milijonov let! Cardanov izum se je izkazal za izjemno trmastega. Na njegovi podlagi je med drugo svetovno vojno nastala ena najtrpežnejših pomorskih šifr v Veliki Britaniji.
Doslej pa so bile razvite metode, ki pod določenimi pogoji omogočajo dovolj hitro dešifriranje takega sistema.
Pomanjkljivost te rešetke je potreba po zanesljivem skrivanju same rešetke pred tujci. Čeprav je v nekaterih primerih mogoče zapomniti lokacijo slotov in vrstni red njihovega oštevilčevanja, izkušnje kažejo, da se na spomin osebe, še posebej, če se sistem redko uporablja, ni mogoče zanesti. V romanu "Matija Sandor" je prehod rešetke v sovražnikove roke imel najbolj tragične posledice za avtorja pisma in za celotno revolucionarno organizacijo, katere član je bil. Zato so v nekaterih primerih morda zaželeni manj močni, vendar enostavnejši šifrirni sistemi, ki jih je enostavno obnoviti iz pomnilnika.
Dve osebi bi lahko z enakim uspehom zahtevali naziv "oče sodobne kriptografije". To sta Italijan Giovanni Battista Porta in Francoz Blaise de Vigenère.
Leta 1565 je matematik iz Neaplja Giovanni Porta objavil nadomestni šifrirni sistem, ki je omogočal, da se kateri koli znak v odprtem besedilu nadomesti s črko na enajst različnih načinov. Za to je vzetih 11 šifrirnih abeced, od katerih je vsaka identificirana s parom črk, ki določajo, katero abecedo je treba uporabiti za zamenjavo črke v odprtem besedilu s šifro. Ko uporabljate šifrirne abecede Ports, morate imeti poleg 11 abecednih besed tudi ključno besedo, ki opredeljuje ustrezno abecedo šifriranja pri vsakem koraku šifriranja.
Miza Giovannija Porte
Običajno je šifrirano besedilo v sporočilu napisano v enem kosu. Na tehničnih komunikacijskih linijah se običajno prenaša v obliki petmestnih skupin, ločenih med seboj s presledkom, po deset skupin na vrstico.
Sistem Ports ima zelo visoko vzdržljivost, zlasti pri naključni izbiri in pisanju abeced, tudi po sodobnih merilih. Ima pa tudi slabosti: oba dopisnika morata imeti precej okorne mize, ki jih je treba hraniti pred radovednimi očmi. Poleg tega se morate nekako dogovoriti o ključni besedi, ki mora biti tudi skrivna.
Te težave je rešil diplomat Vigenère. V Rimu se je seznanil z deli Trithemiusa in Cardana ter leta 1585 objavil svoje delo "Traktat o šifrah". Tako kot metoda Ports tudi metoda Vigenère temelji na tabeli. Glavna prednost metode Vigenere je njena preprostost. Tako kot sistem Ports tudi sistem Vigenère zahteva ključno besedo (ali frazo) za šifriranje, katere črke določajo, katera od 26 abeced za šifriranje bo šifrirana za vsako posebno črko odprtega besedila. Črka ključnega besedila definira stolpec, tj. posebno šifrirano abecedo. Črka samega šifriranega besedila je znotraj tabele, ki ustreza črki odprtega besedila. Sistem Vigenere uporablja le 26 šifriranih podatkov in je po moči slabši od sistema pristanišč. Toda tabelo Vigenere je enostavno šifrirati pred šifriranjem in jo nato uničiti. Stabilnost sistema je mogoče povečati, če se ne dogovorite o ključni besedi, ampak o dolgi ključni frazi, potem bo obdobje uporabe šifriranih abeced veliko težje določiti.
Vigenèrejeva šifra
Vsi sistemi šifriranja pred dvajsetim stoletjem so bili ročni. Zaradi nizke intenzivnosti izmenjave šifre to ni bila pomanjkljivost. Vse se je s prihodom telegrafa in radia spremenilo. S povečanjem intenzivnosti izmenjave šifriranih sporočil s tehničnimi sredstvi komunikacije je bil dostop nepooblaščenih oseb do poslanih sporočil veliko lažji. Zahteve glede kompleksnosti šifriranja, hitrosti šifriranja (dešifriranja) informacij so se dramatično povečale. To delo je bilo treba mehanizirati.
Po prvi svetovni vojni se je šifriranje začelo hitro razvijati. Razvijajo se novi sistemi šifriranja, izumljajo se stroji, ki pospešijo postopek šifriranja (dešifriranja). Najbolj znan je bil mehanski šifrant "Hagelin". Podjetje za proizvodnjo teh strojev je ustanovil Šved Boris Hagelin in obstaja še danes. Hagelin je bil kompakten, enostaven za uporabo in je zagotavljal visoko trdnost šifre. Ta šifrirni stroj je uvedel nadomestno načelo, število uporabljenih abecednih črk pa je preseglo število sistemov Ports, prehod iz ene abecede v drugo pa je bil izveden na psevdo naključen način.
Avto Hagellin C-48
Tehnološko je delovanje stroja uporabljalo načela delovanja seštevalnih strojev in mehanskih avtomatskih strojev. Kasneje je ta stroj doživel izboljšave, tako matematično kot mehansko. To je znatno povečalo vzdržljivost in uporabnost sistema. Izkazalo se je, da je sistem tako uspešen, da so bila med prehodom na računalniško tehnologijo načela, določena v Hagelinu, elektronsko modelirana.
Druga možnost za izvedbo nadomestne šifre so bili diskovni stroji, ki so bili že od samega začetka elektromehanski. Glavna šifrirna naprava v avtu je bil niz diskov (od 3 do 6 kosov), nameščenih na eni osi, vendar ne trdno, in tako, da se diski lahko vrtijo okoli osi neodvisno drug od drugega. Disk je imel dve podstavki, izdelani iz bakelita, v katere so bile pritisnjene kontaktne sponke glede na število črk abecede. V tem primeru so bili kontakti ene baze električno povezani notranje s kontakti druge baze v parih na poljuben način. Izhodni kontakti vsakega diska, razen zadnjega, so prek fiksnih kontaktnih plošč povezani z vhodnimi kontakti naslednjega diska. Poleg tega ima vsak disk prirobnico z izrastki in vdolbinami, ki skupaj določajo naravo koračnega gibanja vsakega diska pri vsakem ciklu šifriranja. Pri vsakem ciklu ure se šifriranje izvede s pulziranjem napetosti skozi vhodni kontakt stikalnega sistema, ki ustreza črki v navadnem besedilu. Na izhodu preklopnega sistema se na stiku pojavi napetost, ki ustreza trenutni črki šifriranega besedila. Po končanem ciklu šifriranja se diski neodvisno drug od drugega vrtijo v enem ali več korakih (v tem primeru so lahko nekateri diski v vsakem koraku popolnoma v prostem teku). Zakon gibanja je določen s konfiguracijo prirobnic diska in se lahko šteje za psevdonaključen. Ti stroji so bili zelo razširjeni, zamisli za njimi pa so bile tudi elektronsko oblikovane med nastopom obdobja elektronskega računalništva. Izjemno visoka je bila tudi trdnost šifer, ki jih proizvajajo takšni stroji.
Med drugo svetovno vojno je bil diskovni stroj Enigma za šifriranje Hitlerjeve korespondence z Rommelom. Eno od vozil je za kratek čas padlo v roke britanske obveščevalne službe. Britanci so po natančni kopiji lahko dešifrirali tajno korespondenco.
Ustrezno je naslednje vprašanje: ali je mogoče ustvariti absolutno močno šifro, tj. takšnega, ki ne bi bil razkrit niti teoretično. Oče kibernetike Norbert Wiener je trdil: "Vsak dovolj dolg kos šifriranega besedila je vedno mogoče dešifrirati, če ima nasprotnik dovolj časa za to … Vsako šifro je mogoče dešifrirati, če le obstaja nujna potreba po njej in informacije, ki naj bi bile pridobljene, so vredne stroškov. sredstva truda in časa ". Če govorimo o šifri, ustvarjeni v skladu s katerim koli natančno in nedvoumno opredeljenim algoritmom, ne glede na to, kako zapleten je, potem to res drži.
Vendar pa je ameriški matematik in specialist za obdelavo informacij Claude Shannon pokazal, da je mogoče ustvariti absolutno močno šifro. Hkrati ni nobene praktične razlike med absolutno močno šifro in tako imenovanimi praktičnimi šiframi jakosti (izvedene z uporabo posebej razvitih kompleksnih algoritmov). Absolutno močno šifro je treba ustvariti in uporabiti na naslednji način:
- šifra se ustvari brez kakršnega koli algoritma, ampak na povsem naključen način (metanje kovanca, naključno odpiranje karte iz dobro mešanega krova, ustvarjanje zaporedja naključnih števil z generatorjem naključnih števil na diodi šuma itd.).);
- dolžina šifriranega besedila ne sme presegati dolžine ustvarjene šifre, tj. en šifrirni znak se uporabi za šifriranje enega znaka odprtega besedila.
Seveda morajo biti v tem primeru izpolnjeni vsi pogoji za pravilno ravnanje s šiframi, predvsem pa besedila ni mogoče ponovno šifrirati s šifro, ki je bila že enkrat uporabljena.
Absolutno močne šifre se uporabljajo v primerih, ko je treba zagotoviti absolutno nezmožnost dešifriranja sovražnika korespondence. Zlasti takšne šifre uporabljajo nezakoniti agenti, ki delujejo na sovražnikovem ozemlju in uporabljajo šifrante. Beležnica je sestavljena iz strani s stolpci številk, izbranih naključno in imenovanih blok -šifra.
Metode šifriranja so različne, vendar je ena najpreprostejših naslednja. Črke abecede so oštevilčene z dvomestnimi številkami A - 01, B - 02 … Z - 32. Nato je sporočilo "Pripravljeni na srečanje" videti tako:
navadno besedilo - PRIPRAVLJENI ZA SREČANJE;
odprto digitalno besedilo - 0415191503 11 03181917062406;
blokovna šifra - 1123583145 94 37074189752975;
šifrirano besedilo - 1538674646 05 30155096714371.
V tem primeru je šifriran tekst pridobljen s številskim seštevanjem navadnega digitalnega besedila in blokovne šifre po modulu 10 (torej prenosna enota, če obstaja, se ne upošteva). Šifrirano besedilo, namenjeno za prenos s tehničnimi komunikacijskimi sredstvi, ima obliko petmestnih skupin, v tem primeru bi moralo izgledati tako: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (zadnje 4 števke so poljubno dodane in se ne upoštevajo). Seveda je treba prejemnika obvestiti, katera stran prenosnega računalnika je uporabljena. To se naredi na vnaprej določenem mestu v navadnem besedilu (v številkah). Po šifriranju se uporabljena stran šifrirne kartice iztrga in uniči. Pri dešifriranju prejetega kriptograma je treba isto šifro odšteti po modulu 10 od šifriranega besedila. Seveda je treba takšen zvezek hraniti zelo dobro in na skrivaj, saj samo dejstvo njegove prisotnosti, če postane sovražniku znano, pomeni agentov neuspeh.
Prihod elektronskih računalniških naprav, zlasti osebnih računalnikov, je označil novo obdobje v razvoju kriptografije. Med številnimi prednostmi računalniških naprav je mogoče omeniti naslednje:
a) izjemno visoka hitrost obdelave informacij, b) možnost hitrega vnosa in šifriranja predhodno pripravljenega besedila, c) možnost uporabe kompleksnih in izjemno močnih šifrirnih algoritmov, d) dobra združljivost s sodobnimi komunikacijskimi napravami, e) hitra vizualizacija besedila z možnostjo hitrega tiskanja ali brisanja, f) zmožnost imeti v enem računalniku različne programe za šifriranje z blokiranjem dostopa do njih
nepooblaščene osebe, ki uporabljajo sistem gesla ali notranjo kripto zaščito, g) univerzalnost šifriranega materiala (t.j. pod določenimi pogoji lahko računalniški šifrirni algoritem šifrira ne samo alfanumerične podatke, ampak tudi telefonske pogovore, fotografske dokumente in video materiale).
Vendar je treba opozoriti, da je treba pri organizaciji varstva informacij med njihovim razvojem, shranjevanjem, prenosom in obdelavo upoštevati sistematičen pristop. Obstaja veliko možnih načinov uhajanja informacij in tudi dobra zaščita kripto ne zagotavlja njene varnosti, razen če so sprejeti drugi ukrepi za njeno zaščito.
Reference:
Adamenko M. Temelji klasične kriptologije. Skrivnosti šifriranja in kod. M.: DMK press, 2012 S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Knjiga šifer. M.: Avanta +, 2009 S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
