Šifre su se od pamtivijeka koristile za čuvanje tajni. Jedan od najstarijih šifriranih sistema, podaci o kojima nam je povijest donijela, lutaju. Koristili su ga stari Grci još u 5. veku pre nove ere. Tih je dana Sparta, uz podršku Perzije, vodila rat protiv Atene. Spartanski general Lysander počeo je sumnjati Perzijce u dvostruku igru. Hitno su mu bile potrebne istinite informacije o njihovim namjerama. U najkritičnijem trenutku iz Perzijskog logora stigao je glasnički rob sa službenim pismom. Nakon što je pročitao pismo, Lysander je zatražio pojas od glasnika. Ispostavilo se da je na ovom pojasu odana prijateljica (sada bismo rekli "tajni agent") Lysandra napisala šifriranu poruku. Na pojasu glasnika različita su slova bila ispisana u neredu, koja se nije zbrajala ni s jednom riječi. Štaviše, slova nisu napisana duž struka, već preko. Lisander je uzeo drveni cilindar određenog promjera (lutajući), namotao glasnikov pojas oko njega na takav način da se rubovi pojasa zatvore, a poruka koju je čekao bila je poredana na pojasu duž generatrice cilindar. Ispostavilo se da su Perzijanci planirali udariti Spartance iznenadnim ubodom u leđa i ubiti Lisandrove pristalice. Primivši ovu poruku, Lysander je neočekivano i tajno sletio blizu lokacije perzijskih trupa i iznenadnim udarcem ih pobijedio. Ovo je jedan od prvih poznatih slučajeva u povijesti u kojem je šifrirana poruka imala izuzetno važnu ulogu.
Bila je to permutacijska šifra, čiji se tekst sastoji od slova u običnom tekstu preuređenih prema određenom, ali strancima nepoznatom zakonu. Sistem šifriranja ovdje je permutacija slova, radnje su navijanje pojasa oko lutanja. Šifra ključa je promjer lutanja. Jasno je da pošiljalac i primalac poruke moraju imati užad istog prečnika. To odgovara pravilu da ključ za šifriranje mora biti poznat i pošiljatelju i primatelju. Lutanje je najjednostavniji tip šifriranja. Dovoljno je pokupiti nekoliko lutanja različitih promjera, a nakon namotavanja pojasa na jednom od njih pojavio bi se običan tekst. Ovaj sistem šifriranja je dešifriran u davna vremena. Pojas je namotan na konusno lutanje s blagim konusom. Tamo gdje je promjer presjeka konusne skitale blizu promjera koji se koristi za šifriranje, poruka se djelomično čita, nakon čega se pojas namotava oko skitale potrebnog promjera.
Julije Cezar široko je koristio šifre drugog tipa (zamjenske šifre), za kojeg se čak smatra da je izumitelj jedne od ovih šifri. Ideja Cezarove šifre bila je da se na papiru (papirus ili pergament) dva alfabeta jezika na kojem će poruka biti napisana ispišu jedno ispod drugog. Međutim, druga abeceda ispisana je ispod prve s određenom (poznatom samo pošiljatelju i primatelju, smjena). Za Cezarovu šifru, ovaj pomak jednak je tri pozicije. Umjesto odgovarajućeg otvorenog teksta, preuzetog iz prvog (gornjeg) abeceda, donji znak abecede ispod ovog slova je upisan u poruku (šifrirani tekst). Naravno, sada takav sustav šifriranja može lako razbiti čak i laik, ali u to se vrijeme Cezarova šifra smatrala neraskidivom.
Nešto složeniju šifru izumili su stari Grci. Ispisali su abecedu u obliku tablice 5 x 5, označili redove i kolone sa simbolima (to jest, numerisali ih) i napisali dva simbola umjesto običnog teksta. Ako su ti znakovi dati u poruci kao jedan blok, tada je s kratkim porukama za jednu određenu tablicu takva šifra vrlo stabilna, čak i prema modernim konceptima. Ova ideja, stara oko dvije hiljade godina, korištena je u složenim šiframa tokom Prvog svjetskog rata.
Kolaps Rimskog carstva bio je praćen padom kriptografije. Povijest nije sačuvala značajnije podatke o razvoju i primjeni kriptografije u ranom i srednjem srednjem vijeku. I samo hiljadu godina kasnije, kriptografija oživljava u Evropi. Šesnaesti vek u Italiji je vek intriga, zavera i previranja. Klanovi Borgia i Medici bore se za političku i finansijsku moć. U takvoj atmosferi šifre i kodovi postaju vitalni.
Godine 1518. opat Trithemius, benediktinski monah koji živi u Njemačkoj, objavio je knjigu na latinskom pod nazivom Poligrafija. Bila je to prva knjiga o umjetnosti kriptografije i uskoro je prevedena na francuski i njemački.
1556. godine, doktor i matematičar iz Milana Girolamo Cardano objavio je djelo koje opisuje sistem šifriranja koji je izumio, a koje je ušlo u istoriju pod imenom "Cardano Lattice". To je komad tvrdog kartona s rupama izrezanim nasumičnim redoslijedom. Cardano rešetka bila je prva primjena permutacijske šifre.
Smatralo se apsolutno snažnom šifrom čak i u drugoj polovici prošlog stoljeća, s dovoljno visokim stupnjem razvoja matematike. Tako se u romanu Julesa Verna "Mathias Sandor" dramatični događaji razvijaju oko šifriranog pisma poslanog s golubicom, ali je slučajno palo u ruke političkog neprijatelja. Da bi pročitao ovo pismo, otišao je autoru pisma kao sluga kako bi u svojoj kući pronašao mrežu za šifriranje. U romanu niko nema ideju da pokušava dešifrirati slovo bez ključa, samo na osnovu znanja o primijenjenom sistemu šifriranja. Usput, presretnuto pismo izgledalo je kao tablica s 6 x 6 slova, što je bila velika greška šifrirača. Da je isto slovo napisano u nizu bez razmaka i da ukupan broj slova uz dodatak nije 36, dešifrirač bi i dalje morao provjeriti hipoteze o korištenom sistemu šifriranja.
Možete izbrojati broj mogućnosti šifriranja koje pruža Cardano rešetka 6 x 6. Dešifriranje takve rešetke nekoliko desetina milijuna godina! Cardanov izum se pokazao kao izuzetno uporan. Na njegovoj osnovi, tokom Drugog svjetskog rata, stvorena je jedna od najtrajnijih pomorskih šifri u Velikoj Britaniji.
Međutim, do sada su razvijene metode koje omogućuju, pod određenim uvjetima, da dešifriraju takav sustav dovoljno brzo.
Nedostatak ove rešetke je potreba da se pouzdano sakrije sama rešetka od stranaca. Iako je u nekim slučajevima moguće zapamtiti lokaciju utora i redoslijed njihovog numeriranja, iskustvo pokazuje da se na pamćenje osobe, posebno kada se sustav rijetko koristi, ne može osloniti. U romanu "Matija Šandor" prelazak rešetke u ruke neprijatelja imao je najtragičnije posljedice za autora pisma i za cijelu revolucionarnu organizaciju čiji je član bio. Stoga u nekim slučajevima mogu biti poželjni manje jaki, ali jednostavniji sustavi šifriranja koji se lako oporavljaju iz memorije.
Dvoje ljudi moglo bi s jednakim uspjehom tražiti titulu "oca moderne kriptografije". To su Italijan Giovanni Battista Porta i Francuz Blaise de Vigenère.
Godine 1565. Giovanni Porta, matematičar iz Napulja, objavio je šifrirani sistem zasnovan na zamjeni koji je dopuštao da se bilo koji znak u otvorenom tekstu zamijeni šifrovanim slovom na jedanaest različitih načina. Za to je uzeto 11 abeceda sa šiframa, od kojih je svako identificirano parom slova koja određuju koje se pismo treba koristiti za zamjenu slova u otvorenom tekstu šifrom. Kada koristite portove šifriranih abeceda, osim što imate 11 abeceda, morate imati i ključnu riječ koja definira odgovarajuću šifru u svakom koraku šifriranja.
Stol Giovannija Porte
Obično je šifrirani tekst u poruci napisan u jednom komadu. Na tehničkim komunikacijskim linijama obično se prenosi u obliku petoznamenkastih grupa, međusobno odvojenih razmakom, deset grupa po retku.
Sistem Ports ima vrlo visoku izdržljivost, posebno pri nasumičnom odabiru i pisanju abeceda, čak i prema savremenim kriterijima. Ali ima i nedostataka: oba dopisnika moraju imati prilično nezgrapne stolove koje treba čuvati od znatiželjnih očiju. Osim toga, morate se nekako dogovoriti oko ključne riječi, koja bi također trebala biti tajna.
Ove probleme riješio je diplomata Vigenère. U Rimu se upoznao s djelima Trithemiusa i Cardana, a 1585. objavio je svoje djelo "Traktat o šiframa". Kao i metoda Ports, Vigenèreova metoda temelji se na tablici. Glavna prednost metode Vigenere je njena jednostavnost. Kao i sistem portova, sistem Vigenère zahtijeva ključnu riječ (ili izraz) za šifriranje, čija slova određuju kojim će od 26 abeceda za šifriranje biti šifrirano svako posebno slovo otvorenog teksta. Ključno tekstualno slovo definira stupac, tj. specifična šifra. Slovo samog šifriranog teksta nalazi se unutar tablice koje odgovara slovu otvorenog teksta. Sistem Vigenere koristi samo 26 šifriranih podataka i po snazi je inferioran u odnosu na sistem luka. Ali Vigenere tablicu je lako vratiti iz memorije prije šifriranja, a zatim uništiti. Stabilnost sistema može se povećati dogovorom ne o ključnoj riječi, već o dugoj ključnoj frazi, tada će razdoblje korištenja šifriranih abeceda biti mnogo teže odrediti.
Vigenère šifra
Svi sistemi za šifriranje prije dvadesetog stoljeća bili su ručni. S niskim intenzitetom razmjene šifri, to nije bio nedostatak. Sve se promijenilo pojavom telegrafa i radija. Povećanjem intenziteta razmjene šifriranih poruka tehničkim sredstvima komunikacije, pristup neovlaštenih osoba prenesenim porukama postao je znatno lakši. Zahtjevi za složenost šifriranja, brzinu šifriranja (dešifriranja) informacija dramatično su porasli. Postalo je potrebno mehanizirati ovaj rad.
Nakon Prvog svjetskog rata posao šifriranja počeo se brzo razvijati. Razvijaju se novi sistemi šifriranja, izmišljaju se mašine koje ubrzavaju proces šifriranja (dešifriranja). Najpoznatiji je bio mehanički stroj za šifriranje "Hagelin". Kompaniju za proizvodnju ovih mašina osnovao je Šveđanin Boris Hagelin i postoji i danas. Hagelin je bio kompaktan, jednostavan za upotrebu i pružao je visoku čvrstoću šifre. Ovaj stroj za šifriranje implementirao je princip zamjene, a broj korištenih abeceda premašio je onaj u sistemu Ports, a prijelaz s jedne na drugu šifru izvršen je na pseudo-slučajan način.
Automobil Hagellin C-48
Tehnološki, rad mašine je koristio principe rada dodavanja mašina i mehaničkih automatskih mašina. Kasnije je ova mašina doživjela poboljšanja, matematički i mehanički. Ovo je značajno povećalo izdržljivost i upotrebljivost sistema. Pokazalo se da je sistem toliko uspješan da su tokom prelaska na računarsku tehnologiju principi postavljeni u Hagelinu elektronski modelirani.
Druga mogućnost za implementaciju zamjenske šifre bile su disk mašine, koje su od samog početka bile elektromehaničke. Glavni uređaj za šifriranje u automobilu bio je set diskova (od 3 do 6 komada), montiranih na jednoj osi, ali ne kruto, i na takav način da su se diskovi mogli rotirati oko osi neovisno jedan o drugom. Disk je imao dvije baze, napravljene od bakelita, u koje su kontaktni terminali utisnuti prema broju slova abecede. U tom slučaju, kontakti jedne baze bili su električno povezani interno s kontaktima druge baze u parovima na proizvoljan način. Izlazni kontakti svakog diska, osim posljednjeg, povezani su fiksnim kontaktnim pločama na ulazne kontakte sljedećeg diska. Osim toga, svaki disk ima prirubnicu s izbočinama i udubljenjima koja zajedno određuju prirodu koračnog pokreta svakog diska u svakom ciklusu šifriranja. U svakom ciklusu takta, šifriranje se vrši pulsirajućim naponom kroz ulazni kontakt sklopnog sistema koji odgovara slovu otvorenog teksta. Na izlazu sklopnog sustava na kontaktu se pojavljuje napon koji odgovara trenutnom slovu šifriranog teksta. Nakon dovršetka jednog ciklusa šifriranja, diskovi se rotiraju neovisno jedan o drugom za jedan ili više koraka (u ovom slučaju neki diskovi mogu biti potpuno neaktivni u svakom koraku). Zakon kretanja određen je konfiguracijom prirubnica diska i može se smatrati pseudo-slučajnim. Ove mašine su bile široko rasprostranjene, a ideje iza njih su takođe elektronski modelirane tokom dolaska ere elektronskih računara. Čvrstoća šifri koje proizvode takve mašine također je bila izuzetno velika.
Tokom Drugog svjetskog rata, disk mašina Enigma korištena je za šifriranje Hitlerove prepiske s Rommelom. Jedno od vozila nakratko je palo u ruke britanske obavještajne službe. Nakon što su to napravili, Britanci su uspjeli dešifrirati tajnu prepisku.
Relevantno je sljedeće pitanje: je li moguće stvoriti apsolutno jaku šifru, tj. jedan koji bi bio otkriven čak i teoretski. Otac kibernetike, Norbert Wiener, tvrdio je: „Svaki dovoljno dugačak dio šifriranog teksta uvijek se može dešifrirati, pod uvjetom da protivnik ima dovoljno vremena za to … Bilo koja šifra može se dešifrirati samo ako postoji hitna potreba za tim i informacije koje se trebaju pribaviti vrijede troškova. sredstva truda i vremena . Ako govorimo o šifri generiranoj u skladu s bilo kojim precizno i nedvosmisleno definiranim algoritmom, bez obzira koliko kompleksan bio, onda je to zaista tako.
Međutim, američki matematičar i stručnjak za obradu informacija Claude Shannon pokazao je da se može stvoriti apsolutno snažna šifra. U isto vrijeme, nema praktične razlike između apsolutno jake šifre i takozvanih praktičnih šifri snage (implementirane pomoću posebno razvijenih složenih algoritama). Apsolutno snažna šifra mora se generirati i koristiti na sljedeći način:
- šifra se generira ne koristeći nikakav algoritam, već na potpuno slučajan način (bacanje novčića, nasumično otvaranje karte iz dobro pomiješanog špila, generiranje niza slučajnih brojeva pomoću generatora slučajnih brojeva na diodi šuma itd.).);
- dužina šifriranog teksta ne smije prelaziti dužinu generirane šifre, tj. jedan šifrirani znak će se koristiti za šifriranje jednog znaka otvorenog teksta.
Naravno, u ovom slučaju moraju biti ispunjeni svi uvjeti za ispravno rukovanje šiframa, a iznad svega, tekst se ne može ponovno šifrirati šifrom koja je već jednom korištena.
Apsolutno jake šifre koriste se u slučajevima kada se mora garantovati apsolutna nemogućnost dešifriranja od strane neprijatelja prepiske. Takve šifre posebno koriste ilegalni agenti koji djeluju na neprijateljskoj teritoriji i koriste bilješke. Bilježnica se sastoji od stranica sa kolonama brojeva, nasumično odabranih i nazvanih blok šifra.
Metode šifriranja su različite, ali jedna od najjednostavnijih je sljedeća. Slova abecede numerisana su dvocifrenim brojevima A - 01, B - 02 … Z - 32. Tada poruka "Spremni za susret" izgleda ovako:
običan tekst - SPREMAN ZA SASTANAK;
otvoreni digitalni tekst - 0415191503 11 03181917062406;
blok šifra - 1123583145 94 37074189752975;
šifrirani tekst - 1538674646 05 30155096714371.
U ovom slučaju, šifrirani tekst dobiva se numeričkim dodavanjem običnog digitalnog teksta i blokovske šifre po modulu 10 (tj. Jedinica prijenosa, ako postoji, ne uzima se u obzir). Šifrirani tekst namijenjen prijenosu tehničkim sredstvima komunikacije ima oblik petocifrenih grupa, u ovom slučaju trebao bi izgledati ovako: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (posljednje 4 znamenke dodaju se proizvoljno i ne uzimaju se u obzir). Naravno, potrebno je obavijestiti primatelja koja stranica bilježnice se koristi. To se radi na unaprijed određenom mjestu u običnom tekstu (u brojevima). Nakon šifriranja, iskorištena stranica šifriranog dijela otkida se i uništava. Prilikom dešifriranja primljenog kriptograma, ista šifra mora se oduzeti po modulu 10 od šifriranog teksta. Naravno, takva se bilježnica mora čuvati vrlo dobro i tajno, jer sama činjenica njenog prisustva, ako postane poznata neprijatelju, znači agentov neuspjeh.
Dolazak elektronskih računarskih uređaja, posebno personalnih računara, označio je novu eru u razvoju kriptografije. Među mnogim prednostima uređaja računalnog tipa mogu se primijetiti sljedeće:
a) izuzetno velika brzina obrade informacija, b) mogućnost brzog unosa i šifriranja prethodno pripremljenog teksta, c) mogućnost korištenja složenih i izuzetno jakih algoritama za šifriranje, d) dobra kompatibilnost sa savremenim komunikacijskim mogućnostima, e) brzu vizualizaciju teksta s mogućnošću brzog ispisa ili brisanja, f) mogućnost da na jednom računaru imate različite programe za šifrovanje sa blokiranjem pristupa
neovlaštene osobe koje koriste sistem lozinki ili internu kripto zaštitu, g) univerzalnost šifriranog materijala (tj. pod određenim uvjetima, računalni algoritam za šifriranje može šifrirati ne samo alfanumeričke podatke, već i telefonske razgovore, fotografske dokumente i video materijale).
Međutim, valja napomenuti da se u organizaciji zaštite informacija tijekom njihovog razvoja, pohrane, prijenosa i obrade treba pridržavati sustavnog pristupa. Postoji mnogo mogućih načina curenja informacija, pa čak ni dobra kripto zaštita ne jamči njezinu sigurnost ako se ne poduzmu druge mjere za njihovu zaštitu.
Reference:
Adamenko M. Temelji klasične kriptologije. Tajne šifriranja i kodova. M.: DMK press, 2012. S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Knjiga šifri. M.: Avanta +, 2009. S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
