Криптология

·  характер информационных взаимодействий чрезвычайно усложнился, и наряду с классической задачей защиты передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного прочтения и искажения возникли новые задачи сферы защиты информации, ранее стоявшие и решавшиеся в рамках используемых "бумажных" технологий - например, подпись под электронным документом и вручение электронного документа "под расписку" - речь о подобных "новых" задачах криптографии еще впереди;

·  субъектами информационных процессов теперь являются не только люди, но и созданные ими автоматические системы, действующие по заложенной в них программе;

·  вычислительные "способности" современных компьютеров подняли на совершенно новый уровень как возможности по реализации шифров, ранее немыслимых из-за своей высокой сложности, так и возможности аналитиков по их взлому.

     Перечисленные выше изменения привели к тому, что очень быстро после распространения  компьютеров в деловой сфере  практическая криптография сделала  в своем развитии огромный скачок, причем сразу по нескольким направлениям:

·  во-первых, были разработаны стойкие блочные шифры с секретным ключом, предназначенные для решения классической задачи - обеспечения секретности и целостности передаваемых или хранимых данных, они до сих пор остаются "рабочей лошадкой" криптографии, наиболее часто используемыми средствами криптографической защиты;

·  во-вторых, были созданы методы решения новых, нетрадиционных задач сферы защиты информации, наиболее известными из которых являются задача подписи цифрового документа и открытого распределения ключей.

Как видим, термин "криптография" далеко ушел от своего первоначального значения - "тайнопись", "тайное письмо". Сегодня эта дисциплина объединяет методы защиты информационных взаимодействий совершенно различного характера, опирающиеся на преобразование данных по секретным алгоритмам, включая алгоритмы, использующие секретные параметры. Термин "информационное взаимодействие" или "процесс информационного взаимодействия" здесь обозначает такой процесс взаимодействия двух и более субъектов, основным содержанием которого является передача и/или обработка информации. По большому счету, криптографической может считаться любая функция преобразования данных, секретная сама по себе или зависящая от секретного параметра S:

T' = f(T), или

T' = f(T,S). 

     2.Криптография эпохи Возрождения 

Роджер  Бэкон

     Первой  европейской книгой, описывающей  использование криптографии, считается  труд Роджера Бэкона XIII века «Послание  брата Рогериса Бакониса о тайных действиях искусства и природы и ничтожестве магии» (лат. «Epistola Fratris Rog. Baconis, de secretis operibus artis et naturae et nullitate magiae») . описывающий, в числе прочего, применение 7 методов скрытия текста.

     В XIV веке сотрудник тайной канцелярии папской курии Чикко Симонети пишет книгу о системах тайнописи, а в XV веке секретарь папы Климентия XII Габриэль де Левинда заканчивает работу над «Трактатом о шифрах».

Первая  организация, посвятившая себя целиком  криптографии, была создана в Венеции (Италия) в 1452 году. Три секретаря  этой организации занимались взломом  и созданием шифров по заданиям правительства. В 1469 году появляется шифр пропорциональной замены «Миланский ключ».

Отцом западной криптографии называют учёного  эпохи Возрождения Леона Баттисты Альберти. Изучив методы вскрытия использовавшихся в Европе моноалфавитных шифров, он попытался создать шифр, который был бы устойчив к частотному криптоанализу. Трактат о новом шифре был представлен им в папскую канцелярию в 1466 году. Альберти предложил вместо единственного секретного алфавита, как в моноалфавитных шифрах, использовать два или более, переключаясь между ними по какому-либо правилу. Однако флорентийский учёный так и не смог оформить своё открытие в полную работающую систему, что было сделано уже его последователями. Также Альберти предложил устройство из двух скреплённых в центре дисков, каждый из которых имел алфавит, написанный по краю, и мог поворачиваться относительного другого диска. Пока диски не двигаются, они позволяют шифровать с использованием шифра Цезаря,

Очередной известный результат принадлежит  перу германского аббата Иоганна  Тритемия, которого многие историки считают вторым отцом современной криптологии. В пятой книге серии «Polygraphia», изданной в 1518 году, он описал шифр, в которой каждая следующая буква шифруется своим собственным шифром сдвига. Его подход был улучшен Джованом Баттистой Белласо (итал. Giovan Battista Bellaso), который предложил выбирать некоторое ключевое слово и записывать его над каждым словом открытого текста. Каждая буква ключевого слова используется для выбора конкретного шифра сдвига из полного набора шифров для шифрования конкретной буквы, тогда как в работе Тритемия шифры выбираются просто по циклу. Для следующего слова открытого текста ключ начинал использоваться снова, так, что одинаковые слова оказывались зашифрованы одинаково. Данный шифр в настоящий момент известен как шифра Виженера (см. ниже). Кроме этого, Тритемий первым заметил, что шифровать можно и по две буквы за раз – биграммами (хотя первый биграммный шифр – Playfair – был предложен лишь в XIX веке). Позже, в XVII веке, член ордена иезуитов Атанасиус Кирхер провёл исследования лингвистических аспектов работ Тритемия, результаты которых опубликовал в своей Polygraphia nova в 1663 году. Одним из результатов стало создание «полиглотического кода на пяти языках», который мог использоваться для шифрования и передачи сообщений на латинском, итальянском, французском, испанском и немецком языках, при этом декодирование могло производиться на любом из указанных языков.

     В 1550 году итальянский математик Джероламо Кардано, состоящий на службе у папы римского, предложил новую технику шифрования – решётку Кардано. Этот способ сочетал в себе как стеганографию (искусство скрытого письма), так и криптографию. Затруднение составляло даже понять, что сообщение содержит зашифрованный текст, а расшифровать его, не имея ключа (решётки) в то время было практически невозможно. Решётку Кардано считают первым транспозиционным шифром, или, как ещё называют, геометрическим шифром, основанным на положении букв в шифротексте.

Фрэнсис Бэкон в своей первой работе 1580 года предложил двоичный способ кодирования латинского алфавита, по принципу аналогичный тому, что сейчас используется в компьютерах. Используя этот принцип, а также имея два разных способа начертания для каждой из букв, отправитель мог «спрятать» в тексте одного длинного сообщения короткое секретное. Данный способ получил название «шифр Бэкона», хотя относится больше к стеганографии.

     Самым известным криптографом XVI века можно назвать Блеза де Виженера (фр. Blaise de Vigenère). В своём трактате 1585 года он описал шифр, подобный шифру Тритемия, однако изменил систему выбора конкретного шифра замены для каждой буквы. Одной из предложенных техник было использование букв другого открытого текста для выбора ключа каждой буквы исходного текста. Описанный шифр известен как шифр Виженера и, при длине случайного ключа равной длине открытого текста, является абсолютно стойким шифром, что было математически доказано много позже (в XX веке в работах Шеннона). Другая техника использовала результат шифрования для выбора следующего ключа-то, что впоследствии использует Фейстель и компания IBM при разработке шифра DES в 1970-х годах. Уникальный слоговой шифр иезуитов использован в Тетради Бласа Валера (Куско, 1616); одновременно в документе содержится дешифровка инкских кипу, юпаны, знаков токапу и секес, во многом и послуживших основой для создания шифра; поскольку ключевое значение в шифре имел цвет, то он послужил поводом изобретения в 1749 году итальянцем Раймондо де Сангро метода цветного книгопечатания. К 1639 году относится первое упоминание о рукописи Войнича – книге, написанной неизвестным автором на неизвестном языке. Расшифровать её пытались многие известные криптографы, но, не исключено, что рукопись является всего лишь мистификацией.

Чёрный  кабинет

     В 1626 году, при осаде города Реальмон, а позже и в 1628 году при осаде Ла-Рошели, французский подданный Антуан Россиньоль (фр. Antoine Rossignol, 1600–1682) расшифровал перехваченные сообщения, и тем самым помог победить армию гугенотов. После победы правительство Франции несколько раз привлекали его к расшифровке шифров. В то время правительство Франции привлекало к работе множество криптографов, которые вместе образовывали так называемый «Чёрный кабинет» (фр. Cabinet Noir).

     Антуану Россиньолю принадлежит доктрина, согласно которой стойкость шифра должна определяться видом зашифрованной информации. Для военного времени достаточной будет являться стойкость,если сообщение с приказом армейскому подразделению не будет расшифровано противником хотя бы до момента исполнения получателем,а для дипломатической почты шифр должен обеспечивать сохранность на десятки лет.

     В России датой учреждения первой государственной  шифровальной службы можно считать 1549 год – образование «посольского приказа» с «циферным отделением». А как минимум с 1702 года Петра сопровождала походная посольская канцелярия под руководством первого министра Ф.А. Головина, которая с 1710 года приобрела статус постоянного учреждения. В нём сосредоточилась криптографическая работа с перепиской между Петром, его приближёнными и различными получателями, а также по созданию новых шифров.

     Впоследствии  над дешифрованием сообщений  в России трудились в том числе такие математики как Кристиан Гольдбах, Леонард Эйлер и Франц Эпинус. При этом во время Семилетней войны (1756–1763) Эйлер, находясь в Пруссии, хотя и продолжал переписываться с высшими лицами Российской империи, также занимался дешифровкой перехваченных писем русских офицеров.

     К началу XVIII века подобные кабинеты были по всей Европе, в том числе «Die Geheime Kabinettskanzlei» в Вене, первое дешифровальное отделение в Германии под начальством графа Гронсфельда, группа Джона Валлиса в Англии. До, во время и после войны за независимость США они оказались способны вскрыть большую часть колониальных шифров. Большинство из них было закрыто к середине XIX века, в том числе, по одной из версий – из-за отсутствия вооружённого противостояния с США.

3.Современная криптография и её терминология.

Современная криптография состоит  из нескольких крупных подразделов: симметрических криптосистем; криптосистем с открытым ключом; систем электронной  подписи и управления ключами. Помимо передачи конфиденциальных сведений по всевозможным каналам связи (к примеру, по электронной почте), криптография и ее методы применяются для установления подлинности передаваемой информации, а также для хранения данных (документации, базы и т.п.) на различных носителях в засекреченном виде. Криптография позволяет преобразовать для прочтения или изменения зашифрованные данные только при условии знания ключа.

     Криптография  как любая наука оперирует  определенной терминологией. В частности, понятием «алфавит» и «текст». Алфавит  является конечным множеством знаков, применяемых для шифрования данных. А текст выступает упорядоченным  набором из алфавитных элементов. Тексты, построенные на данном алфавите, и  станут зашифрованной информацией, которая впоследствии будет подвергнута  дешифрованию. Именно «шифрование» и  «дешифрование» являются главными терминами, которые использует криптография. В  преобразовательном процессе шифрования открытый или исходный текст замещается текстом зашифрованным. А в ходе дешифрования конфиденциальные текстовые  данные с помощью специального ключа  преобразуются в исходные. Ключом называют информацию, необходимую для реализации свободного шифрования и дешифрования информационных данных.

     Криптография  изучает системы симметричные и  системы с открытым ключом. В первой разновидности систем, чтобы зашифровать  и дешифровать информацию, нужен  идентичный ключ. Для системы с  открытым ключом необходимы математически  связанные между собой открытые и закрытые ключи. Шифровка информации осуществляется открытым ключом, доступным  любому желающему, а расшифровка  – только закрытым ключом, известным  исключительно получателю информационных данных. Помимо прочего, криптография орудует терминами «распределение»  и «управление» ключами. Данные процедуры  принадлежат к процессам системной  обработки данных, и заключаются  они в составлении и распределении  ключей между всеми пользователями.

     Под электронными (цифровыми) подписями  криптография понимает дополнение к  тексту в виде его криптографического преобразования, позволяющего при получении  данных другим лицом проверить авторство  и подлинность информации. Криптография также использует понятие «криптостойкость», которое обозначает характеристику шифра, определяющую его устойчивость к дешифрованию, если ключ неизвестен (то есть стойкость к криптоанализу). В последние годы слова «криптография» и «криптология» употребляются совместно, но их соотношение может пониматься неверно. Дело в том, что под криптологией следует понимать науку, подразделяющуюся в свою очередь на криптографию (изучающую способы преобразования данных с целью их протекции) и криптоанализ (занимающийся методологией вскрытия шифров).

     С конца 1990 годов начинается процесс  открытого формирования государственных  стандартов на криптографические протоколы. Пожалуй, самым известным является начатый в 1997 году конкурс AES, в результате которого в 2000 году государственным стандартом США для криптографии с секретным ключом был принят шифр Rijndael, сейчас уже более известный как AES. Аналогичные инициативы носят названия NESSIE (англ. New European Schemes for Signatures, Integrity, and Encryptions) в Европе и CRYPTREC (англ. Cryptography Research and Evaluation Committees) в Японии.