Исторический анализ криптографии

За свои научные работы Роджер Бэкон  был осуждён церковным судом  и провёл 14 лет в заточении. Этим примером объясняет широкое распространение тайнописи среди учёных средневековья.

Одним из известных европейских  криптографов был английский писатель, астроном-любитель, таможенный чиновник Джеффри Чосер. В 70-х годах 13 века в звании эсквайра Чосер, как человек надёжный и сведущий, выполнял секретные дипломатические поручения своего короля в Италии и Франции. Всю тайную переписку он вёл, используя шифр простой замены. В свои стихи он включал зашифрованные строфы.

Также шифры появлялись и в регионах, которые в те времена не относились к развитым. Сектанты в Ираке пользовались таинственными знаками из-за страха перед мусульманами. Аналогичная картина наблюдается у тибетцев, у членов тайных сообществ в Нигерии и Таиланде. Эти шифры представляли собой простую замену знаков открытого текста на другие, в том числе и специально придуманные. Аналогичные шифры появлялись и в северных странах (Британия, Скандинавия). Они обычно использовались в религиозных целях. В этом смысле представляет интерес так называемые рунические надписи, написанные с использованием не господствующего в то время в Европе латинского языка, а древненационального (рунического) алфавита. Использованные шифры интересны тем, что в них нередко буквы заменялись на экзотически написанные координаты их положения в специальном расположении букв алфавита – некоторое подобие шифра Полибия.

В арабском мире в рассматриваемое  время была создана одна из самых  развитых цивилизаций. Процветала наука, медицина и математика. Естественно, что и наилучшие условия для  развития криптографии появились именно там. В арабских книгах впервые были описаны содержательные методы криптоанализа. Одна из первых крупных книг, в которой содержательно описывается криптография – это труд, созданный Абу Вакр Ахмед Бен Али Бен Вахшия ан-Набати – «Книга о большом стремлении человека разгадать загадки древней письменности». В ней описано несколько систем шифров.

В 1412 г. Шехаб аль Кашканди написал 14 томную энциклопедию «Шауба аль Аша». В этой работе имеется раздел о  криптографии «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений». В нём дано систематическое описание различных шифров замены и перестановки. Здесь же приводится и криптоанализ этих шифров на основе подсчёта частотности букв в арабском языке по тексту Корана; развиваются методы дешифрования, базирующиеся на разночастотности букв.

В этой же книге Кашканди пишет  о частотном методе дешифрования шифра простой замены:«Если вы хотите разгадать сообщение, которое  вы получили в зашифрованном виде, то прежде всего начинайте подсчёт  букв, а затем сосчитайте, сколько раз повторяется каждый знак, и подведите итог в каждом отдельном случае…».

Арабы первыми обратили внимание на возможность использования стандартных  слов и выражений для дешифрования. Так, первый широко известный среди  арабов филолог 8 века Абу аль-Ахмади, дешифровал криптограмму на греческом языке, которую переслал ему византийский император с просьбой о дешифровании, так объяснил свой метод:«Я сказал себе, что письмо должно начинаться со слов «Во имя Бога» или какого-нибудь в этом роде. Итак, я составил на основе этого первые буквы, и всё оказалось правильным». На основе открытого им метода дешифрования он написал книгу «Книга тайного языка».

 

 

 

Криптография в Эпоху Возрождения.

 

 

 

Эпоха Возрождения стала  временем не только всемирных открытий, но и великих тайн. Кто знал чужые секреты, тот вершил судьбы мира.

В Испании первые системы шифрования – преобразования открытого текста в римские цифры – появились  в 15 веке.

В Германии 15-16 веках значительный вклад в криптографию внёс Иоганнес Тритемий, аббат монастыря в городе Вюрцбург. Это был образованный по меркам того времени человек, находившийся под личным покровительством императора Максимилиана 1. Учёный богослов, натурализатор и историк, он заслужил славу чернокнижника своим сочинением «Полиграфия» - в те времена так называлась тайнопись, - написанным в 1499 году. Это была первая печатная книга по криптографии.

Тритемий – библиограф, алхимик, тайнописец, - сделал 2 новаторских  предложения в области криптографии: он предложил шифр «Аве Мария» и шифр, построенный на основании периодический сдвигаемого ключа.

Шифр «Аве Мария» основан  на принципе замены букв шифруемого текста на заранее оговорённые слова.

Наиболее серьёзное  предложение Тритемия по защите информации, дошедшее до наших дней, заключается в придуманной им таблице – «таблице Тритемия». В первой строке был выписан сам алфавит. Следующая строка писалась со смещением на одну букву, следующая ещё на одну и так до конца алфавита. Первая строка являлась одновременно и строкой букв открытого текста.

Первая буква текста шифруется по первой строке, вторая буква по второй и так далее, после  использования последней строки вновь возвращаются к первой. В  дальнейшем усложнения шифра пошли  по двум путям:

- введение произвольного  порядка расположения букв исходного  алфавита шифрованного текста  вместо упорядоченного;

- применение усложнённого  порядка выбора строк таблицы  при шифровании.

Следующий шаг в развитии предложенного Тритемием способа  шифрования был сделан итальянцем Жованом Белазо. В 1553 году выходит в свет его брошюра «Шифр синьора Белазо». В этом шифре ключом является пароль – легко запоминаемая фраза или слово. Пароль записывался периодически над буквами открытого текста. Буква пароля, стоящая над соответствующей буквой открытого текста, указывала номер строки в таблице Тритемия, по которой следует проводить шифрование этой буквы. Аналогичные идеи шифрования используют и сегодня.

В начале 16 века основатель разведывательной службы Англии Оливер Кромвель учредил в рамках разведывательной службы на правах отделения специальную дешифровальную службу, которая оказала ему серьёзные услуги в борьбе со сторонниками короля.

Крупнейший английский философ и ученый 17 века лорд-канцлер  Френсис Бэкон уделял серьёзное внимание шифрам. Он выдвинул главные требования к ним: «Они не должны поддаваться дешифрованию, не должны требовать много времени для написания и чтения и не должны возбуждать никаких подозрений». Эти требования сохраняются и сегодня.

Интерес к криптографии проявляли представители высшей знати. Так, в 17 веке Август II, герцог Ганновера, под псевдонимом Густав Селен опубликовал свою книгу «Секретные сообщения и криптография».

Прибегали к тайнописи  и ученые того времени. Опасаясь преследования церкви за свои открытия и в то же время стараясь сохранить свой приоритет, они шифровали некоторые результаты своих исследований. К этому прибегал великий астроном Галилей.

В 13-14 веках методы криптографической  защиты информации широко использовались в государствах Италии. Уже с ранних времён венецианское правительство имело особых специалистов-шифровальщиков, а за всей криптографической деятельность было поручено следить «Совету Десяти» - верховному органу исполнительной власти. Шифры обычно заключались в замене букв латинского алфавита либо другими буквами, либо арабскими цифрами, чёрточками, точками, произвольными фигурами, причём для одной буквы нередко использовали две-три замены. В шифрованный текст нередко вводились знаки, не имевшие никакого значения для того, чтобы усложнить шифр. Эти знаки впоследствии стали называться пустышками.

Из дешифровальщиков особо выделялся Джованни Соро (16 век) – один из первых известных  крупных аналитиков-дешифровальщиков. Он дешифровал депеши Марка Антония  Колонны – командующего армией императора Священной Римской империи; его услугами пользовалась папская курия – папа Климент 7 лично направлял перехваченные депеши для дешифрования.

Во Флоренции жил  искусный криптоаналитик Пирро Музефили, граф Сассетский, дешифровавший депеши французского короля Генриха II, кардинала де Мендосы и других. Среди его клиентов были герцог Альба король Англии.

Строгость сохранения криптографических  тайн в Италии была чрезвычайной. В  годы крестовых походов «отработанные» шифровальщики, служившие у папы римского, подлежали физическому уничтожению – так сохранялась тайна шифра.

Шифрованная дипломатическая  переписка часто вызывала неудовольствие со стороны заинтересованных дворов. Отказавшись от употребления шифров, дипломаты прибегли к стеганографическому способу защиты информации и использовали жаргонные коды, которые были известны ранее. Они заменяли смысл слов, при этом секретное сообщение принимало вид невинного текста, истинный смысл которого мог понять только посвящённый в тайну замены слов.

В 14-15 веках клерк тайной канцелярии папской курии Чикко  Симонетти написал книгу о  тайнописи. В ней он изложил усовершенствованные  шифры замены, в том числе и  шифр многозначной замены, в котором  одной и той же букве (гласной) соответствует несколько шифробозначений. Симонетти обслуживал герцогов Сфорца, олигархов Милана, дешифруя для них перехваченные депеши. Он разработал 13 правил дешифрования шифров простой замены, которые изложил в рукописи на трёх кусках пергамента.

Успеха в развитии криптографии в то время достиг Леон Альберти, человек универсального таланта, архитектор и математик. Он впервые выдвинул идею «двойного шифрования» - текст, полученный в результате первого шифрования, подвергался повторному шифрованию.

В 16 веке заметный вклад  в развитие криптографии внёс криптограф папы римского Маттео Ардженти, унаследовавший искусство тайнописи от своего дяди. Он рекомендовал не разделять слова, применять омофонные замены, вставлять в шифртекст большое количество  пустышек, устранять пунктуацию, не вставлять в шифртекст открытые слова. Для затруднения дешифрования шифров замены он преложил заменить буквы либо на цифры и двухзначные числа.

В 1550 году появляется книга  математика, врача и философа Дж. Кардано «О тонкостях» с дополнением  «О разных вещах», в которой имеются разделы, посвящённые криптографии. В ней нашёл отражение способ шифрования, который вошёл в историю как «решётка Кардано». Для её изготовления брался лист из твёрдого материал, представляющий собой квадрат, в котором вырезаны «окна». При использовании всех окон решётка поворачивалась на 90 градусов и вновь буквы открытого текста вписывались в окна повёрнутой решётки. Это было ничто иное, как шифр перестановки.

Главное требование к  решётке Кардано – при всех поворотах окна не должны попадать на одно и то же место в квадрате, в котором образуется шифртекст. Если в квадрате после снятия решётки образовывались пустые места, то в них вписывались произвольные буквы. Затем буквы квадрата выписывались построчно, что и было шифрованным текстом.

Ришелье усовершенствовал квадрат Кардано. Из плотного материала  вырезался прямоугольник, в нём  проделывались окна. Секретный текст  вписывался в эти окна, затем решётка  снималась и оставшиеся клетки заполнялись  так, чтобы получалось невинное сообщение. Суровую команду на английском языке «You kill at once», с помощью решётки он спрятал в текст «I love you. I have you. Deep Under my skin. My love. Lasts forever in hyperspace».

 

 

 

Криптография в Новое и Новейшее время.

 

 

 

17-18 века вошли в  историю криптографии как эра «чёрных кабинетов» - специальных государственных органов по перехвату и дешифрованию переписки. В штат чёрных кабинетов входили криптографы-дешифровальщики, агенты по перехвату почты, специалисты по вскрытию пакетов, писцы-копировальщики, переводчики, специалисты – граверы по подделке печатей, химики, специалисты по подделке почерков и так далее. Таким образом, чёрные кабинеты состояли из высококвалифицированных специалистов в различных областях деятельности. Эти специалисты ценились «на вес золота» и находились под особым покровительством властей. От них требовалось строгое сохранение тайны и преданность монарху. Предателей сурово наказывали.

В XVIII веке в России криптографические службы работали в тесном контакте с агентурно-разведывательными органами.  Окончательный чёрный кабинет был создан при Екатерине II. Дешифрованная корреспонденция докладывалась непосредственно императрице.

Известный дешифровальщик Россиньоль служил при Людовике XIV. Расцвет его таланта приходится на времена кардинала Мазарини. Помимо криптографии, он увлекался математикой, что, безусловно, сказалось на эффективности его криптографической деятельности. На основании ряда высказываний Россиньоля можно сделать вывод о том, что именно он впервые сформулировал концепцию временной стойкости шифров. Так, говоря о военных шифрах, он отмечал, что эти шифры  должны быть просты, удобны для применения в боевых условиях и должны хранить тайну приказа до его выполнения. Такое требование к шифрам существенно упрощало и удешевляло решение проблемы надёжной защиты быстро стареющей информации и позволяло применять в условиях боевых действий достаточно простые и дешёвые  шифры. После исполнения приказа допустимо его дешифрование противником. Усилие по дешифрованию выполненного приказ становятся напрасными.

Также, одной из услуг  Россиньоля является то, что он убедил правителей Франции в важности криптографии для формирования и реализации внутренней и внешней политики, в необходимости должного внимания к этой стороне государственной деятельности. Дешифровальная работа Россиньоля давала важную информацию для формирования политики Франции. Так, Франция, находясь в политической конфронтации с Испанией, по результатам работы Россиньоля помогла разоблачить планы Филиппа II (короля Испании) против Англии.

Россиньоль в своей  работе использовал дезинформацию  под шифром. Так, например, когда  королевские войска осадили гугенотскую  крепость Эден, Россиньолю удалось  получить шифрованное сообщение  осаждённых, в котором содержалась  просьба о помощи у соседнего гарнизона. Россиньоль, дешифровав сообщение, тем же шифром отправил в Эден отрицательный ответ, что ускорило падение крепости. Он умер в возрасте 83 лет в славе и богатстве, а его дело успешно продолжил его сын Бонавентур.

В XVIII веке одним из самых сильных в Европе был чёрный кабинет в Вене (Австрия). Его курировал сам император Карл VI и императрица Мария Тереза. Были разработаны «нормативные акты», регулирующие работу дешифровальщиков. Они имели следующие положения:

- предусмотреть денежную  компенсацию дешифровальщикам за вынужденную безработицу;

- помимо текущей зарплаты  предусмотреть солидные денежные  премии за серьёзные разовые  успехи в дешифровании.

Были созданы специальные  курсы, на которые направлялись юноши  двадцатилетнего возраста. К абитуриентам предъявлялись особые требования: высокие моральные качества, знание иностранных языков, знакомство с математикой. В процессе обучения предусматривались особые тесты, предназначенные для определения способностей обучаемого к деятельности в области криптографии. К преподаванию на курсах привлекались криптографы, находящиеся на государственной службе. За эту работу предусматривалось дополнительное денежное вознаграждение.