Современное шифрование применяется практически во всех отраслях и ежеминутно нас окружает: в банковских транзакциях, при обмене сообщениями, отправке писем, во многих мессенджарах и интернет-протоколах. И в этой серии статей, посвящённой истории криптографии будет рассмотрен её прогресс от примитивных задумок до сложных установок вроде Энигмы или Лоренца.

og_og_150272839925533391-1

С чего всё начиналось?

a8c82e0766b850b9eb2bf-1

С момента появления письменности для человечества появилась новая задача – защитить любым образом её содержимое от посторонних людей и нежеланных лиц. За долгую историю криптографии было создано, улучшено и взломано большое количество разнообразных и очень хитрых шифров. Из-за неустойчивости некоторых из них было проиграно много битв и даже войн.

Для начала введём два термина, для полного понимания содержимого статьи:

Стеганография – наука, о способе тайной передачи сообщения, т.е. исходный текст остаётся неизменным, а прячется само письмо или его содержимое. (например письмо, написанное невидимыми чернилами).

В разных государствах практиковался разный метод сокрытия сообщения, например в древнем Китае практиковался такой метод:

Для начала писалось какое-либо сообщение на тонком куске шёлковой ткани, которая затем сворачивалась в крохотный шарик и покрывалась воском. После этот восковой шарик проглатывался и даже при тщательном досмотре было невозможным найти сообщение с текстом.

Другим, более современным вариантом вариантом использования стеганографии являются микроточки, – способ, которым пользовалась Германия во время Второй мировой войны. Микроточки – изображения, которые были уменьшены и сжаты до размеров типографской точки, которые приклеивались к письмам, а именно на место расположения обычных точек, были практически незаметными.

2d47b4984b3957c10311484243030ebb_fitted_800x600

Криптография – наука о способе безопасного общения и обмена информации в присутствии третьих сторон.

Криптоанализ - наука о методах расшифровки зашифрованной информации без предназначенного для такой расшифровки ключа.

Примитивные варианты

pq0415a

Симметричное шифрование – способ шифрования, где для шифрования и расшифровывания какой-либо информации используется один и тот же ключ. Был незаменимым типом шифрования информации до прихода асимметричного, в 70-х годах XX века.

Все шифры до середины XX века назывались симметричными и были незаменимы (до компьютеризации).

Самым примитивным и простым способом шифрования, с использованием симметричного шифра — это таблица со столбцами.

Пример такого способа (читать сверху вниз):

411e49587ba28bb0441a7

После занесения текста в таблицу мы получаем сообщение такого содержания:

КДВЕАПЕОУАРЁРТДР ЕТИ! ОПД В

Для его расшифровки нам надо знать лишь число столбцов, в нашем случае это число 7. Конечно, такой способ очень легко взломать самым простым перебором вариантов. Поэтому этот метод долго не продержался и люди начали улучшать его разными способами, например вместо количества столбцов стали использовать слова и менять каждую букву в слове относительно буквы ключа – и этот способ назвали полиалфавитным шифром, в часности шифром Виженера (который, к слову был ошибочно приписан ему, в действительности им пользовались задолго до Виженера).

c6cb274ec0849b953d2a1

Индекс возле каждой буквы — номер её расположения в алфавите. Для получения шифротекста нам необходимо сложить номер буквы ключа с номером буквы текста. Например буква получилась в результате "Ф" – 16+6=22, "Д" – 5+13=18, так как в алфавите 33 буквы, то при превышении этого числа следует начинать с начала. "Г" – 12+25-33=4.

Взлом (криптоанализ) простых шифров

Почти всё первое тысячелетие использовался только шифр простой замены букв. Он считался "невзламываемым", ведь считалось, что он имеет миллиарды и миллиарды возможных значений для каждой буквы. Однако, арабский математик Аль-Кинди в IX веке смог найти достаточно простое и очень эффективное решение. Аль-Кинди в своих трудах описал способ дешифровки:

Один из способов прочесть зашифрованное сообщение, если мы знаем язык, на котором оно написано, — это взять другой незашифрованный текст на том же языке, размером на страницу или около того, и затем подсчитать появление в нем каждой из букв. Назовем наиболее частовстречающуюся букву «первой», букву, которая по частоте появления стоит на втором месте, назовем «вторая», букву, которая по частоте появления стоит на третьем месте, назовем «третья» и так далее, пока не будут сочтены все различные буквы в незашифрованном тексте.

Затем посмотрим на зашифрованный текст, который мы хотим прочитать,и таким же способом проведем сортировку его символов. Найдем наиболее часто встречающийся символ и заменим его «первой» буквой незашифрованного текста, второй по частоте появления символ заменим «второй» буквой^ третий по частоте появления символ заменим«третьей» буквой и так далее, пока не будут заменены все символы зашифрованного сообщения, которое мы хотим дешифровать.

Analiz-teksta-sayta

Это было настоящим прорывом в области криптоанализа за время его существования. Люди не сразу смогли придумать замену такому устоявшемуся методу.

Как видно из способа Аль-Кинди, то основным методом взлома простых шифров является частотный анализ. Он представляет собой изучение частоты букв или групп букв в зашифрованном тексте. Например самой частоиспользуемой буквой в русском языке является "О", после "Е" и "А". Помимо поиска отдельных букв можно искать сразу их сочетание между собой:

"ТЬ", "АТ", "СТ", "ЫЙ"

Это самые распространённые сочетания букв, в больших объёмах текста такое правило будет работать и при простом шифровании выявить закономерность очень просто (с маленькими предложениями или небольшой группой слов будет сложнее).

Все шифры, которые используют метод простой замены букв – называются моноалфитными шифрами и именно они легли в основу полиалфавитного способа.

Пример частоты использования букв и их расположения в слове:

1_F_BKM9IaYDzfo2UkzfeZkg

1_0oExXZyAt7Zij9d2Ot1k9A

Исторический пример

В конце XVI века, королева Шотландии – Мария Стюарт всё ещё оставалась претенденткой на английский престол. После неудачи и бегства с Шотландии, Мария планировала сместить с престола королеву Елизавету I. Мария Стюарт вела тайную переписку с Энтони Бабингтоном, где обсуждался план убийства королевы и освобождения из заключения. Хоть Мария и шифровала свои сообщения моноалфавитным шифром (невзламываемым на тот момент), все её сообщения были успешно дешифрованы и переданы в руки английской королевы. После обнародования её сообщений она предстала перед судом и была приговорена к смертной казни.

Продолжение следует...

Подписывайтесь на «Код Дурова» в Telegram и во «ВКонтакте», чтобы всегда быть в курсе интересных новостей!

Подписывайтесь на «Код Дурова» в Telegram и во «ВКонтакте», чтобы всегда быть в курсе интересных новостей!