Артём Музагафаров - Шифрованный мир. Азы криптографии и задачи по криптоанализу

Автор-составитель Артём Музагафаров

ISBN 978-5-0060-2725-1

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Информация может очень дорого стоить (ведь знание – это сила, а ещё инструмент шантажа и конкурентного преимущества, а порой она может даже решить, чьи люди выиграют войну, а чьи погибнут). Однако её проблематично просто хранить в сейфе – ей необходимо делиться с союзниками или постоянно использовать в производственных процессах. Поэтому делают так, чтобы свои могли её прочесть, а чужие – нет. Это и называется шифрование. В современном мире криптография имеет множество различных применений, как в частном, так и государственном секторе. Кроме очевидных, она используется в сотовой связи, платном цифровом телевидении, при подключении к Wi-Fi и для защиты транспортных билетов от подделок, в банковских операциях, и даже для защиты электронной почты от спама.

В этой книге я попытался простым языком и с иллюстрациями увлекательно рассказать о наиболее популярных, интересных и понятных шифрах. Ну что же, приступим! Начнём с небольшого экскурса в науку, которая занимается шифрованием, продолжим историей развития методов шифрования и дешифровки, ну и закончим ознакомлением с видами шифров.

(от древнегреческих «криптос» – скрытый, тайна и «графо» – пишу) – это наука о методах и инструментах обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации, но что же это такое?

Конфиденциальность обеспечивает невозможность прочтения информации несанкционированными пользователями (т.е. всеми, кому эта информация не предназначается). В криптографии конфиденциальность заключается в шифровании информации на основе условленного (заранее обеими сторонами – отправителем и получателем) метода шифрования (вида шифра) с секретной передачей ключей для шифровок.

Аутентичность же подразумевает целостность и подлинность авторства, а, следовательно, и невозможность отказа от авторства информации. То есть гарантию того, что сообщение не было кем-либо изменено в процессе доставки и того, что оно было отправлено именно тем, кем было заявлено. В криптографии аутентичность достигается применением ассиметричного шифрования, электронной подписи, хеш-функций и много другого. Однако следует помнить о границе применимости этой прикладной науки. Так криптография не занимается защитой от иррационального поведения и неадекватных действий санкционированных абонентов (человеческий фактор). Не в её компетенции и кража, копирование физических носителей секретных ключей, распространение уже расшифрованных секретных (составляющих государственную тайну) и конфиденциальных (не защищаемых государственными службами) сообщений (вспомним Эдварда Сноудена как широко известный пример добровольного рассекречивания большого объёма информации), а также многих других угроз информации, возникающих в защищенных системах передачи данных. Этим вместо криптографии занимается теория и методология защиты информации, комплексная система защиты информации (включающая в себя при необходимости и криптографическую составляющую) и в немалой степени сами организаторы и технологи защиты информации (например, службы безопасности, имеющиеся во многих даже частных организациях).

Однако, у криптографии есть, так сказать, злой брат-близнец – криптоанализ, который наоборот хочет всячески ей помешать. И, таким образом, им приходится постоянно соперничать, Совершенствуя каждый свои методы, и получается сложная и не стоящая на месте наука криптология, в которую входит, как сама криптография, так и криптоанализ.

насчитывает около 4000 лет, что делает её одной из старейших наук наряду с математикой, логикой, геометрией, астрономией и медициной.

Первые шифры появились практически сразу вместе с появлением самой письменности – не позднее, чем в третьем веке до нашей эры – и были очень просты. Это был алгоритм вроде «заменить все буквы А на букву В, Б на Д, а В на Я…». Такие способы тайной письменности были известны уже древним цивилизациям Индии (и считались там одним из искусств), Египта и Месопотамии. Большую область применения криптография имела тогда, конечно же, в военном деле, однако археологи находили и зашифрованные рецепты Месопотамии, относящиеся к обычным ремеслам, вроде изготовления гончарных изделий.

В Древнем Египте полностью зашифрованные тексты встречаются с 16 века до нашей эры. Здесь в это время криптография была представлена в виде загадок и ребусов. Однако это делалось не столько для того, чтобы затруднить чтение, а чтобы превзойти друг друга в остроумии, а также, привлечь внимание к своим текстам. Использовались необычные иероглифы, которые не могли прочесть лаже многие грамотные египтяне.

В книге пророка Иеремии (6 век до н.э.) использовался метод Атбаш – когда заменяют первую букву алфавита на последнюю, вторую на предпоследнюю и т. д.

В это же время между Афинами и Спартой шла война. Как говорят «в любви, как и на войне, все средства хороши» и шифрование в данном случае – отличное средство. У Древней Спарты был козырь – скитала – одно из древнейших криптографических устройств.

Скитала представляла собой обычный длинный цилиндр определённого диаметра или в более удобном варианте – его ещё обтёсывали до определённого числа граней.

Скитала

Сам же процесс шифровки происходил следующим образом – на скиталу наматывали тонкую полоску пергамента (бумагу сейчас использовать в этих целях не рекомендуется – по её сгибам достаточно легко восстановить характеристики самой скитале) и писали сначала послание, а на оставшихся пустых гранях – случайные буквы. После размотки на ленте образовывалась шифровка, расшифровать которую можно было, только намотав эту ленту на такую же скиталу с таким же диаметром и количеством граней. Таким образом, получалось, что большинство символов в шифровке просто лишние и маскируют открытый текст. Например, ОБВКЫРКРЛОУИМИНПРСТТОЛДОШГУГМИРРЫЧААРСЧФУЕПИПАСЯГРС – это что-то нечитаемое и непонятно о чём вообще, однако достаточно просто прочитать только каждую четвёртую букву из этого сообщения, чтобы получить вполне внятное слово. Для этого в скитале было четыре грани размером в высоту одной буквы или один оборот по цилиндру был по длине как высота четырёх букв.

Через век Аристотель нашёл способ взламывать такой шифр – наматывать ленту с шифровкой на острый конус до тех пор, пока не появлялись читаемые куски текста. Шифр перестал считаться надёжным и греческий полководец Эней Тактик придумал новый шифр со своим криптографическим инструментом – линейкой Энея.

линейка Энея

Суть этой тайной передачи посланий заключался в следующем. Бралась нить и завязывалась на начальных прорезях в линейке. Далее она протягивалась до первой буквы в послании, после чего на ней завязывался узел. Потом также узел делался на второй букве и так до конца сообщения. После всех этих действий нить отделялась от линейки и с полученными на ней узлами передавалась гонцам. Только получатель, имеющий в точности такую же линейку с порядком букв и расстояниями между ними, мог по расстояниям между узлами на нити расшифровать послание.