історія криптографії

Історія криптографії

План:

Введення

       1 Криптографія в Стародавньому світі

o        1.1 Стародавній Єгипет

o        1.2 Атбаш

o        1.3 Скитала

o        1.4 Диск Енея, лінійка Енея, книжковий шифр

o        1.5 Квадрат Полібія

o        1.6 Шифр Цезаря

       2 Тайнопису

       3 Криптографія від Середніх століть до Нового часу

o        3.1 Розвиток криптографії в арабських країнах

o        3.2 Криптографія епохи Відродження

o        3.3 Іспанська імперія і колонії в Америці. "Індіанська криптографія"

o        3.4 Чорні кабінети

o        3.5 Криптографія в британських колоніях і США

o        3.6 На шляху до математичної криптографії

       4 Криптографія в літературі

       5 Криптографія Першої світової війни

o        5.1 Росія

o        5.2 Англія

o        5.3 Франція

o        5.4 Німеччина

       6 Криптографія Другої світової війни

o        6.1 Німеччина: "Енігма", "Fish"

o        6.2 Японія

o        6.3 СРСР

o        6.4 США

       7 Математична криптографія

       8 Відкрита криптографія і держава

       9 Сучасна криптографія

Примітки
Література

Введення

Історія криптографії налічує близько 4 тисяч років. В якості основного критерію періодизації криптографії можливо використовувати технологічні характеристики використовуваних методів шифрування.

Перший період (приблизно з 3-го тисячоліття до н. Е..) Характеризується пануванням моноалфавитной шифрів (основний принцип - заміна алфавіту вихідного тексту іншим алфавітом через заміну букв іншими буквами або символами). Другий період (хронологічні рамки - з IX століття на Близькому Сході ( Ал-Кінді) і з XV століття в Європі ( Леон Баттіста Альберті) - до початку XX століття) ознаменувався введенням в обіг поліалфавітних шифрів. Третій період (з початку і до середини XX століття) характеризується впровадженням електромеханічних пристроїв в роботу шифрувальників. При цьому продовжувалося використання поліалфавітних шифрів.

Четвертий період - з середини до 70-х років XX століття - період переходу до математичної криптографії. У роботі Шеннона з'являються суворі математичні визначення кількості інформації, передачі даних, ентропії, функцій шифрування. Обов'язковим етапом створення шифру вважається вивчення його вразливості до різних відомим атакам - лінійному і диференціальному криптоанализу. Проте до 1975 криптографія залишалася "класичної", або ж, більш коректно, криптографією з секретним ключем.

Сучасний період розвитку криптографії (з кінця 1970-х років по теперішній час) відрізняється зародженням та розвитком нового напрямку - криптографія з відкритим ключем. Її поява знаменується не тільки новими технічними можливостями, але і порівняно широким поширенням криптографії для використання приватними особами. Правове регулювання використання криптографії приватними особами в різних країнах сильно розрізняється - від дозволу до повної заборони.

Сучасна криптографія утворює окремий науковий напрям на стику математики і інформатики - роботи в цій галузі публікуються в наукових журналах, організовуються регулярні конференції. Практичне застосування криптографії стало невід'ємною частиною життя сучасного суспільства - її використовують в таких галузях як електронна комерція, електронний документообіг (включаючи цифрові підписи), телекомунікації та інших.

1. Криптографія в Стародавньому світі

Є свідчення, що криптографія як техніка захисту тексту виникла разом з писемністю, і способи таємного листа були відомі вже древнім цивілізаціям Індії, Єгипту і Месопотамії. В давньоіндійських текстах серед 64-х мистецтв названі способи зміни тексту, деякі з них можна віднести до криптографічних. [1] [2] [3] Автор таблички з рецептом для виготовлення глазурі для гончарних виробів з Месопотамії використовував рідкісні позначення, пропускав букви, а імена заміняв на цифри, щоб сховати написане. Надалі зустрічаються різні згадки про використання криптографії, велика частина відноситься до використання у військовій справі. [1]

1.1. Стародавній Єгипет

Першим відомим застосуванням криптографії прийнято вважати використання спеціальних ієрогліфів близько 4000 років тому в Стародавньому Єгипті. Елементи криптографії виявлені вже в написах Старого і Середнього царств, повністю криптографічні тексти відомі з періоду XVIII династії. Ієрогліфічне письмо, що відбулося від піктографії, буяло ідеограмами і, в результаті відсутності огласовки, дало можливість створювати фонограми за принципом ребусів. Криптографія єгиптян використовувалася не з метою утруднити читання, а найімовірніше, з прагненням переписувачів перевершити один одного в дотепності та винахідливості, а також, за допомогою незвичайності та загадковості, привернути увагу до своїх текстів [4]. Одним з показових прикладів є тексти прославлення вельможі Хнумхотепа II (нім. Chnumhotep II, XIX ст. до н. е..) знайдені в добре збереглася гробниці № BH 3 в місцевості Бені-Хасан (англ. Beni Hasan) [5] [6].

1.2. Атбаш

Приклади використання криптографії можна зустріти в священних іудейських книгах, у тому числі в книзі пророка Єремії ( VI століття до н.е..), де використовувався простий метод шифрування під назвою атбаш. [7]

1.3. Скитала

Скитала

Скитала, також відома як "шифр древньої Спарти ", також є одним з найдавніших відомих криптографічних пристроїв.

Безперечно відомо, що скитала використовувалася у війні Спарти проти Афін в кінці V століття до н.е.. [8] [9] Можливо також, що її згадують поети Архілох [10] ( VII століття до н.е..) і Піндар [11], хоча найімовірніше, що в їхніх віршах слово "скитала" використано у своєму первинному значенні "посох".

Принцип її дії виклали Аполлоній Родоський [12] (середина III століття до н.е..) і Плутарх (близько 45-125 н. е..), але збереглося лише опис останнього. [13]

Скитала представляла собою довгий стрижень, на який намотувалася стрічка з пергаменту. На стрічку наносився текст вздовж осі скіталу, так, що після розмотування текст ставав нечитабельним. Для його відновлення потрібна скитала такого ж діаметру.

Вважається, що автором способу злому шифру скіталу є Аристотель, який намотував стрічку на конусоподібну палицю до тих пір, поки не з'являлися читаються уривки тексту. [2] [14]

1.4. Диск Енея, лінійка Енея, книжковий шифр

З ім'ям Енея Тактика, полководця IV століття до н.е.., пов'язують декілька технік шифрування і тайнопису. [15]

Диск Енея представляв собою диск діаметром 10-15 см з отворами по числу букв алфавіту. Щоб створити нитка простягалася через отвори в диску, відповідним буквам повідомлення. При читанні одержувач витягав нитку, і отримував літери, правда, в зворотному порядку. Хоча недоброзичливець міг прочитати повідомлення, якщо перехопить диск, Еней передбачив спосіб швидкого знищення повідомлення - для цього було достатньо висмикнути нитку, закріплену на котушці в центрі диска. [16] [15]

Першим дійсно криптографічним інструментом можна назвати лінійку Енея, що реалізує шифр заміни. Замість диска використовувалася лінійка з отворами по числу букв алфавіту, котушкою і прорізом. Для шифрування нитка простягалася через проріз і отвір, після чого на нитки зав'язувався черговий вузол. Для дешифрування необхідно було мати саму нитку і лінійку з аналогічним розташуванням отворів. Таким чином, навіть знаючи алгоритм шифрування, але не маючи ключа (лінійки), прочитати повідомлення було неможливо. [15]

У своєму творі "Про перенесення облоги" Еней описує ще одну техніку тайнопису, пізніше названу " книжковий шифр ". Він запропонував робити малопомітні дірки поряд з літерами в книзі або іншому документі [17]. Значно пізніше, аналогічний шифр використовували німецькі шпигуни в Першій світовій війні. [15]

1.5. Квадрат Полібія

Квадрат Полібія з грецьким алфавітом. Для передачі, наприклад, літери " Θ "спочатку показували два факела, потім три.

Під II столітті до н.е.. в Стародавній Греції був винайдений Квадрат Полібія. [9] У ньому букви алфавіту записувалися в квадрат 5 на 5 (при використанні грецького алфавіту один осередок залишалася порожньою), після чого за допомогою оптичного телеграфу передавалися номер рядка і стовпця, відповідні символу вихідного тексту (на кожну букву доводилося два сигнали: число факелів позначало розряд літери по горизонталі і вертикалі) [18].

Деякі дослідники вважають, що це можна розглядати як першу систему, зменшується (стискала) вихідний алфавіт, і, в деякому розумінні, як прообраз сучасної системи двійковій передачі даних [19].

1.6. Шифр Цезаря

Шифр Цезаря

Згідно зі свідченням Светонія, Цезар використовував в листуванні моноалфавитной шифр, який увійшов в історію як Шифр Цезаря [9] [20]. Книгу про шифрі написав граматик Проб [21]. У шифрі Цезаря кожна буква алфавіту циклічно зсувається на певне число позицій. Величину зсуву можна розглядати як ключ шифрування. Сам Цезар використовував зсув на три позиції. [15] [22]

2. Тайнопису

Лист царя Олексія Михайловича, писаний тайнописом (тарабарщиною)

Крім примітивних шифрів в історії використовувався і інший підхід - повна заміна одного алфавіту (наприклад, кирилиці) на інший (наприклад, грецький). Не маючи ключа, сопоставляющего вихідний і використовуваний алфавіти, прочитати напис було неможливо. [23] Крім цього використовувалися спеціальні техніки записи символів алфавіту таким чином, щоб ускладнити його читання. Прикладом такої техніки є "в'язані руни", коли руни записуються таким чином, що окремі їхні елементи (наприклад, вертикальні риси) збігаються. Подібні системи часто використовувалися жерцями Північно-Західної Європи аж до пізнього Середньовіччя. [24]

Безліч варіантів тайнопису використовувалося і на Русі. Серед них і прості моноалфавитной шифри ( проста літорея, лист у квадратах), заміна алфавіту - тайнопис глаголицею, тайнопис грецької абеткою, а також особливі прийоми письма, наприклад, моноконділ. Найбільш ранні тексти з використанням тайнопису відносяться до XII століття. [25]

Існує думка [26] [27], що в більш пізній період тайнопис використовувалася для іконографії, наприклад, при написання ікони XIV століття " Донська Богоматір ". Відповідно до іншої точки зору, літерний ряд є лише шрифтовим декором, який був широко поширений як у давньоруській, так і, наприклад, в візантійського іконопису [28] [29].

3. Криптографія від Середніх століть до Нового часу

У Середні століття криптографія - в основному, моноалфавитной шифри - починають широко використовуватися дипломатами, купцями і навіть простими громадянами. Поступово, у міру поширення техніки частотного криптоаналізу, шифри ускладнюються, що призводить до появи шифрів омофоніческой заміни, а потім і поліалфавітних шифрів.

3.1. Розвиток криптографії в арабських країнах

Перша сторінка манускрипту Ал-Кінді - найраніше відома згадка про частотний криптоаналіз

З VIII століття н.е.. розвиток криптографії відбувається в основному в арабських країнах. Вважається, що арабський філолог Халіль аль-Фарахіфі першим звернув увагу на можливість використання стандартних фраз відкритого тексту для дешифрування. Він припустив, що першими словами в листі на грецькій мові візантійського імператора будуть "В ім'я Аллаха ", що дозволило йому прочитати решту повідомлення. Пізніше він написав книгу з описом методу -" Кітаб аль-Муамма "(" Книга таємного мови "). [30] [31]

В 855 році виходить "Книга про великий прагненні людини розгадати загадки древньої писемності" арабського вченого Абу Бакр Ахмед ібн Алі Ібн Вахш ан-Набат, одна з перших книг про криптографії з описами декількох шифрів, у тому числі із застосуванням декількох алфавітів. Також до IX століття відноситься перша відома згадка про частотний криптоаналіз - у книзі Ал-Кінді " Манускрипт про дешифрування криптографічних повідомлень ". [32]

У книзі X століття "Адаб аль-Куттаб" ("Керівництво для секретарів") ас-Сулі є інструкції щодо шифрування записів про податки, що підтверджує поширення криптографії у звичайній, громадянського життя. [32]

В 1412 виходить 14-томна енциклопедія Шихаб ал-Калкашанді "Субхі ал-Ааша", один з розділів якої "Щодо приховування в буквах таємних повідомлень" містив опис семи шифрів заміни та перестановки, частотного методу криптоаналізу, а також таблиці частотності букв в арабській мові на основі тексту Корану. [1] [20] [30]

До словника криптології араби внесли такі поняття як алгоритм і шифр [33] [34].

3.2. Криптографія епохи Відродження

Роджер Бекон

Першою європейською книгою, яка описує використання криптографії, вважається праця Роджера Бекона XIII століття " Послання ченця Роджера Бекона про таємні діях мистецтва і природи і нікчемність магії "( лат. "Epistola Fratris Rog. Baconis, de secretis operibus artis et naturae et nullitate magiae" ) [35], що описує, серед іншого, застосування 7 методів приховування тексту. [36]

В XIV столітті співробітник таємної канцелярії папської курії Чікко Сімонеті пише книгу про системи тайнопису, а в XV столітті секретар папи Климентія XII Габріель де Левінда, родом з міста Парми, закінчує роботу над "Трактат про шифри". [1]

Симеона де Крема (Simeone de Crema) був першим ( 1401), хто використовував таблиці омофонів для приховування кожного голосного в тексті за допомогою більш ніж одного еквівалента. Через більш ніж сто років ці таблиці для успішного захисту від криптоаналітичних атак використовував Ернан Кортес.

Перша організація, що присвятила себе цілком криптографії, була створена в Венеції ( Італія) в 1452. Три секретаря цієї організації займалися зломом і створенням шифрів за завданнями уряду. [19] У 1469 з'являється шифр пропорційної заміни "Міланський ключ". [1]