історія криптографії

Статуя Альберти у дворі Уффіци

Батьком західній криптографії називають ученого епохи Відродження Леона Баттіста Альберті. Вивчивши методи розкриття використовувалися в Європі моноалфавитной шифрів, він спробував створити шифр, який був би стійкий до частотного криптоанализу. Трактат про новий шифрі був представлений їм в папську канцелярію в 1466. Альберті запропонував замість єдиного секретного алфавіту, як в моноалфавитной шифри, використовувати два або більше, перемикаючись між ними по якомусь правилу. Однак флорентійський вчений так і не зміг оформити своє відкриття в повну працюючу систему, що було зроблено вже його послідовниками. [37] Також Альберті запропонував пристрій із двох скріплених в центрі дисків, кожен з яких мав алфавіт, написаний по краю, і міг повертатися відносного іншого диска. Поки диски не рухаються, вони дозволяють шифрувати з використанням шифру Цезаря, однак через кілька слів диски повертаються, і змінюється ключ зсуву. [19]

Фрагмент оформлення гробниці Йоганна Трітемія

Черговий відомий результат належить перу німецького абата Йоганна Трітемія, якого багато істориків вважають другим батьком сучасної криптології. [19] [38] У п'ятій книзі серії "Polygraphia", виданої в 1518, він описав шифр, в якій кожна наступна буква шифрується своїм власним шифром зсуву. Його підхід був поліпшений Джованні Баттіста Белласе ( італ. Giovan Battista Bellaso ), Який запропонував вибирати деякий ключове слово і записувати його над кожним словом відкритого тексту. Кожна буква ключового слова використовується для вибору конкретного шифру зсуву з повного набору шифрів для шифрування конкретної букви, тоді як в роботі Трітемія шифри вибираються просто по циклу. Для наступного слова відкритого тексту ключ починав використовуватися знову, так, що однакові слова виявлялися зашифровані однаково. [19] Даний спосіб зараз відомий як шифр Віженер (див. нижче). Крім цього, Трітемій першим помітив, що шифрувати можна і по дві букви за раз - біграм (хоча перший біграммний шифр - Playfair - був запропонований лише в XIX столітті). [38] Пізніше, в XVII столітті, член ордена єзуїтів Атанасіус Кірхер провів дослідження лінгвістичних аспектів робіт Трітемія, результати яких опублікував у своїй Polygraphia nova в 1663. Одним з результатів стало створення "поліглотіческого коду на п'яти мовах", який міг використовуватися для шифрування і передачі повідомлень на латинською, італійському, французькою, іспанською та німецькою мовами, при цьому декодування могло проводитися на кожному із зазначених мов. [39]

Джероламо Кардано

В 1550 італійський математик Джероламо Кардано, перебуває на службі у папи римського [38] [40], запропонував нову техніку шифрування - грати Кардано. Цей спосіб поєднував в собі як стеганографія (мистецтво прихованого листа), так і криптографію. Утруднення становило навіть зрозуміти, що повідомлення містить зашифрований текст, а розшифрувати його, не маючи ключа (грати) в той час було практично неможливо. Грати Кардано вважають першим транспозіціонним шифром, або, як ще називають, геометричним шифром, заснованим на положенні букв в шіфротекста. [41] Інший транспозіціонний шифр, набагато легший, використовувався в XVII столітті під час втечі Джона Треваньона від сил Кромвеля, а також під час Другої світової війни для спроб передачі відомостей офіцерами захопленої німецького підводного човна в листах додому. [42]

Френсіс Бекон

Френсіс Бекон у своїй першій роботі 1580 запропонував двійковий спосіб кодування латинського алфавіту, за принципом аналогічний тому, що зараз використовується в комп'ютерах. [7] Використовуючи цей принцип, а також маючи два різні способи накреслення для кожної з букв, відправник міг "заховати" у тексті одного довгого повідомлення короткий секретне. [43] Даний спосіб отримав назву " шифр Бекона ", хоча належить більше до стеганографії.

Блез де Віженер

Найвідомішим криптографом XVI століття можна назвати Блеза де Віженер. У своєму трактаті 1585 він описав шифр, подібний шифру Трітемія, проте змінив систему вибору конкретного шифру заміни для кожної літери. Однією із запропонованих технік було використання букв іншого відкритого тексту для вибору ключа кожної літери початкового тексту. Описаний шифр відомий як шифр Віженер і, при довжині випадкового ключа дорівнює довжині відкритого тексту, є абсолютно стійким шифром, що було математично доведено багато пізніше (в XX столітті в роботах Шеннона). Інша техніка використовувала результат шифрування для вибору наступного ключа - те, що згодом використовує Фейстель і компанія IBM при розробці шифру DES в 1970-х роках. [19]

Шифровка Марії Стюарт

У процесі над Марією Стюарт в якості доказів наводилися листи до змовників, які вдалося розшифрувати. Використовувався шифр підстановки, з добавкою ще кілька особливих знаків, щоб утруднити розшифровку. Деякі знаки означали слова, інші не означали нічого, ще один знак означав, що подальша буква - подвійна. [44]

До 1639 відноситься перша згадка [45] про рукописи Войнича - книзі, написаній невідомим автором на невідомій мові. Розшифрувати її намагалися багато відомих криптографи, але, не виключено, що рукопис є всього лише містифікацією.

Криптоаналітика Етьєн Базері ( англ. tienne Bazeries ) (1846-1931) зміг, пропрацювавши три роки, розшифрувати архіви Людовика XIV, зашифровані "Великому шифром ( англ. Great Cipher ) "За системою Россіньоло ( англ. Rossignols ) В XVII столітті. У паперах знайшовся наказу короля помістити на закінчення в'язня з тим, щоб вдень він з'являвся лише в масці. Їм окaзался генерал Вів'єн де Булонд ( фр. Vivien de Bulonde ), Покрили ганьбою себе і французьку армію під час Дев'ятирічної війни. Судячи з усього, це і є знаменита " Залізна маска ". Королівський шифр протримався 200 років! [46].

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

В XVI столітті при дипломатичному листуванні імператора Карла I стає популярним метод nomenclator - покажчик географічних назв [47]. 11 березня 1532 Родріго Ніньо, посол в Венеції, використовував його для того, щоб нагадати імператорові про деяких засобах захисту на той випадок, якщо турецький султан захоче захопити фортецю Кліси в Далмації (близько Спліта, Хорватія) [48]. Майже 25 років по тому те ж саме зробив маркіз де Мондехар, віце-король Неаполя, щоб сповістити Філіпа II про можливі переговори щодо перемир'я між християнами і турками, що стало причиною кризи імперської розвідки в Середземномор'ї. Бернардіно де Мендоса ( 1541 - 1604), посол Іспанії в Англії і Франції в багатьох своїх листах використовував метод nomenclator, де особливу роль грала заміна букв цифрами і шифр з биграмм (наприклад, BL = 23, BR = 24, y TR = 34) [49].

Закодоване лист Ернана Кортеса з використанням комбінованого шифру з підстановкою омофонів і методу nomenclator.

Термін "індіанська криптографія" ("criptografa indiana"), впроваджений дослідником Гільєрмо Ломанн Вільєна ( ісп. Guillermo Lohmann Villena ), Застосовується для позначення зашифрованих документів в іспанських колоніях Америки. Першим відомим документом на території Америки, в якому використовувався шифр ("caracteres ignotos") була депеша Христофора Колумба, адресована Дієго Колумбу в 1500, і перехоплена губернатором Санто-Домінго, Франсиско де Бобаділья [50].

Листи зашифровували не тільки віце-королі і вищі сановники, а й представники католицьких орденів і окремі особистості [51] : свій шифр мав завойовник Мексики Ернан Кортес (використовував: комбінований шифр з підстановкою омофонів та кодування; а також метод nomenclator) [52] і віце-королі Перу Педро де ла Гаске [53], Франсиско де Толедо [54], адмірал Антоніо де Агуайо [55]. Іспанська Державна Рада ( ісп. Consejo de Estado de Espaa ) Забезпечив графа де Чінчон, губернатора Перу з 1629 по 1639 роки, новим винаходом в криптографії початку XVII століття - покажчиком індіанських географічних назв ("nomenclator indiano"); одночасно з цим була упроваджена нова система - букви заміщалися двома цифрами (наприклад, AL - 86, BA - 31, BE - 32, BI - 33) [56], використовувалися також триграми.

Унікальний складової шифр єзуїтів використаний в Зошити Бласа Валера ( Куско, 1616); одночасно в документі міститься дешифровка інкських стос, юпани, знаків токапу і секес, багато в чому і послужили основою для створення шифру [57]; оскільки ключове значення в стос і в шифрі мав колір, то він послужив приводом для винаходу в 1749 італійцем Раймондо де Сангро методу кольорового друкарства.

3.4. Чорні кабінети

Антуан Россіньоло

Джон Валліс

В 1626, при облозі міста Реальмон, а пізніше і в 1628 при облозі Ла-Рошелі, французький підданий Антуан Россіньоло ( фр. Antoine Rossignol , 1600-1682) розшифрував перехоплені повідомлення, і тим самим допоміг перемогти армію гугенотів. Після перемоги уряд Франції кілька разів залучали його до розшифровки шифрів. Після його смерті його син ( фр. Bonaventure Rossignol ), А пізніше і онук ( фр. Antoine-Bonaventure Rossignol ), Продовжили справу батька. У той час уряд Франції приваблювало до роботи безліч криптографов, які разом утворювали так званий "Чорний кабінет" ( фр. Cabinet Noir ). [19]

Антуану Россіньоло належить доктрина, згідно з якою стійкість шифру повинна визначатися видом зашифрованої інформації. Для військового часу достатньою буде стійкість, якщо повідомлення з наказом армійському підрозділу не буде розшифровано противником хоча б до моменту виконання одержувачем, а для дипломатичної пошти шифр повинен забезпечувати збереження на десятки років. [1]

У Росії датою заснування першої державної шифрувальної служби можна вважати 1549 - утворення "посольського наказу" з "ціферним відділенням". А як мінімум з 1702 Петра супроводжувала похідна посольська канцелярія під керівництвом першого міністра Ф. А. Головіна, яка з 1710 набула статусу постійного представництва. У ньому зосередилася криптографічний робота з листуванням між Петром, його наближеними та різними одержувачами, а також зі створення нових шифрів. [20] [58]

Згодом над дешифрованием повідомлень в Росії трудилися в тому числі такі математики як Крістіан Гольдбах, Леонард Ейлер та Франц Епінус. При цьому під час Семирічної війни ( 1756 - 1763) Ейлер, перебуваючи в Пруссії, хоча і продовжував листуватися з вищими особами Російської імперії, також займався дешифровкою перехоплених листів російських офіцерів. [20] [38] [59]

На початок XVIII століття подібні кабінети були по всій Європі, в тому числі "Die Geheime Kabinettskanzlei" у Відні, перше дешифровальной відділення в Німеччині під начальством графа Гронсфельда [1], група Джона Валліса в Англії. До, під час і після війни за незалежність США вони виявилися здатні розкрити велику частину колоніальних шифрів. Більшість з них було закрито до середини XIX століття, в тому числі, за однією з версій - через відсутність збройного протистояння з США. [19]

3.5. Криптографія в британських колоніях і США

Бенедикт Арнольд

Однак у британських колоніях, найчастіше, централізованих організацій не було - перехоплення і дешифрування виконувалися звичайними службовцями, при можливості. Відомий випадок дешифрування листа 1775 головного хірурга армії США ( англ. Surgeon General of the United States Army ) Бенджаміна Черча ( англ. Benjamin Church ), Адресований британцям, в якому він ставив командування ворога до відома про армію США близько Бостона. Хоча в листі не містилося дійсно секретних даних, його попросили припинити подібну листування. Бенедикт Арнольд, генерал армії США, відомий в тому числі через використання "кодової книги", копія якої повинна бути у кожного відправника і одержувача повідомлень. Шифр полягав у вказівці позиції слова в книзі, в тому числі сторінки, рядки і номери в рядку. [19] Даний метод отримав назву книжкового шифру.

Батьком криптографії США називають вчителя і державного діяча Джеймса Ловелл. Під час війни за незалежність США він дешифрував безліч британських повідомлень, одне з яких заклало основу для остаточної перемоги у війні. [60] У майбутньому Ловелл став членом комітету з секретної кореспонденції, четвертим, після Бенджаміна Франкліна (Пенсільванія), Бенджаміна Гаррісона ( англ. Benjamin Harrison V ) (Віргінія) і Томаса Джонсона ( англ. Thomas Johnson ) (Меріленд). Саме там Джеймс заслужив своє визнання експерта конгресу з криптографії і став називатися батьком американської криптографії. [61]

Томас Джефферсон

У 1790-х роках [62] майбутній президент США Томас Джефферсон побудував одну з перших механічних роторних машин, спрощує використання поліалфавітних шифрів [63]. Серед інших авторів-винахідників варто відзначити полковника Десіуса Вадсворта ( англ. Decius Wadsworth ), Винахідника машини з обертальними шифрувальними дисками з різною кількістю букв. Хоча він винайшов її в 1817, вся слава дісталася Чарлзу Уїтстона за аналогічну машину, представлену на Всесвітній виставці 1867 року в Парижі. [19] [64] Однак поширення роторні машини отримали лише на початку XX століття. [63]

Значний поштовх криптографії дало винахід телеграфу. Сама передача даних перестала бути секретною, і повідомлення, в теорії, міг перехопити хто завгодно. Інтерес до криптографії зріс в тому числі і серед простого населення, внаслідок чого багато спробували створити індивідуальні системи шифрування. Перевага телеграфу було явним і на полі бою, де командувач повинен був віддавати негайні накази по всій лінії фронту або хоча б на всьому полі бою, а також отримувати інформацію з місць подій. Це послужило поштовхом до розвитку польових шифрів. Спочатку армія США використовувала шифр Віженер з коротким ключовим словом, однак, після відкриття методу Касіскі в 1863, він був замінений. [19]

Чарлз Уїтстона

Ліон Плейфера

Подальший прогрес був пов'язаний як з індивідуальними, так і з державними дослідженнями. В 1854 Чарлз Уїтстона описав, а Ліон Плейфера ( англ. Lyon Playfair ) Домігся застосування британськими збройними силами нового шифру, як його пізніше назвуть - шифру Плейфера. Його особливістю була відносна простота використання, хоча цей шифр був одним з перших, в якому застосовувалася заміна биграмм замість окремих букв. Тому його використовували для шифрування важливою, але не дуже секретної інформації під час бою - через той час, який противник витратить на злом шифру, інформація стане вже неактуальною. [65] Шифр використовувався аж до Другої світової війни. [19]

Під час Громадянської війни в США (1861-1865) шифри були не дуже складними. У той час як Союзні сили мали централізовані правила шифрування, командування Конфедерації залишало ці питання на розсуд польових командирів. В результаті на місцях використовувалися настільки прості схеми, що іноді противник розшифровував повідомлення швидше, ніж її номінальний одержувач. Однією з проблем було використання стандартних ключових фраз для досить хорошого шифру Віженер. Три найвідоміших були фрази "Manchester Bluff", "Complete Victory", і "Come Retribution". Їх досить швидко "відкрили" криптоаналитики союзних сил. [19] Проблема вибору сильних паролів та ключових фраз є досить гострою і до цих пір (серед сучасних - "123456", "password" і "12345678"). [66]

3.6. На шляху до математичної криптографії

В 1824 виходить книга Жана-Франсуа Шампольона "Prcis du systme hirogl. d. anciens Egyptiens ou recherches sur les lments de cette criture" ("Короткий нарис ієрогліфічної системи древніх єгиптян або дослідження елементів цього листа"), що містила розшифровку єгипетських ієрогліфів, приховували свої таємниці більше трьох тисяч років. [67]

Огюст Керкгоффс

В 1863 Фрідріх Касіскі ( англ. Friedrich Kasiski ) Опублікував метод, згодом названий його ім'ям, що дозволяв швидко і ефективно розкривати практично будь-які шифри того часу. Метод складався з двох частин - визначення періоду шифру і дешифрування тексту з використанням частотного криптоаналізу. [19]