історія криптографії

В 1883 Огюст Керкгоффс опублікував працю під назвою "Військова криптографія" ( фр. La Cryptographie Militaire ). У ньому він описав шість вимог, яким повинна задовольняти захищена система. Хоча до деяких з них варто ставитися з підозрою [19], варто відзначити працю за саму спробу:

1.       шифр повинен бути фізично, якщо не математично, не розкриваються;

2.       система не повинна вимагати секретності, на випадок, якщо вона потрапить до рук ворога;

3.       ключ має бути простим, зберігатися в пам'яті без запису на папері, а також легко змінюваним за бажанням кореспондентів;

4.       зашифрований текст повинен [без проблем] передаватися по телеграфу;

5.       апарат для шифрування повинен бути легко стерпним, робота з ним не повинна вимагати допомогою декількох осіб;

6.       апарат для шифрування повинен бути відносно простий у використанні, не вимагатиме значних розумових зусиль або дотримання великої кількості правил.

Оригінальний текст (Фр.)

1.       Le systme doit tre matriellement, sinon mathmatiquement, indchiffrable;

2.       Il faut qu'il n'exige pas le secret, et qu'il puisse sans inconvnient tomber entre les mains de l'ennemi;

3.       La clef doit pouvoir en tre communique et retenue sans le secours de notes crites, et tre change ou modifie au gr des correspondants;

4.       Il faut qu'il soit applicable la correspondance tlgraphique;

5.       Il faut qu'il soit portatif, et que son maniement ou son fonctionnement n'exige pas le concours de plusieurs personnes;

6.       Enfin, il est ncessaire, vu les circonstances qui en commandent l'application, que le systme soit d'un usage facile, ne demandant ni tension d'esprit, ni la connaissance d'une longue srie de rgles observer.

- Auguste Kerckhoffs. La Cryptographie Militaire

В даний час друге з цих правил відомо як принцип Керкгоффса.

В кінці XIX - початку XX століття уряди країн знову кинули значні сили на шифрування і криптоаналіз. В 1914 Великобританія відкрила "Кімнату 40", в 1917 США - MI-8, що стала попередницею сучасного АНБ. [19]

Вільям Фрідман

В 1918 вийшла монографія американського криптографа російського походження [68] Вільяма Ф. Фрідмана "Індекс збігу і його застосування в криптографії" ( англ. "Index of Coincidence and Its Applications in Cryptography" ). Робота вийшла у відкритій пресі, незважаючи на те, що була виконана в рамках військового замовлення. [69] Двома роками пізніше Фрідман ввів у науковий обіг терміни криптология і криптоаналіз. [70]

На початку 1920-х років практично одночасно в різних країнах з'являються патенти та електромеханічні машини, що використовують принципи криптографічного диска (ротора) і автоматизують процес шифрування. У США це був Едвард Геберн ( англ. Edward Hebern ) [71], після нього - Хьюго Кох ( англ. Hugo Koch ) З Нідерландів та його "Енігма" (пізніше патент був куплений Артуром Шербіусом ( англ. Arthur Scherbius )), Арвід Герхард Дамм зі Швеції і його машина "B-1" - розробки останнього були продовжені Борисом Хагеліним [71].

У 1928-1929 роках польське " Biuro Szyfrw "організувало курси для 20 математиків зі знанням німецької мови - майбутніх криптоаналітиків, троє з яких відомі роботою по злому" Енігми ". До цього на роботу брали в основному лінгвістів. [72]

В 1929 Лестер Хілл ( англ. Lester S. Hill ) Опублікував в журналі "The American Mathematical Monthly" статтю " Cryptography in an Algebraic Alphabet ". У ній він описав підхід до конструювання криптографічних систем, для яких математично була доведена їх невразливість до частотним атакам, в тому числі до методу Касіскі. Для представлення тексту він перевів його у цифровий вигляд, а для опису шифрування використовував поліноміальні рівняння. З метою спрощення обчислення були представлені у вигляді операцій над матрицями, окремі елементи яких складалися і помножилися по модулю 26 (за кількістю літер в латинському алфавіті). Так як система виявилася занадто складна у використанні, він зібрав механічну шифрувальну машину, яка спрощувала ці операції. На жаль, машина могла використовувати лише обмежене безліч ключів, і навіть з машиною шифр використовувався дуже рідко - лише для шифрування деяких державних радіопередач. Тим не менш, його основний вклад - математичний підхід до конструювання надійних криптосистем. [19]

4. Криптографія в літературі

Криптографія вплинула і на літературу. Згадки про криптографії зустрічаються ще за часів Гомера і Геродота, хоча вони описували мистецтво шифрування в контексті різних історичних подій. Першим вигаданим згадкою про криптографії можна вважати роман " Гаргантюа і Пантагрюель "французького письменника XVI століття Франсуа Рабле, в одній із глав якого описуються спроби читання зашифрованих повідомлень. Згадка зустрічається і в " Генріху V " Шекспіра. [73]

Вперше як центральний елемент художнього твору криптографія використовується в оповіданні " Золотий жук " Едгара Аллана По 1843. У ньому письменник не тільки показує спосіб розкриття шифру, а й результат, до якого може призвести подібна діяльність - знаходження захованого скарбу. [73]

Однак, на думку Девіда Кана, кращим описом застосування криптографії є розповідь 1903 Артура Конан Дойля " Танцюючі чоловічки ". В оповіданні великий детектив Шерлок Холмс стикається з різновидом шифру, який не тільки ховає сенс написаного, але, використовуючи символи, схожі на дитячі малюнки, приховує сам факт передачі секретного повідомлення. В оповіданні герой успішно застосовує частотний аналіз, а також припущення про структуру та зміст відкритих повідомлень для розгадування шифру. [73]

... Найбільший подвиг вигаданого криптоаналізу був здійснений, природно, найбільшим з вигаданих детективів.

Оригінальний текст (Англ.)

... The greatest feat of fictional cryptanalysis was performed, naturally enough, by the greatest of fictional detectives.

- David Kahn. The Codebreakers - The Story of Secret Writing (англ.). [73]

5. Криптографія Першої світової війни

Фотокопія телеграми Циммермана

До Першої світової війни Росія, поряд із Францією, була лідером в області криптоаналізу на державному рівні. Англія, США, Німеччина і менш впливові держави - ​​взагалі не мали державної дешифровальной служби, а Австро-Угорщина читала, в основному, листування сусідніх держав. [74] При цьому якщо у Франції та Австро-Угорщини дешифровальной служба була військовою, то в Росії - громадянської. [75]

Під час Першої світової війни криптографія, і, особливо, криптоаналіз стає одним з інструментів ведення війни. Відомі факти розшифровки російських повідомлень австрійцями, російськими ж був розшифрований німецький шифр (завдяки знайденої водолазами копії кодової книги), після чого результати були передані союзникам. Для перехоплення радіоповідомлень були побудовані спеціальні підслуховуючі станції, в результаті роботи яких (разом з умінням дешифрувати німецький шифр, який використовували в тому числі турками) російський флот був обізнаний про склад і діях противника. В британському адміралтействі було створено спеціальний підрозділ для дешифрування повідомлень ("кімната 40"), яке за час війни розшифрувало близько 15 тисяч повідомлень. Цей результат зіграв важливу роль в битві при Доггер-банку і Ютландському бою. [76]

Можливо, найбільш відомим результатом роботи криптоаналітиків часу Першої світової війни є розшифровка телеграми Циммермана, що підштовхнула США до вступу у війну на стороні Антанти. [76]

5.1. Росія

До числа успішних операцій варто віднести проведене ще в мирний час викрадення кодової книги посла США в Бухаресті. Через те що посол не доповів начальству про зникнення (а дотепно користувався аналогічною кодовою книгою "сусіда" - посла США в Відні), російська сторона змогла читати листування США зі своїми послами аж до Першої світової. Проте після її початку потік повідомлень різко знизився. Це було пов'язано з припиненням радіообміну між Німеччиною, Австро-Угорщиною і зовнішнім світом, а також зі слабкою технічною оснащеністю російських служб. [74]

Після початку бойових дій були створені станції радіоперехоплення, особливо на Балтиці, а також організовані дешифровальной відділення при штабах армії і флоту. Однак через брак кваліфікованого персоналу повідомлення часто залишалися необробленими. Допомога армії здійснювала і власна дешифровальной служба Департаменту поліції. Проте всі ці дії були зроблені надто пізно, щоб надати скільки-небудь відчутний вплив на хід бойових дій. [74]

5.2. Англія

Після успішної ліквідації німецького підводного каналу зв'язку в Північному морі і радіостанцій в Африці, на Самоа і в Китаї Німеччина була змушена використовувати, крім ліній союзників, телеграф, пошту і радіозв'язок. Це створило добрі умови для перехоплення повідомлень, у тому числі для Англії, що згодом дало значний внесок у перемогу над Троїстим союзом. Хоча Англія виявилася неготова до даної можливості, вона зуміла швидко скористатися нею. [77] У 1914 в адміралтействі з'являється "Кімната 40", у створенні якої брав участь і тодішній глава адміралтейства Уїнстон Черчілль. [78]

Всі ці роки, протягом яких я обіймав офіційні посади в уряді, починаючи з осені 1914 року, я прочитував кожен з перекладів дешифрованих повідомлень і як засіб вироблення правильного рішення в галузі суспільної політики надавав їм більше значення, ніж будь-якому іншому джерелу відомостей, що знаходився в розпорядженні держави.

Оригінальний текст (Англ.)

All the years I have been in office since it began in the autumn of 1914 I have read every one of these flimsies and I attach more importance to them as a means of forming a true judgement of public policy in these spheres, than to any other source of knowledge at the disposal of the state.

- Churchill to Austen Chamberlain [78] [79]

Завдяки допомозі російських, які захопили кодову книгу із затонулого німецького крейсера " Магдебург ", а також власним подібним операціям, англійці зуміли розгадати принцип вибору шифрів Німеччиною. І хоча для надводного флоту, через погану організацію зв'язку між берегом і кораблями, це не дало великої користі, читання листування дало значний внесок у знищення німецьких підводних човнів . [77]

Принесло користь і використання явного обману. За допомогою помилкового наказу, відправленого англійським агентом німецьким шифром, недалеко від Південної Америки була знищена ціла ескадра. За допомогою підробленого англійської коду, що потрапив в руки Антанти в травні 1915, англійці на раз вводили Німеччину в оману, змусивши, наприклад, у вересні 1916 року відтягнути значні сили для відбиття міфічної десантної атаки. [80]

19 січня 1917 англійцям вдалося частково розшифрувати текст телеграми, відправленої статс-секретарем закордонних справ Німеччини Артуром Циммерманом німецькому посланнику в Мексиці Генріху фон Еккардту ( англ. Heinrich von Eckardt ). У прочитаної частини містилася інформація про плани необмеженої війни на морі. Однак тільки до середини лютого 1917 телеграма виявилася розшифрованої повністю. У телеграмі містилися плани після повернення Мексиці частини територій за рахунок США. Інформація була передана Уолтеру Пейджу ( англ. Walter Hines Page ), Послу США в Англії. Після перевірки справжності (в тому числі - після підтвердження самого Циммермана), телеграма зіграла головну роль для виправдання в очах громадськості вступу США у Першу світову війну проти Четверного союзу. [81]

5.3. Франція

Найбільш драматичним моментом в криптографії Франції був червень 1918, коли було життєво необхідно дізнатися напрям німецького наступу на Париж. Жорж Панвен ( фр. Georges Jean Painvin ) Зумів за кілька напружених днів, втративши 15 кілограм ваги, розкрити німецький шифр ADFGVX. У результаті Париж був врятований. [82] [83]

5.4. Німеччина

Кожний німецької дивізії було надано професор математики, спеціаліст з криптоаналіз, німці читали радіопередачі російських військ, що, зокрема, забезпечило нищівну перемогу німців над переважаючими силами російської армії в Битві при Танненберг. [84] Втім, через нестачу криптографов, а також телефонних проводів, росіяни часто вели передачі по радіо відкритим текстом. Так чи інакше, генерал Людендорф до 11 вечора мав у своєму розпорядженні всі російські депеші за день. [85]

6. Криптографія Другої світової війни

Перед початком Другої світової війни провідні світові держави мали електромеханічні шифрувальні пристрої, результат роботи яких вважався розкриваються. Ці пристрої ділилися на два типи - роторні машини і машини на цевочной дисках. До першого типу відносять "Енігму", що використовувалася сухопутними військами Німеччини та її союзників, другого типу - американська M-209. [20]

У СРСР проводилися обидва типи машин. [20]

6.1. Німеччина: "Енігма", "Fish"

Трехроторная військова німецька шифрувальна машина "Енігма" (версія з позначками)

Історія найвідомішої електричної роторної шифрувальної машини - "Енігма" - починається в 1917 - з патенту, отриманого голландцем Хьюго Кохом. У наступному році патент був перекуплений Артуром Шербіусом (англ.), що почав комерційну діяльність з продажу примірників машини як приватним особам, так і німецьким армії і флоту. [86]

Німецькі військові продовжують удосконалювати "Енігму". Без урахування настройки положення кілець ( ньому. Ringstellung ), Кількість різних ключів становило 10 16. [72] В кінці 1920-х - початку 1930 років, незважаючи на передані німецьким аристократом Хансом Тіло-Шмідтом дані по машині, що були екземпляри комерційних варіантів, британська і французька розвідка не стали братися за завдання криптоаналізу. Ймовірно, на той час вони вже визнали, що шифр є невзламиваемим. Проте група з трьох польських математиків так не вважала, і, аж до 1939, вела роботи по "боротьбі" з "Енігмой", і навіть вміла читати багато повідомлення, зашифрованими "Енігмой" ​​(у варіанті до внесення змін до протоколу шифрування від грудня 1938 року). В одного з них, Маріана Реевского зародилася ідея боротися з криптографічного машиною за допомогою іншої машини. Ідея осяяла Реевского в кафе, і він дав машині ім'я "Бомба" за назвою круглого тістечка. [72] Серед результатів, переданих британським розвідникам перед захопленням Польщі Німеччиною, були і "живі" екземпляри "Енігми", і електромеханічна машина "Bomba", складалася з шести [87] [88] спарених "Енігма" і допомагала в розшифровці (прототип для пізнішої "Bombe" Алана Тьюрінга), а також унікальні методики криптоаналізу. [86]

Подальша робота по злому була організована в Блетчлі-парку, сьогодні є одним із предметів національної гордості Великобританії. У розпал діяльності центр "Station X" налічував 12 тисяч чоловік, але, незважаючи на це, німці не дізналися про нього до самого кінця війни. [86] Повідомлення, розшифровані центром, мали гриф секретності "Ultra" - вище, ніж використовувався до цього "Top Secret" (за однією з версій звідси і назва всієї британської операції - "Операція Ультра"). Англійці робили підвищені заходи безпеки, щоб Німеччина не здогадалася про розкриття шифру. Яскравим епізодом є випадок з бомбардуванням Ковентрі 14 лютого 1940, про яку прем'єр-міністрові Великобританії Уїнстону Черчиллю було відомо заздалегідь завдяки розшифровці наказу. Однак Черчілль, спираючись на думку аналітиків про можливості Німеччини здогадатися про операцію "Ультра", прийняв рішення про неприйняття заходів до захисту міста і евакуації жителів. [89]