Оглавление

Введение

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.

Что такое криптография?

(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.

История криптологии

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.

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.

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.

Далее несколько веков значимых нововведений в чистой криптографии (не считая косвенно касающихся областей, таких как кодирование, особые приёмы письма, затрудняющих чтение и т.п.) не было. До сих пор наиболее популярными были шифры с простой заменой — так например, Гай Юлий Цезарь в 1 веке до нашей эры просто прибавлял к алфавитному номеру буквы, которую надо было зашифровать, определённое число (это число и было ключом расшифрования) и писал вместо неё букву с получившимся номером. Однако (возможно, что и за счёт этой стагнации) практическое использование криптографии многократно увеличивается. Шифрованием начинают широко пользоваться дипломаты, купцы и даже простые граждане.

Вот тогда и зарождается криптоанализ — наука о методах взлома шифров и оценки их надёжности. Произошло это в 8 веке (уже нашей эры) в арабских странах. Кстати именно арабы придумали такие понятия, как алгоритм (спасибо Аль-Хорезми) и шифр (от араб. «sifr» — ноль). Итак, Халиль аль-Фарахиди первым обратил внимание на возможность использования стандартных фраз открытого текста для дешифрования: он предположил, что первыми словами в письме на греческом языке византийскому императору будут «Во имя Аллаха», что позволило ему, уже зная значения этих букв, прочитать оставшуюся часть сообщения. Абу Бакр Ахмед ибн Али Ибн