Шифр Ришелье

Ключ шифра представлял собой группы цифр, внутри каждой группы цифры не повторяются, но идут по нарастающей, начиная от 1

(2741635) (15243) (671852493) (0728615943) (2741635)

Для шифрования открытого текста, например, такого содержания::

LETTER SENT TO THE EMPEROR GIVING FULL DETAIL

Сначала он разбивался на группы букв, причем, количество букв в группе должно быть равно количеству цифр в соответствующей группе ключа:

LETTERS ENTTO THEEMPERO RGIVINGFUL LDETAIL

Теперь переставим буквы в каждой группе, считая соответствующую цифру ключа номером места буквы в группе:

TLRTSEE ETOTN EPOEMTHER NILUGIGVFR TLIESAD

В Германии начальником первого дешифровального от­деления был граф Гронсфельд, создавший один из вариантов усовершенствования шифра Виженера. Он взял числовой, легко запоминаемый лозунг. Вместо таблицы Виженера использовался один несмешанный алфавит. При шифровании знаки открытого текста выписывались под цифрами лозунга. Очередная буква открытого текста заменялась буквой алфави­та, отстоящей от нее вправо на количество букв, равное соот­ветствующей цифре лозунга.

Шифр Гронсфельда

Открытый текст: GERMANY

Лозунг: 1 3 5 7 9

Алфавит: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

Для удобства выпишем алфавит с порядковыми номерами букв:

A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13

N	O	P	Q	R	S	T	U	V	W	X	Y	Z
14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26

и лозунг над текстом

1	3	5	7	9	1	3
G	E	R	M	A	N	Y

Теперь легко получить шифрованный текст:

HHWTJOB

Во второй половине XIX в. появился весьма устойчивый способ усложнения числовых кодов — гаммирование. Он заключался в перешифровании закодированного сообщения с помощью некоторого ключевого числа, которое и называлось гаммой. Шифрование с помощью гаммы состояло в сложении всех кодированных групп сообщения с одним и тем же клю­чевым числом. Эту операцию стали называть "наложением гаммы'". Например, результатом наложения гаммы 6413 на кодированный текст 3425 7102 8139 являлась числовая после­довательность 9838 3515 4552:

3425 7102 8139

+ 6413 6413 6413

9838 3515 4552

Единицы переноса, появляющиеся при сложении между кодовыми группами, опускались. "Снятие гаммы" являлось обратной операцией:

9838 3515 4552

- 6413 6413 6413

3425 7102 8139

В 1888 г. француз маркиз де Виари в одной из своих на­учных статей, посвященных криптографии, обозначил грече­ской буквой X любую букву шифрованного текста, грече­ской буквой Г любую букву гаммы и строчной буквой С любую букву открытого текста. Он, по сути, доказал, что ал­гебраическая формула

X= (с + Г)mod₂₆

воспроизводит зашифрование по Виженеру при замене букв алфавита числами согласно следующей таблице:

A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

N	O	P	Q	R	S	T	U	V	W	X	Y	Z
13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25

Тем самым была заложена алгебраическая основа для ис­следования шифров замены типа шифра Виженера. Используя уравнение шифрования, можно было отказаться от громозд­кой таблицы Виженера.

Позже лозунговая гамма стала произвольной последова­тельностью, а шифр с вышеприведенным уравнением шифрования стал назы­ваться шифром гаммирования.

Почти половина XX в. была связана с использованием ко­лесных шифраторов. Различные их конструкции были запа­тентованы примерно в одно и то же время (в период 1917 — 1919 гг.) в разных странах: американцем Э. X. Хеберном, голландцем X. Ф. Кохом, немцем А. Шербиусом и шведом А. Г. Даммом.

Что представлял собой шифрующий диск? Корпус диска (имевшего размеры хоккейной шайбы) состоял из изоляцион­ного материала, например твердой резины. По окружностям каждой из его сторон были вмонтированы на равном расстоя­нии друг от друга 26 электрических контактов. Каждый контакт был соединен внутри корпуса с некоторым контактом на другой стороне. Контакты на входной стороне представляли буквы открытого текста, контакты на выходной стороне — буквы шифротекста.

Диск устанавливался на оси между двумя неподвижными пластинами (розетками), каждая из которых также была изго­товлена из изолятора и имела 26 контактов, соответствующих расположению контактов на диске. Контакты входной розетки соединялись с клавиатурой пишущей машинки, печатающей буквы открытого текста. Контакты выходной розетки соеди­нялись с выходным устройством, указывающим буквы шифротекста, например, с помощью лампочек. При фиксированном угловом положении диска электрические цепи, соединяющие входные и выходные контакты, реализовывали одноалфавитную замену. При повороте же диска (на углы 2к/26) схема реализовывала многоалфавитную замену (с 26 простыми за­менами).

Рядом с одним диском можно было установить и другие диски. Тем самым схема токопрохождения удлинялась и чис­ло возможных простых замен, реализуемых многодисковой схемой значительно возрастало. При движении k дисков по простейшей схеме одометра получался период, равный 26^k, который можно было сделать астрономическим числом.

Подобные шифрмашины обслуживали значительную часть линий связи высшего командования ВМС США, начи­ная с 20-х годов.

Принцип шифрующего диска использовалcя и в немецкой шифрма­шине "Энигма", которая применялась во время второй мировой войны. Но "Энигма" в двух моментах отличалась от других дисковых машин:

• Во-первых, после блока дисков была расположена неподвижная обратимая розетка, контакты которой были попарно соединены друг с другом. Импульс тока, приходивший на этот контакт, заворачивался и вновь проходил через блок дисков в противоположном направлении. Это давало двойное шифрование каждой буквы.

• Другая особенность "Энигмы" заключалась в неравномерном движе­нии дисков, которое управлялось зубчатыми колесами.

Таким образом, подводя итог данному историческому экскурсу, можем сделать вывод о том, что все шифросистемы используют один из двух принципов шифрования:

• фрагменты открытого текста (отдельные буквы или группы букв) заменяются некоторыми их эквивалентами в шифртексте;

• буквы открытого текста при шифровании лишь меняются местами друг с другом.

Первая группа криптосистем образует класс шифров замены, а вторая – шифры перестановки.

Порядок использования криптографической системы оп­ределяется системами установки и управления ключами.

Система установки ключей определяет алгоритмы и процедуры генерации, распределения, передачи и проверки ключей.

Система управления ключами определяет порядок ис­пользования, смены, хранения и архивирования, резервного копирования и восстановления, замены или изъятия из обра­щения скомпрометированных, а также уничтожения старых ключей.

В зависимости от способа пересылки и применения ключей криптосистемы делятся на

• Симметричные криптосистемы.

• Криптосистемы с открытым ключом (несимметричные).

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение основным составляющим криптосистемы.

2. Приведите пример древнейших криптосистем.

3. Кто и при каких условиях впервые выполнял функции криптоаналитика?

4. Шифрование с помощью квадрата Полибия.

5. Продемонстрируйте на примере шифр Цезаря.

6. Диск Альберти и принцип, используемый в многоалфавитном шифре?

7. Какие отличия метода Виженера от метода Тритемия?

8. Для каких целей используется поворотная решетка?

9. Какой прием используется в цифровом шифре Ришелье?

10. Принцип шифрования Гронсфельда.

11. Какова связь метода гаммирования и таблицы Веженера?

12. Какой принцип работы шифровальной машинки?

13. Разновидности систем управления ключами.

14. Какие криптосистемы из приведенных можно отнести к классу шифров замены?

15. Приведите примеры криптосистем, использующих шифры перестановки.