1.5. Обзор истории криптографии

Проблема защиты информации путем преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом, волновала человеческий ум с древних времен. История криптографии – ровесница истории письменности, то есть насчитывает более пяти тысячелетий. Более того, первоначально письменность сама по себе была криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные.

Всю историю развития криптографии можно разделить на два пери-

ода:

1.Донаучный период, когда криптография и криптоанализ были искусством, или ремеслом, доступным узкому кругу умельцев.

2.Научный период, начавшийся в 1949 г. после опубликования работы Клода Шеннона «Теория связи в секретных системах».

Во втором периоде необходимо отметить появление в 1976 году работы Диффи и Хеллмена «Новые направления в криптографии», с которой начинается отсчет развития криптографии с открытым ключом.

Рассмотрим несколько подробнее основные этапы развития криптологии как искусства и как науки.

Появление шифров

Ряд систем шифрования дошел до нас из глубокой древности. Однако первые шифры не были предназначены для сокрытия секретных сведений.

Первой известной человечеству криптограммой считают надпись, вырезанную около 1900 г. до н. э. на гробнице египтянина по имени Хнумхотеп, в которой рассказывается история его жизни. Заменяя в некоторых местах текста обычные иероглифы менее привычными символами, автор надписи пытался придать тексту необычность и значительность.

По мере расцвета древнеегипетской цивилизации и совершенствования письменности преобразования текстов, которые вырезались на камнях гробниц, становились все более изощренными. Постепенно многие надписи начинают преследовать основную для криптографии цель – секретность. Она проистекала из желания заставить прохожего прочитать эпита-

13

фии, тем самым выразив умершим благословения, содержащиеся в надгробных надписях. Зашифрованные надписи должны были привлечь внимание читателя, заставить его задуматься и вызвать желание разгадать тайный смысл.

В течение 3000 лет криптография развивалась неравномерно, скачками. Она появлялась и умирала вместе с породившими ее цивилизациями.

Первые сведения об использовании криптографии в государственной сфере относятся к Древней Греции V–IV вв. до н. э. В это время существовал шифр «сцитала». Он состоял в том, что полоску пергамента наматывали спиралью на жезл определенного диаметра, который и назывался «сцитала». Текст писали на пергаменте вдоль жезла, а затем разматывали полоску. Ключом являлся диаметр жезла. Прочесть сообщение можно было, лишь имея жезл такого же диаметра, как исходный. Метод вскрытия такого шифра принадлежит Аристотелю. Для вскрытия достаточно намотать пергамент на брусок конической формы и сдвигать от узкого конца к широкому. Диаметр исходного жезла равен диаметру той части конуса, в которой читается осмысленный отрезок текста.

Положение криптографии существенно меняется, когда достигает расцвета Римская империя. Чтобы управлять многочисленными провинциями, шифрованная связь для римских органов власти стала жизненно необходимой. Самый известный шифр этого времени – шифр Цезаря, в котором буквы заменялись на отстоящие в том же алфавите на определенное число позиций. Ключом являлось число позиций, на которое необходимо сдвинуть символ.

Становление криптографии как науки

После падения Римской империи в Европе начались столетия упадка, называемые «темными веками». Все лучшие достижения цивилизации были утрачены. Криптологии приписывали магические свойства, и нередко умельцы, владеющие криптографическими или криптоаналитическими способностями, отправлялись на костер. Средневековыми учеными широко применялись так называемые магические квадраты – квадратные таблицы, клетки которых содержат натуральные числа, начиная с 1 таким образом, что суммы по всем строкам, столбцам и диагоналям дают одно и то же

14

число. Текст сообщения вписывался в квадрат в соответствии с нумерацией, а затем выписывался по строкам. Например, из сообщения ПРИЕЗЖАЮ_ШЕСТОГО с помощь магического квадрата:

получается шифрованное сообщение ОИРТЗШЕЮ_ЖАСЕГОП:

ЕГ О П

Считалось, что такие шифры охраняет магическая сила, ведь они очень тяжело поддавались дешифрованию. Однако истинная причина их стойкости в том, что число возможных магических квадратов существенно растет с ростом их размерности. Так, магический квадрат размерности 3×3 только один, 4×4 уже 880, а 5 ×5 около 250000. Ручной перебор такого ключа немыслим.

Первые сведения о научных криптографических методах относятся к арабскому Востоку. Познания арабов в области криптологии были подробно изложены в произведении Калкашанди, которое появилось в 1412 году и представляет собой энциклопедию, содержащую обзор всех областей человеческих знаний того времени. В главе «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений» содержится семь способов шифрования, а также дается список букв в порядке их частоты появления в текстах Корана и метод криптоанализа.

Эволюция общественной жизни к XV веку привела к эпохе Возрождения, которая, в частности, характеризуется тем, что главенствующим языком письменных сообщений становится античная латынь, которая даже в Италии существенно отличается от уже изменившегося живого языка. В связи с этим восстанавливаются и развиваются древние методы шифрования. Часто используются всевозможные модификации шифрующих таб-

15

лиц, которые дают шифрующие процедуры перестановки букв в сообщении.

Наиболее заметным именем этой эпохи является имя Леона Батиста Альберти – изобретателя шифра многоалфавитной подстановки и устройства для его реализации. Это устройство представляло собой два соосных диска – больший неподвижный и меньший вращающийся. Большой диск был разбит на 24 сектора, содержащих 20 букв латинского алфавита (исключая 4 редко употребляемых) и 4 цифры. Малый диск был разбит на 24 сектора, содержащих 24 буквы латинского алфавита в перемешанном порядке. Отправитель и получатель сообщения договаривались об исходном положении дисков. Буква открытого текста отыскивалась на большом диске и записывалась соответствующая ей буква с малого диска. После шифрования некоторого отрезка текста малое колесо поворачивалось на определенный угол, о чем извещался получатель, и шифрование продолжалось.

A B C D E F G H I K L M N O P Q R S T U X Y Z W

B C D E F G H I K L M N O P Q R S T U X Y Z W A

C D E F G H I K L M N O P Q R S T U X Y Z W A B

D E F G H I K L M N O P Q R S T U X Y Z W A B C

E F G H I K L M N O P Q R S T U X Y Z W A B C D

F G H I K L M N O P Q R S T U X Y Z W A B C D E

G H I K L M N O P Q R S T U X Y Z W A B C D E F

H I K L M N O P Q R S T U X Y Z W A B C D E F G

I K L M N O P Q R S T U X Y Z W A B C D E F G H

K L M N O P Q R S T U X Y Z W A B C D E F G H I

L M N O P Q R S T U X Y Z W A B C D E F G H I K

M N O P Q R S T U X Y Z W A B C D E F G H I K L

N O P Q R S T U X Y Z W A B C D E F G H I K L M

O P Q R S T U X Y Z W A B C D E F G H I K L M N

P Q R S T U X Y Z W A B C D E F G H I K L M N O

Q R S T U X Y Z W A B C D E F G H I K L M N O P

R S T U X Y Z W A B C D E F G H I K L M N O P Q

S T U X Y Z W A B C D E F G H I K L M N O P Q R

T U X Y Z W A B C D E F G H I K L M N O P Q R S

U X Y Z W A B C D E F G H I K L M N O P Q R S T

X Y Z W A B C D E F G H I K L M N O P Q R S T U

Y Z W A B C D E F G H I K L M N O P Q R S T U X

Z W A B C D E F G H I K L M N O P Q R S T U X Y

W A B C D E F G H I K L M N O P Q R S T U X Y Z

Рис. 1.2. Таблица Тритемия

16