Шифр Юлия Цезаря

Проблему обеспечения тайны переписки осознавали еще древние греки, а также, в числе прочих, и Юлий Цезарь. Греки нашли необычное решение: они брили наголо голову раба и выцарапывали на ней свое послание. Когда волосы на голове раба отрастали вновь, его посылали доставить сообщение. Получатель брил голову раба и прочитывал текст. Ясно, что способ этот очень ненадежен, и вдобавок неэффективен. Всякий осведомленной о таком способе связи мог схватить раба, побрить ему голову и прочесть послание. Более того, на отправку сообщения и получение ответа таким способом уходило несколько недель.

Юлий Цезарь придумал способ получше. Каждую букву сообщения он заменял на другую, которая в латинском алфавите отстояла от исходной на три позиции дальше. Таким образом, буква A латинского алфавита заменялась на D, B на E, и так далее вплоть до буквы W, которая заменялась на Z, затем X на A, Y на B и, наконец, Z на C. Если бы он проделал это со своим знаменитым посланием

VENI.VIDI.VICI

(Пришел.Увидел.Победил.)

с помощью 26-буквенного алфавита, которым пользуются в англо-говорящих странах (чего он, разумеется, не делал), то отправленное сообщение выглядело бы так:

YHQL.YLGL.YLFL.

Это не очень сложный метод, тем более что сразу становится очевидным, что сообщение состоит из трех слов, и в каждом из них четыре буквы, причем некоторые буквы повторяются. В такой немудреной системе сложно избавиться от этих слабостей. Тем не менее, расширение алфавита с 26 до 29 знаков и более за счет включения знаков препинания и пробелов слегка замаскировало бы длину каждого слова. Тем не менее, Цезарь вошел в историю криптографии, а "шифр Юлия Цезаря", как его до сих пор называют, служит примером одной из первых систем шифрования и является частным случаем шифра простой замены, как мы увидим в главе 2.

Несколько основных определений

Поскольку в дальнейшем мы неоднократно будем употреблять такие слова, как диграф, криптография и шифрование, следует дать им определения сейчас.

Монограф - это одиночная буква любого алфавита, который мы используем. Диграф - это любая пара рядом стоящих букв. Так, например, AT - это диграф. Триграф состоит из трех рядом стоящих букв; так, например, THE - это триграф; и так далее. Полиграф состоит из произвольного числа последовательно записанных букв. Под полиграфом совсем не обязательно надо понимать слово какого-либо языка. Однако, если при попытке дешифровать сообщение, написанное предположительно по-английски, нам встречается гептаграф MEETING, то это выглядит гораздо более правдоподобно, нежели если мы получим гептаграф вроде DKRPIGX.

Символ - это любой знак, в том числе буква, цифра или знак препинания; строка - это любое множество слитно записанных символов. Длиной строки называется количество символов в ней. Например, A3?%$ представляет собой строку длины 5.

Система шифрования, или криптографическая система - это любая система, которую можно использовать для изменения текста сообщения с целью сделать его непонятным для всех, кроме тех, кому оно предназначено.

Процесс применения системы шифрования к исходному сообщению называется зашифрованием.

Исходный текст сообщения, до зашифрования, называется открытым текстом, а текст, полученный в результате зашифрования - шифрованным текстом.

Процесс, обратный зашифрованию, то есть восстановление исходного текста сообщения по шифрованному тексту называется расшифрованием или дешифрованием. Эти термины, пожалуй, не являются полными синонимами. Легальный получатель сообщения посчитает, что он занимается его расшифрованием, а тот, кому оно не предназначено, пытаясь понять смысл послания, наверняка считает, что занимается дешифрованием.

Криптография изучает построение и использование систем шифрования, в том числе их стойкость, слабости и степень уязвимости относительно различных методов вскрытия. Криптограф - это лицо, занимающееся криптографией.

Криптоанализ изучает методы вскрытия систем шифрования. Криптоаналитик (жаргонное "взломщик шифров") -это лицо, занимающееся криптоанализом.

Криптографы и криптоаналитики - соперники; они стремятся перехитрить друг друга. Каждый ставит себя на место противника и задет себе вопрос: "Если бы я был на его месте, что бы я сделал, чтобы оказаться победителем?". Оба соперника, которые наверняка никогда не встретятся, вовлечены в захватывающий интеллектуальный поединок, в котором ставки могут быть чрезвычайно высоки.