В этой статье речь пойдёт о древних шифрах, используемых в разных странах для обеспечения секретности своей информации.
В первой статье из серии "Древние информационные системы" рассказывалось о монастырской информационной системе Тибета, во второй - о древних методах защиты информации (в этой статье упоминались криптографические способы защиты).
Теперь, подробнее о древних шифрах.
Системы шифрования существовали ещё до нашей эры. В современном мире некоторые из древних шифров доступны в рамках школьной программы по математике или информатике. Несмотря на столь лёгкий доступ к старым криптографическим методам, некоторые люди до сих пор используют простые алгоритмы для шифрования своих заметок или контактов записных книжек, чтобы предотвратить случайное прочтение посторонними.
Разумеется, подобное применение простых шифров не должно переходить в различные состояния "шпиономании", но в качестве развития мышления и памяти вполне подходят.
Многие шифры, доступные сегодня любому гражданину, могли применяться в древности для защиты военной, научной и политической информации.
Древние шифры
Рассмотрим наиболее известные криптографические системы с начала 5 века до нашей эры.
Криптогра́фия (от др. греч. κρυπτός "скрытый" + γράφω "пишу", термин был введён в 17 веке Джоном Валлисом) - наука об обеспечении конфиденциальности с помощью шифрования информации.
Шифр - это система преобразования текста для скрытой передачи информации с последующей расшифровкой по определённым правилам.
Известные системы шифрования можно представить в виде следующей схемы:
Из этой схемы следует, что шифры группировались:
- шифры подстановки с подразделением на: простую замену символов и полиалфавитную подстановку;
- шифры перестановки, согласно которым переставляли символы по определённым правилам.
Что представляли из себя эти шифры?
Диск Энея
Этот криптографический инструмент был создан в IV веке до нашей эры Энеем Тактиком (Aeneas Tacticus).
Инструмент представляет собой диск 13-15 см. в диаметре с просверленными для продевания нити отверстиями. Количество отверстий по окружности равняется количеству букв греческого алфавита. Первая буква алфавита находилась по условной линии, проходящей через два отверстия от центра диска.
Метод шифрования диска Энея.
Нужно было побуквенно "записывать" информацию, продевая нить в отверстия. Если нужно проходить нитью отверстия, в которых нить уже была продета ранее (повторяющиеся буквы в слове), то ей сначала проходили центральное отверстие, чтобы не запутаться при расшифровке.
Чтение послания происходило последовательным извлечением нити из отверстий и сбором распознанных букв в последовательность.
Эта последовательность была обратной написанию, то есть послание дешифровывалось с конца текста. Записанную на диске информацию можно было легко уничтожить в случае перехвата путём выдергивания всей нити из отверстий или уничтожением самого диска (он легко разламывался).
Квадрат Полибия (шахматная доска Полибия)
Эта система шифрования была предложена греческим полководцем Полибием (Polybius) в III веке до нашей эры.
На изображении приведён квадрат с латинским алфавитом, но по этой системе можно представить буквы и других алфавитов.
Шифрование текста происходило очень просто: каждой букве слова соответствовала пара чисел (горизонталь/вертикаль).
В качестве тренировки расшифруйте запись: (2,4)(3,3)(2,1)(3,4).
Это классический метод шифрования сообщения с помощью таблиц замены символов цифровыми значениями.
Шифр Атбаш
Этот шифр был изобретён древними иудеями в V веке до нашей эры.
Как следует из вышеприведённой иллюстрации, заменой символов является перечисление шифруемого алфавита с последней буквы до первой.
В качестве примера зашифруем одно слово: RMUL.
Если интересно, дешифруйте.
Шифр Цезаря
Шифр назван в честь императора Гая Юлия Цезаря (Gaius Iulius Caesar, 100-44 года до нашей эры).
Этот шифр ещё называют шифром сдвига, потому что последовательность символов замены создаётся путём сдвига от исходной буквы алфавита на 3 буквы: символу A соответствует D, В - E и так далее.
Диск Альберти
Ученый Леон Баттиста Альберти (Leone Battista Alberti) в 1467 году создал шифровальный диск.
Диск полиалфавитной подстановки, позволяющий создавать различные последовательности замены в зависимости от определённого правила смещения букв внутреннего диска относительно внешнего.
С помощью этого диска можно создавать различные ключи, указывающие различный сдвиг внутреннего диска в зависимости от порядка буквы в сообщении.
При правильном составлении ключа шифрования дешифровать запись посторонним лицам было очень сложно.
Шифр Тритемиуса
Система шифрования разработана Иоганном Тритемием (Iohannes Trithemius, 1462-1516).
Этот шифр представляет усовершенствованный метод шифрования Цезаря. Усовершенствован был алгоритм сдвига - вместо постоянного сдвига на 3 буквы в шифре Тритемиуса использовался переменный сдвиг относительно каждой буквы, зависящий от дополнительных факторов.
Узнать подробнее о математической модели этого шифра можно на странице в Википедии.
Таблица Виженера
С 19 века этот криптографический метод носит название Блеза де Виженера (Blase de Vigenere, 1523-1596 года), но он упоминался ранее в 1553 году Джовани Баттиста Беллазо (Giovan Battista Bellaso).
Метод основан на полиалфавитной замене и подразумевает создание многострочной таблицы в каждой строке которой содержатся буквы алфавита. Следующая строка относительно предыдущей сдвинута на один символ, что в итоге формирует буквенный квадрат с количеством ячеек по количеству букв алфавита.
Шифрование с помощью таблицы Виженера
Способ шифрования прост. К тексту для шифрования определяется ключевое слово шифровки, например:
- нужно зашифровать слово "informatio" (лат., информация);
- шифрующее слово "test".
Как распоряжаться шифрующим (ключевым) словом?
Ключевое слово нужно превратить в ключевую строку, для этого определяем количество символов в исходном сообщении (сообщение: informatio) - 10 и повторяем ключевое слово в строку подряд, чтобы тоже получилось 10 символов: "testtestte".
Далее, побуквенно находим в таблице пересечение строк: "T" (первая буква ключа - горизонталь) и "I" (первая буква шифруемого слова - вертикаль) - получаем зашифрованный символ "b", "E" и "N" - получаем "r", "S" и "F" - получаем "x", "T" и "O" - получаем "h" и так далее.
Результат: слово "informatio", зашифрованное по таблице Виженера ключом "test", выглядит так: "brxhkqsmbs".
Дешифровка с помощью таблицы Виженера
Для того, чтобы получатель шифрованного сообщения мог дешифровать его нужна таблица и ключевое слово. Например, получателю сообщили раньше, что ключевое слово "test" и он получает шифровку "brxhkqsmbs".
Действия по дешифровке: получатель шифрованного текста должен создать ключевую строку по числу зашифрованных символов (10) из ключевого слова. Получается "testtestte" как и при шифровании.
Далее, получателю сообщения всего лишь нужно посимвольно зафиксировать букву заголовка столбца, получаемого при нахождении буквы шифровки, в соответствующей строке ключа.
Например: строка "T" и первая буква шифровки "b" определяет столбец "I", строка "E" и вторая буква шифровки "r" определяет столбец "N" и так далее, пока не получится дешифрованное сообщение "informatio".
Шифр Древней Спарты (шифр Скитала)
Шифр Скитала (от греч. σκυτάλη "жезл") является одним из простейших шифров перестановки. Спартанцы и античные греки использовали этот шифр во время военных действий. Этот метод шифровки можно считать простейшей шифровкой с применением технических средств.
Шифр древней Спарты в своих трудах описывал Плутарх (Plutarchus).
Применение этого метода простое: на подготовленный жезл наматывалась лента любого эластичного материала, затем по жезлу строками писался текст. После письма по жезлу с лентой оставалось только размотать ленту и передать её посыльному.
У отправителя был жезл таких же размеров, с помощью которого он мог прочитать зашифрованное сообщение.
Аристотель (Aristitle, 384-322 годы до нашей эры) придумал способ расшифровки перехваченного сообщения с помощью конуса, по которому можно было подбирать диаметр жезла, перетягивая разную толщину конуса лентой пока набор символов не станет читаться со смыслом.
Решётка Кардано
Метод скрытия информации в тексте предложил учёный Джероламо Кардано (Girolamo Cardano, 1501-1576 года). Этот метод шифрования демонстрировался в заставке советского сериала о Шерлоке Холмсе.
Методика шифрования была очень проста: в специальном трафарете (решётке Кардано) вписывалась секретная информация, затем трафарет убирали, а на листе с символами добавлялся текст, маскирующий секретное сообщение.
При хорошей маскировке текстом посторонний читатель мог совершенно не подозревать о том, что в его руках находится шифрованное сообщение и поэтому не мог предпринять действия по его дешифровке.
Магический квадрат Дюрера
В математике хорошо известны магические квадраты, которые в сумме натуральных чисел, расположенных в ячейках (клетках), дают одно и тоже число по каждой строке, по каждому столбцу и по каждой диагонали.
На гравюре Альбрехта Дюрера (Albrecht Dürer, 1471-1528 года) под названием "Меланхолия" изображён магический квадрат, считающийся самым ранним в европейском искусстве.
Определено, что магических квадратов со сторонами 4х4 существует 880 штук.
С помощью таких квадратов можно шифровать текстовые сообщения. Представим, что человеку пришло сообщение, зашифрованное квадратом Дюрера: "тзодтбепоивжиеап".
Что можно сделать с этим сообщением?
Можно вписать зашифрованную последовательность в ячейки квадрата:
Далее, прочитав буквы в последовательности возрастания чисел квадрата Дюрера можно прочитать "ПОЗИТИВ ПОБЕЖДАЕТ".
14 марта 2019 года (редакция текста 4 февраля 2020 года).
автор: юрист Демешин Сергей Владимирович.
Какие темы по информационным отношениям Вам интересны? Пройдите опрос канала "ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРАВО в обществе".
Внимание! Зашифрованные комментарии будут удаляться без прочтения.