Продолжим нашу серию постов про шифрование. Частотный анализ стал настоящей проблемой для криптографов 15-го века: с помощью него было возможно расшифовать любое скрытое послание, составленное с помощью одноалфавитных шифров подстановки, будь то шифр Цезаря или символьный шифр подстановки. Тем не менее, средство против него было найдено больше, чем за век до того, как Мария Стюарт взошла на эшафот. Новый метод шифрования предложил Леон Баттиста Альберти, больше известный как архитектор, внесший большой вклад в изучение перспективы.
Леон Баттиста Альберти - итальянский ученый, гуманист, писатель, ведущий теоретик искусства эпохи Возрождения и архитектор.Учился гуманитарным наукам, после чего получил должность секретаря у кардинала Альбергати, а затем и место в папской канцелярии.Среди его книг можно найти комедии, диалоги на этические темы и математический трактат о шифрах. Создал оригинальную концепцию человека, основанную на идее гармонии.
Альберти разработал систему шифрования, идея которой состояла в использовании двух шифроалфавитов - одна из разновидностей полиалфавитных шифров. В системе Альберти исходный алфавит записывается в первой строке, под ним записывается алфавит, сдвинутый на некоторое число позиций, а последним писали алфавит, сдвинутый еще на несколько позиций. Для зашифровки какого-либо сообщения Альберти предложил чередовать эти два шифроалфавита: первую букву брать из первого шифроалфавита, вторую - из второго, третью опять из первого и т.д. Соответственно, одна и та же буква криптограммы соответствовала двум разным буквам оригинального текста.
Тот же метод шифрования был чуть позже предложен двумя другими учеными независимо друг от друга: немцем Иоганном Тритемием и французом Блезом де Виженером. Оба они внесли значительный вклад в криптографию того времени, однако все-таки имя Виженера сейчас более известно по его полиалфавитному шифру, который носит название Квадрат Виженера.
Родился во Франции в 1523 г. Во взрослом возрасте стал дипломатом и был послан в Рим, где заинтересовался криптографией. В 1585 г. написал трактат о шифрах, где описывалась система шифрования, которой он дал свое имя. Эта система оставалась неподдающейся взлому на протяжении почти трех веков, пока британцу Чарльзу Бэббиджу не удалось взломать ее в 1854 г. Любопытно то, что этот факт стал известен только в XX веке, когда группа ученых разбирала вычисления и личные заметки Бэббиджа.
В полиалфавитном шифре определенной букве исходного сообщения может быть сопоставлено столько букв, сколько используется шифроалфавитов (например, в шифре Альберти это число равно двум). Самой известной полиалфавитной системой шифрования был Квадрат Виженера, таблица алфавитов которого состояла из стандартного алфавита из n букв, под которым стояли n шифроалфавитов, сдвинутых на одну букву влево по сравнению с вышестоящим алфавитом. То есть для латинского алфавита это была таблица 26x26. Самый простой способ шифрования с использованием Квадрата Виженера - это двигаться вниз на одну строку при переходе от одной буквы исходного сообщения к другой.
Вообще говоря, на практике для полиалфавитного шифрования довольно долгое время использовался так называемый шифровальный диск Альберти. Этот прибор состоит из двух дисков: один - фиксированный, с выгравированным на нем стандартным алфавитом, а другой - подвижный. Отправитель, поворачивая подвижный диск, может сопоставить стандратный алфавит с различными шифроалфавитами в зависимости от числа поворотов диска. Такой шифр очень устойчив к частотному анализу, а его безопасность зависит от сохранения в тайне кода, то есть числа поворотов диска. Такие устройства применялись во время Гражданской войны в США, а позднее идеи Альберти использовались при создании машин шифрования в первой половине XX века.
Историческое значение полиалфавитных шифров состоит в устойчивости к частотному анализу. Образование больших государств вызвало заметное возрастание требований к безопасности передаваемых сведений, особенно с увеличением количества сообщений из-за появления таких коммуникационных технологий как телеграф. В европейских странах были созданы так называемые "черные кабинеты", где кодировалась самая конфиденциальная корреспонденция и расшифровывались перехваченные сообщения. С развитием таких кабинетов любые формы одноалфавитного шифра замены стали небезопасны, как бы они ни модифицировались, поэтому с течением времени полиалфавитные алгоритмы замены полностью их вытеснили. Утратив свое самое мощное оружие, частотный анализ, криптоаналитики в очередной раз оказались безоружны вплоть до середины XVIII века.
Спасибо, что дочитали статью. Ваши лайки и подписка - неоценимая поддержка канала!