Истоки криптографии: Древний Египет
Элементы шифрования появились вместе с письменностью. Уже около 4000 лет назад в Древнем Египте писцы экспериментировали с тайными символами, скрывающими истинное значение текста. Один из самых древних примеров — надписи в гробнице вельможи Хнумхотепа II (около 1900 г. до н.э.), где применяли шифр подстановки: привычные иероглифы заменялись необычными знаками по определенным правилам.
Почему египтяне использовали такие методы? Возможно, чтобы защитить религиозные ритуалы от посторонних или продемонстрировать своё мастерство в искусстве письма, превращая обычный текст в интеллектуальную игру. Также есть версия, что шифр подстановки применялся для повышения лингвистической привлекательности.
Интересно, что подобные техники встречались и в других древних цивилизациях — Индии и Месопотамии, где тоже применяли секретные обозначения.
Истоки криптографии: Атбаш
Один из самых ранних способов шифрования – шифр Атбаш – использовался еще в древних библейских текстах. Его принцип прост и гениален: необходимо заменить первую букву алфавита на последнюю, вторую – на предпоследнюю, и так далее. Так, первая буква еврейского алфавита «Алеф» меняется на – «Тав», вторая «Бет» – на «Шин». Название «Атбаш» составлено даже из начальных и конечных букв алфавита: алеф, тав, бет и шин.
Таким образом, если мы зашифруем словосочетание «электронная подпись», то получится «вуъфморссяа прыпцнг».
Легенды гласят, что Атбаш был создан уже в середине первого тысячелетия до н.э. Его использовали не только для раскрытия священных имен, но и для защиты важной информации. Многие исследователи полагают, что инициатором создания этого шифра могла стать таинственная иудейская секта Ессеева, известная своими методами раскрытия данных.
Со временем знания об Атбаше перешли к гностикам, затем – к катарским дворянам, а в конечном итоге Орден Тамплиеров перенял его для своих нужд. Атбаш использовался на протяжении веков – от 500 лет до н.э. до исчезновения Тамплиеров в XIV веке.
Особый интерес представляет то, что этот шифр нашел отражение в текстах Кумранских манускриптов, обнаруженных в 1947 году. Эти древние документы обогатили наши знания о культуре и верованиях того времени.
Истоки криптографии: загадочный шифр Древней Спарты
Один из самых удивительных методов секретной переписки – скитала, шифр Древней Спарты.
Скитала (или сцитала) – это настоящий инструмент для перестановочного шифрования. Представьте себе: узкая полоска пергамента аккуратно обматывается вокруг цилиндра, на котором затем записывается сообщение. При разматывании пергамента текст оказывается перемешанным, и прочитать его можно, только если использовать цилиндр точно с такими же размерами. Этот простой, но гениальный метод древние греческие и спартанские воины использовали во время военных действий.
Принцип работы скиталы оказался простым:
- Пергаментная лента наматывается на палочку-цилиндр так, чтобы не оставалось ни просветов, ни нахлестов.
- На обмотанной ленте вдоль цилиндра пишется сообщение.
- После разматывания ленты буквы оказываются перемешанными – расшифровать послание можно только с помощью идентичного цилиндра.
Интересно, что скитала стала символом криптограммы Американского союза.
Легенды и древние тексты придают скитале особый ореол загадочности. Сам термин впервые упоминается у греческого поэта Архилоха (около 650 г. до н.э.), где он означает «инструмент для считывания». Уже через 175 лет Пиндар использовал это слово для описания способа передачи поэмы – возможно, незашифрованного, но все равно удобного для транспортировки послания.
Позднее в произведениях Аристофана («Птицы», 414 г. до н. э., «Лисистрата», 411 г. до н. э.) и Никофона («Рождение Афродиты») скитала фигурирует как средство передачи текстов. Хотя достоверных свидетельств того, что скитала использовалась для обмена зашифрованными сообщениями во время Пелопоннесской войны, нет, ее образ неизменно ассоциируется с древним искусством сокрытия информации.
Истоки криптографии: инструменты Энея Тактика
В далеком IV веке до н. э. Эней Тактик, первый военный теоретик античности, разработал несколько интересных инструментов для шифрования. Первым из них стал Диск Энея — устройство, диаметр которого составлял 13-15 см. Этот диск был оснащен отверстиями, соответствующими буквам алфавита. В центре находилась катушка с ниткой.
Чтобы зашифровать сообщение, достаточно было протянуть свободный конец нити через отверстия, соответствующие буквам. Таким образом, зашифрованное послание выглядело как нить, прошедшая через отверстия диска, а расшифровать сообщение можно было, лишь вытянув нить и прочитав его в обратном порядке.
Следующим шагом стало изобретение Линейки Энея — это уже действительно криптографический инструмент. В отличие от диска, на линейке использовался шифр замены: буквы располагались в произвольном порядке, и при шифровании узелки на нити заменяли буквы. Получатель, имея такую же линейку, мог восстановить текст, следуя узелкам. Этот метод защитил информацию от тех, кто не знал в каком порядке должны быть расположены буквы.
Еще одной интересной находкой стал Книжный шифр Энея. Суть заключалась в использовании малозаметных маркеров (например, дырок от иголки) в тексте книги. Эти пометки помогали передавать секретное сообщение. Такой подход относится не столько к шифрованию, сколько к стеганографии — искусству скрывать само наличие шифрования как такового.
Истоки криптографии: шифр, преобразующий буквы в числа
Речь пойдет о методе шифрования греческого историка и полководца. «Квадрат Полибия» – это способ, который превращает каждую букву сообщения в пару цифр.
Как это работает?
Квадрат Полибия представляет собой таблицу, обычно 5×5 или 6×6, в зависимости от алфавита. Строки и столбцы нумеруются, и в каждой клеточке записывается по одной букве. Так, для латинского алфавита (26 букв) часто используется квадрат 5×5, объединяя буквы I и J, а для русского (33 буквы) – квадрат 6×6. каждая буква получает свою пару цифр – первая цифра обозначает номер строки, вторая – номер столбца.
Процесс шифрования
Существует несколько методов использования квадрата Полибия для создания шифротекста:
- Метод 1:
найдите букву в таблице и замените ее на букву, расположенную ниже в том же столбце. Если буква находится в нижней строке, берется верхняя из того же столбца. Например, слово «SOMETEXT» может превратиться в «XTRKYKCY». - Метод 2:
преобразуйте каждую букву сообщения в ее координаты (парой чисел), сохраните их по вертикали, а затем читайте по строкам. Так, «SOMETEXT» может быть зашифровано как «SWYSOCDU». - Метод 3 (усложненный):
после первого шифротекста (цифровой последовательности) выполняется циклическая смена цифры, затем последовательность разбивается обратно на пару и переводится в полученную цифру по таблице, что дает окончательный шифротекст, например, «IUPTNQVO».
Усиление шифра
Хотя сам по себе квадрат Полибия может показаться простым, его можно значительно усложнить, заполнив таблицу буквами в последовательном порядке. Такой порядок становится ключом, без знания дешифровки которого невозможно прочитать послание. Часто вместо физической таблицы используется пароль, который устанавливает порядок букв, а панель управления записывается по алфавиту.
Квадрат Полибия – это не просто исторический метод шифрования, он является предшественником современных криптографических систем и компьютеров.
Истоки криптографии: тайны древнеримской переписки
Один из самых известных и простых шифров – шифр Цезаря. Его история начинается в древнем Риме, где великий Гай Юлий Цезарь использовал этот метод для секретной переписки со своими военачальниками.
Шифр Цезаря – это разновидность шифра подстановки. Суть метода проста: каждый символ исходного текста заменяется символом, сдвинутым на фиксированное число позиций в алфавите. Например, при сдвиге вправо на 3 буква «А» превращается в «Г», «Б» – в «Д» и так далее. Такой сдвиг обычно обозначают как ROTN (ROT – от «rotate», то есть «цикл сдвига»), где N – число позиций. Благодаря цикличности алфавита, буквы, вышедшие за его конец, переходят в начало – например, при ROT2 буква «ю» становится «а», а «я» – «б».
Несмотря на то, что шифр Цезаря сегодня легко поддается взлому простым перебором всех возможных вариантов, его значение трудно переоценить. Это один из самых ранних примеров шифрования, который заложил основу для дальнейших разработок, таких как шифр Виженера, которому мы в дальнейшем также посвятим пост, и до сих пор находит применение в системах вроде ROT13 для простейшего скрытия текста.
Особенно любопытно, что для русского алфавита существует 32 различных преобразования (ROT0 и ROT33 оставляют текст неизменным, а последующие повторяются), а все неалфавитные символы, такие как пробелы, знаки препинания и цифры, остаются без изменений.
Шифр Цезаря – это один из первых шагов к удивительному пути развития криптографии. Оставайтесь с нами, впереди много интересного!