Криптография бывает двух типов: криптография, которая помешает читать ваши файлы вашей младшей сестре, и криптография, которая помешает читать ваши файлы дядям из правительства.
Брюс Шнайер, американский криптограф
There are two kinds of cryptography in this world: cryptography that will stop your kid sister from reading your files, and cryptography that will stop major governments from reading your files.
Bruce Schneier, American cryptographer
Век за веком шифрование информации становилось актуальным в различных сферах человеческого бытия: от сферы сакрального до сферы бытового. Развитие криптографии и области ее применения обусловлены развитием коммуникационных средств. Широкая доступность телекоммуникационных средств изменила ценность информации, делая ее сверхценной, одновременно повышая значимость криптографических решений, способствующих ее защите. Криптографические методы применяются повсюду, и миллиарды людей пользуются ими по всему миру ежедневно. К примеру, они являются неотъемлемой частью стандартных протоколов, что делает относительно легким внедрение серьёзного шифрования в широкий спектр приложений для защиты личной информации.
Научные исследования в сфере информационной безопасности ведутся постоянно, с каждым годом совершенствуя используемые методы для более надежной защиты информации. В истории существует немало инцидентов, связанных со взломом и кражей ценной информации, приводящих к серьезным последствиям. Но если раньше под угрозой были в основном государственные организации и большие корпорации, то сейчас этому подвержены и обычные пользователи, которые могут столкнуться с этой проблемой. Поэтому растущая сложность компьютерных сетей, увеличение числа уязвимых пользователей, вовлечение всё большего числа документов в электронный документооборот форсируют рост потребности в разработке более надежных методов защиты. Научные исследования в сфере информационной безопасности ведутся постоянно, с каждым годом совершенствуя используемые методы.
Итак, очевидно, что для более детального понимания важности этого вопроса стоит ознакомиться с историей разработки и использования разного рода шифровальных методов. Понимание того, как и почему были разработаны определенные методы защиты, позволяет оценить их эффективность, а также лучше понимать современные угрозы и способы защиты от них.
В поисках ответов мы отправились в Музей Криптографии - первый и единственный в России научно-технологический музей, посвященный криптографии, смежным дисциплинам и технологиям коммуникации.
Двадцатый век начинается
Первая половина XX в. характеризовалась внедрением электромеханических агрегатов в работу криптографов. Практически в одно и то же время в разных странах выдавались патенты на электромеханические машины, использующие принципы криптографического диска (ротора) и автоматизирующие процесс шифрования. Криптоанализ в этот неспокойный период стал одним из инструментов ведения войны. Для перехвата радиосообщений строили специальные подслушивающие станции, в результате работы которых войска были проинформированы о составе и действиях противника.
Итак, рассказываем, что, где и когда было создано на поприще криптографии в 1900-1950-х гг.
Нидерланды: первая дисковая шифровальная машина (1915)
Первая дисковая шифровальная машина была разработана в 1915 г. офицерами Королевского флота Нидерландов Тео ван Хенгелем и Рудольфом Питером Корнелисом Шпенглером для связи между Вест-Индией и Нидерландами во время Первой мировой войны. Действующий прототип был построен инженером-механиком В. К. Мауритсом и испытан летом того же года на борту флагманского корабля военно-морского флота Нидерландов в Голландской Ост-Индии (ныне – Индонезия), которым командовал адмирал Ф. Бодуин. Изобретение шифровального диска, позволившее реализовать шифры многоалфавитной замены в механических и электромеханических шифраторах, произвело настоящую революцию в криптографии.
Шифр Вернама (1917)
В 1917 году американский инженер Гилберт Вернам разработал систему автоматического шифрования телеграфных сообщений. Он предложил при передаче сообщений электромеханически складывать «импульсы» знаков незашифрованного текста с «импульсами» гаммы (последовательности знаков, предварительно нанесенных на перфоленту), эта сумма и была секретным ключом. Если сообщение перехватывалось, то без гаммы расшифровать его было невозможно, противник видел только ничего не значащую случайную последовательность.
Система Вернама позволяла автоматически зашифровывать сообщение, введенное с помощью клавиатуры телеграфного аппарата, и одновременно передавать его по каналу связи. Названная Вернамом «Методом длинной ленты для телетайпов», она стала основой для создания системы шифрования «Одноразовый блокнот», абсолютную стойкость которой в 1940-х годах доказали американский криптоаналитик и математик Клод Шеннон и советский ученый Владимир Котельников.
“Энигма” (1927)
С началом Второй Мировой войны Германия для кодировки радиосообщений стала применять шифровальную роторную переносную машину «Энигма», созданную на основе изобретения Эдварда Хеберна и усовершенствованную Артуром Кирхом. Поляки (М. Режевский, Г. Зыгальский и Е. Розицкий), а позже – англичане (А. Тьюринг, Г. Велкман, М. Ньюман, Т. Фаулер) упорно работали над дешифровкой. Они противопоставили ей свою дешифрующую машину «Бомба». Один из коллег А. Тьюринга сказал:
Я не берусь утверждать, что мы выиграли войну благодаря Тьюрингу, однако без него мы могли её и проиграть.
Сердцем "Энигмы" стала инновационная система из трех вращающихся роторов, каждый из которых был зашифрован своим алфавитом. Дополнительный уровень секретности обеспечивала также коммутационная панель, где можно было вручную переназначать соединения между буквами алфавита, так что секретный ключ менялся с определенной периодичностью. Чтобы расшифровать сообщение "Энигмы", получателю необходимо было иметь "Энигму" с теми же начальными настройками, с теми же роторами и их позициями, с теми же настройками кольца и т.д.
Первая советская шифровальная машина (1932)
Парадоксально, но в СССР речевые шифраторы появились раньше техники для засекречивания текстовых телеграфных сообщений.
В результате работы шифровальной машины Волоска создавалась неразборчивая криптограмма, взломать которую по тем временам было практически невозможно.
Вокодер Гомера Дадли (сер. 1930-х)
В 1930-х годах рост числа абонентов телефонной связи привел к дефициту частотных ресурсов сети, необходимых для передачи широкого диапазона устной речи. В середине десятилетия инженером-акустиком из американской компании Bell Labs Гомером Дадли было разработано устройство, названное вокодером (англ. vocoder, "voice encoder"). Он помог сэкономить частотные ресурсы линий связи, заметно увеличить их пропускную способность. Нашел он применение и в секретной телефонии, а позднее - в музыкальной индустрии для создания звуковых эффектов.
SZ-40 (1940)
Одна из первых машин для линейного шифрования телеграфного трафика - SZ-40, созданная в 1940 г. компанией Lorenz в Берлине, - была оборудована шестью дисками с нерегулярным шагом, которые генерировали гамму для шифрования. Для взлома этого устройства в 1944 году в Блетчли-Парке, главном шифровальном подразделении Великобритании, был создан «Колоссус» - первый в мире электронный программируемый компьютер.
NEMA (1946)
NEMA (Neu Enigma Maschine) была разработана сотрудниками Бернского университета (Швейцария) под руководством профессора математики, капитана Артура Адлера к концу Второй мировой войны. Новая машина заменила немецкую Enigma K, которую использовала швейцарская армия во время и до войны. Несмотря на то, что принципы работы этих устройств были схожи, конструкция NEMA имела несколько усовершенствований. В частности, количество дисков швейцарской машины было увеличено до десяти: пять из них были шифрующими, а остальные пять управляли нерегулярным шагом дисков.
Текст из машины мог выводиться не только на ламповую панель, но и на прямую линию телетайпа или на электронную пишущую машинку. С 1946 года было выпущено 640 экземпляров шифровальной машины NEMA в трех несовместимых друг с другом модификациях: учебной, дипломатической и военной. Устройство использовалось в швейцарской армии и в Министерстве иностранных дел вплоть до 1970-х годов. В 1991 году NEMA была рассекречена.
Труд Клода Шеннона (1949)
Работа Клода Шеннона «Теория связи в секретных системах», выпущенная в 1949 г., помогла утвердить новые теоретические принципы криптографической защиты информации. Криптография провозглашается математической наукой.
Фиалка-M (1963)
«Фиалка» - кодовое название самой популярной советской дисковой электромеханической шифровальной машины, которая оставалась засекреченной до недавнего времени и никогда ранее не демонстрировалась широкой публике. Первая модель М-125 была разработана в 1950-х годах на ленинградском заводе Nº 209 (сейчас завод им. А.А. Кулакова) под руководством главного конструктора Николая Гырдымова по заказу Вооруженных сил СССР. Машина была названа «Фиалкой», вероятно, из-за ее небольших размеров. Это кодовое слово использовалось при обсуждениях и в переписке во время ее разработки. А позднее так стали называть и алгоритм шифрования. Использование разборных шифровальных дисков со специальным вкладышем повышало устойчивость машины к взлому. Всего было создано несколько модификаций машины, в том числе для стран - участниц Варшавского договора.
-----------------------
Список литературы:
- Гатченко Н.А., Исаев А.С., Яковлев А.Д. Криптографическая защита информации// СПб: Университет ИТМО, 2012.
- Воробьев А.А., Пантюхин И.С. История развития программно-аппаратных средств защиты информации// СПб: Университет ИТМО, 2017.
- Джонатан Катц. Введение в современную криптографию. Второе издание// Издательство «СиЭрСи» «Тэйлор энд Фрэнсис Груп», 2016.
- Henk C.A. van Tilborg. Encyclopedia of Cryptography and Security// Eindhoven University of Technology The Netherlands, 2005.
- Dan Bohner, Victor Shoup. A Graduated course in Applied Cryptography//Stanford, 2017
- Назаров А.П. Криптографические методы защиты информации// Перспективы развития информационных технологий, 2014.
- Литература Музея Криптографии
- Лузгин Д.А., Галимов А.Р., Свиридов О.И. ИСТОРИЯ КРИПТОГРАФИИ // Экономика и социум, 2018
- Бутырский Л.С., Гольев Ю.И., Ларин Д.А., Шанкин Г.П, История криптографической деятельности в Нидерландах // Защита информации. Инсайд, 2008
- Фикс А.С., История криптографии и новый этический статус информации // Философские проблемы информационных технологий и киберпространства, 2014
- Брюс Шнайер, Прикладная криптография: протоколы, алгоритмы и исходный код на C // Второе издание
Над статьёй работали Панова А.А., Ломенков В.А.