Имеются свидетельства, что криптография как техника защиты текста возникла вместе с письменностью, и способы тайного письма были известны уже древним цивилизациям Индии, Египта и Месопотамии. В древнеиндийских текстах среди 64-х искусств названы способы изменения текста, некоторые из них можно отнести к криптографическим. Автор таблички с рецептом для изготовления глазури для гончарных изделий из Месопотамии использовал редкие обозначения, пропускал буквы, а имена заменял на цифры, чтобы скрыть написанное. В дальнейшем встречаются различные упоминания об использовании криптографии, большая часть относится к использованию в военном деле.
Мы хотим рассказать о каждом из о 6 самых известных шифров древности.
Атбаш
Не считая древнеегипетских иероглифов, которые принято считать древнейшим способом криптографии (науки о методах обеспечения конфиденциальности и целостности данных), атбаш является одним из первых методов шифровки. Является простым шифром подстановки для алфавитного письма. Правило шифрования состоит в замене i-й буквы алфавита буквой с номером n-i+1, где n — число букв в алфавите. Можно сказать что он простой в использовании, но и такой же простой в дешифровке.
Линейка Энея
Оригинальный шифр замены, основанный на идее Энея. Является усовершенствованной формой диска, который, как мы видели вызывал мало доверия. Один из первых действительно криптографических инструментов, используемый в передаче сообщений, которые представляли особую важность и не должны были быть прочитаны посторонними людьми.
В криптографии линейка Энея представляла собой устройство, имеющее отверстия, количество которых равнялось количеству букв алфавита. Каждое отверстие обозначалось своей буквой; буквы по отверстиям располагались в произвольном порядке. К линейке была прикреплена катушка с намотанной на неё ниткой. Рядом с катушкой имелась прорезь.
При шифровании нить протягивается через начальную прорезь, а затем закручивается до отверстия, соответствующей первой букве шифруемого текста, при этом на нити завязывался узелок в месте прохождения её через отверстие; затем нить возвращалась в прорезь и аналогично зашифровывался весь текст. После окончания шифрования нить извлекалась и передавалась получателю сообщения.
Получатель имея идентичную линейку, протягивал нить через прорезь до отверстий, определяемых узлами, и восстанавливал исходный текст по буквам отверстий. Такой шифр является одним из примеров шифра замены: когда буквы заменяются на расстояния между узелками с учетом прохождения через прорезь.
Ключом шифра являлся порядок расположения букв по отверстиям в линейке. Посторонний, получивший нить (даже имея линейку, но без нанесенных на ней букв, которые могли быть и вразброс), не сможет прочитать передаваемое сообщение.
Без линейки и осведомлённости о расположении букв практически невозможно воссоздать исходное сообщение. К тому же, в случае захвата в плен, нить с сообщением легко уничтожается. В отличии от него, метод шифрования диском Энея предполагает передачу и шифртекст, и ключ к нему, что значительно упрощает расшифровку сообщения.
Поскольку во времена Энея тактики криптоанализа не существовала, техника шифровки линейкой Энея стала первым, не взламываемым криптографическим инструментом.
Стоит упомянуть, что похожие узелковые письма не предназначались для сокрытия информации, а служили в качестве письменности для древних народов.
Шифр Цезаря
Также известный как шифр сдвига, код Цезаря или сдвиг Цезаря — один из самых простых и наиболее широко известных методов шифрования.
Шифр Цезаря — это вид шифра подстановки, в котором каждый символ в открытом тексте заменяется символом, находящимся на некотором постоянном числе позиций левее или правее него в алфавите. Например, в шифре со сдвигом вправо на 3, А была бы заменена на Г, Б станет Д, и так далее.
Шифр назван в честь римского императора Гая Юлия Цезаря, использовавшего его для секретной переписки со своими генералами.
Как и все моноалфавитные шифры, шифр Цезаря легко взламывается и не имеет почти никакого применения на практике.
Скитала
Скитала также является одним из древнейших известных криптографических устройств Древней Спарты. Для перестановки используют прибор, который вы видите на слайде.
Шифруемый текст писался на пергаментной ленте по длине палочки, после того как длина палочки оказывалась исчерпанной, она поворачивалась и текст писался далее до конца бумаги. Дешифровка выполнялась с использованием палочки такого же диаметра.
Таким образом, длина блока n определялась длиной и диаметром палочки, а само шифрование заключалось в перестановке символов исходного текста в соответствии с длиной окружности палочки. Например, используя палочку, по длине окружности которой помещается 4 символа, а длина палочки позволяет записать 6 символов, исходный текст: «это шифр древней спарты» превратится в шифрограмму: «эфвптрнао ер дйтшр ыиес». Схематически это можно изобразить так:
Для расшифрования сообщения адресат использовал палочку, аналогичную по размерам палочки отправителя, на которую он наматывал пергамент.
Преимущество данного шифра в простоте и отсутствии ошибок. Однако, он может быть легко дешифрован. Способ дешифрования алгоритма, например, был предложен Эдгаром Алланом По в работе «A Few Words on Secret Writing». Суть метода в том, что не зная точного диаметра палочки, можно использовать конус, имеющий переменный диаметр и перемещать пергамент с сообщением по его длине до тех пор, пока текст не начнёт читаться — таким образом дешифруется ключ — диаметр скиталы.
Квадрат Полиби
Древнегреческий шифр 2 века до н. э.
В нём буквы алфавита записывались в квадрат 5 на 5 (при использовании греческого алфавита одна ячейка оставалась пустой), после чего с помощью оптического телеграфа передавались номер строки и столбца, соответствующие символу исходного текста (на каждую букву приходилось два сигнала: число факелов обозначало разряд буквы по горизонтали и вертикали). Cтолбцы и строки нумеровали цифрами от 1 до 5. В каждую клетку этого квадрата записывалась одна буква. (В греческом варианте одна клетка оставалась пустой, в латинском - в одну клетку помещали две буквы i и j.)
В результате каждой букве отвечала пара чисел и шифрованное сообщение превращалось в последовательность пар чисел. Попробуйте расшифровать шифр на слайде.
Тайнопись
Кроме примитивных шифров в истории использовался и другой подход — полная
замена одного алфавита (например, кириллицы) на другой (например, греческий).
Не имея ключа, сопоставляющего исходный и используемый алфавиты, прочитать
надпись было невозможно. Кроме этого, использовались специальные техники
записи символов алфавита таким образом, чтобы затруднить его чтение.
Примером такой техники являются «вязанные руны», когда руны записываются
таким образом, что отдельные их элементы (например, вертикальные черты)
совпадают. Подобные системы часто использовались жрецами Северо-Западной
Европы вплоть до позднего Средневековья.
Множество вариантов тайнописи использовалось и на Руси. Среди них и простые
моноалфавитные шифры (простая литорея, письмо в квадратах), замена
алфавита — тайнопись глаголицей, тайнопись греческой азбукой, а также особые
приёмы письма, например, монокондил. Наиболее ранние тексты с
использованием тайнописи относятся к XII веку.
Приведенные криптографические методы шифрования информации активно применялись в Древнем Мире и надолго определили характер криптографии. Хотя нам они кажутся достаточно примитивными, именно они заложили базис шифрования.