Европейская криптология. История спецсвязи
Шрифт:
Кроме того, Тритемий предлагал также использовать одноалфавитное шифрование с помощью квадрата Полибия и ключевого слова – пароля. Выбиралось какое-либо слово, из него убирались повторяемые буквы, а оставшиеся записывались в первые клетки квадрата. Пустые клетки заполнялись оставшимися буквами алфавита по порядку.
Рассмотрим эту систему шифрования, таблица которой будет иметь размер не 5х5, а 5х6. Буква шифрования берётся из клетки, находившейся под клеткой буквы сообщения.
Для вышеописанного шифра по данной таблице сообщение «УЖГОРОД» даёт шифровку «ЫСМДГДН». Такие табличные шифры были названы монограммами, потому что шифрование велось по одной букве.
Тритемий также первым заметил, что можно шифровать одновременно по две буквы, которые стояли рядом и были названы «биграммой». Такой шифр был назван «биграммным». Опишем его на примере той же таблицы. Открытый текст разбивался на биграммы, а текст шифровки выходил из него в соответствии с такими правилами:
1. Если обе буквы биграммы исходного текста принадлежали одному столбцу таблицы, то буквами шифра считались буквы, которые были под ними. Так, биграмма «БУ» давала текст шифровки «ЛЫ». Если буква открытого текста находилась в нижней строке, то для шифра бралась соответствующая буква из верхней строки: биграмма «ЯЩ» давала шифр «ВШ» (биграмма из одной буквы или пары одинаковых букв тоже подчинялась этому правилу).
2. Если обе буквы биграммы исходного текста принадлежали одной строке таблицы, то буквами шифра считались буквы, которые лежали справа от них. Так, биграмма «КА» давала текст шифровки «АБ». Если буква открытого текста была в правом столбце, то для шифра бралась соответствующая буква из левого столбца: биграмма «ВЕ» давала шифр «ШК».
3. Если обе буквы биграммы открытого текста лежали в разных строках и столбцах, то вместо них брались две буквы таким образом, чтобы вся их четверка составляла прямоугольник. При этом последовательность букв в шифре была отражением исходной пары. Например, «АЛ» шифровалось как «БЗ», а «ДУ» – как «БЦ».
При шифровании фразы «ОБЪЯВЛЕН СБОР» по биграммам получается шифровка «ФДИВФПДПУКВО»:
ОБ ЪЯ ВЛ ЕН СБ ОР
ФД ИВ ФП ДП УК ВО
Шифрование биграммами резко усилила стойкость шифров к раскрытию.
Несмотря на то, что «Полиграфия» была достаточно доступной печатной книгой, описанные в ней идеи получили признание лишь тремя веками позже. Скорее всего это было вызвано непопулярностью Тритемия среди профессиональных криптологов, который был не криптологом, а богословом, библиофилом и основателем архивного дела.
Следующий шаг в развитии предложенного Тритемием способа шифрования был сделан итальянцем Джованни Баттиста Беллазо (Giovan Battista Bellaso). В 1553 году он опубликовал брошюру «Шифр сеньора Джованни Баттиста Беллазо» (итал. La cifra del. Sig. Giovan Battista Bellaso), где предложил использовать для многоалфавитного шифра буквенный ключ, который был назван им «паролем» и должен был легко запоминаться. Пароль выписывался под или над строкой сообщения. Буква пароля, что находились над (под) буквой сообщения, определяла номер строки таблицы Тритемия, то есть алфавит замены, в соответствии с которым и осуществлялась шифрование. Буква сообщения определяла номер столбца таблицы, а буква шифротекста находилась на пересечении строки и столбца таблицы.
Приблизительно в то же время итальянский математик и философ Джероламо Кардано (Gerolamo Cardano) (1501-76) предложил использовать в качестве ключа сам текст сообщения, то есть «самоключ» или «автоключ» (англ. autokey). Например, во фразе «СБОР СЕГОДНЯ» ключом было слово «СБОР» (см. таблицу). Шифрование
Кроме того, в 1556 году увлечение теорией магических квадратов привело Кардано к открытию нового класса шифра перестановок, названного решёткой или трафаретом. Он представлял собой квадратную таблицу, в которой четверть ячеек прорезана так, что при четырёх поворотах они покрывали весь квадрат. Вписывание в прорезанные ячейки текста и повороты решётки длились до тех пор, пока весь квадрат не был заполнен. Например, на рисунке ниже показан процесс шифрования решёткой 4х4. Трафарет имел 4 прорезанные клетки, а повороты осуществлялись по часовой стрелке на указанный ниже угол (см. таблицу).
В результате считывания по строкам сообщения «ВСТРЕТИТЬ В ДЕСЯТЬ» превращается в шифротекст: ЕСВЬЯТВСДТТИРЕТЬ.
Главное требование к трафарету – при всех поворотах «окна» не должны попадать на одно и то же место в квадрате, в котором образуется шифротекст. Если в квадрате после снятия трафарета образовывались пустые места, то в них вписывались любые буквы.
Количество подобных решёток быстро растет с их размером. Так, решётка 2х2 единственная, решёток 4х4 уже 256, а решёток 6х6 свыше 100 тысяч. Несмотря на определенную сложность, шифры типа решёток достаточно просто раскрывались, поэтому не могли использоваться в качестве самостоятельного шифра. Тем не менее они были очень удобными и ещё долго использовались в практике для усиления шифров замены.
Воскрешение смешанных алфавитов, применявшихся Альберти, и объединение идей Альберти с идеями Тритемия и Беллазо в современную концепцию многоалфавитной замены выпало на долю итальянца Джованни Баттиста Делла Порта (Giovanni Battista Della Porta) (1535-1615). Ему было 28 лет, когда он в 1563 году опубликовал книгу «О скрытой значимости отдельных букв» (лат. De Furtivis Literarum Notis). Её первые два раздела были посвящены криптографии, а в двух других излагались основы криптоанализа и рассматривались лингвистические особенности, которые помогали раскрытию шифров.
Книга Порты содержала первое в Европе описание того, как стоит раскрывать шифр простой замены, когда шифротекст не был разделён на слова или был разделён неправильно. Порта также описал то, что считалось вторым по значимости приёмом в современном криптоанализе:
«…Когда тема переписки известна, исследователь может сделать проницательные предположения относительно слов, которые обычно употребляются в таком контексте. Эти слова можно без большого труда обнаружить, подмечая в текстах количество знаков, а также сходство и различие букв… Каждой теме характерны некоторые общие слова, которые сопутствуют ей, будучи необходимы. Например, в любви – это страсть, сердце, огонь, пламя, сгорать, жизнь, смерть, жалость, жестокость; на войне – это солдат, командир, генерал, лагерь, оружие, бороться и т.д. Таким образом, этот прием вскрытия, который не основан на анализе самих документов или на попытке разбить текст на гласные или согласные, может облегчить задачу».
В своей книге Порта также дал один мудрый совет, который и сегодня полезен криптоаналитику в той же степени, в какой он был уместен в Италии эпохи Возрождения:
«Необходимы самая полная сосредоточенность и усердие, чтобы свободная от посторонних мыслей голова, когда все остальное отложено в сторону, была всецело занята единственной задачей доведения начатого дела до успешного завершения.
И все-таки, когда такая задача требует чрезмерного напряжения и необычных затрат времени, напряжение не должно быть непрерывным, не следует изнурять мозг сверх меры, ибо слишком большие усилия и продолжительная умственная нагрузка приводят к нервному истощению, после которого голова уже менее пригодна для подобных вещей и из нее уже не выжмешь ничего…»