Книга шифров. Тайная история шифров и их расшифровки

Сингх Саймон

Взламывание сложного шифра напоминает восхождение по обрывистой отвесной скале. Криптоаналитик стремится отыскать любую трещинку или выступ, которые могли бы дать хоть сколь-нибудь мельчайшую зацепку. В одноалфавитном шифре криптоаналитик будет отталкиваться от частотности появления букв, потому что чаще всего встречающиеся буквы, как, например, е, t и а, будут просто бросаться в глаза, независимо от того, как они были замаскированы. В многоалфавитном же шифре Виженера буквы появляются более равномерно, поскольку для перехода от одного шифралфавита к другому применяется ключевое слово. Поэтому на первый взгляд поверхность скалы кажется совершенно ровной.

Вспомните, что исключительная стойкость шифра Виженера обеспечивается тем, что одна и та же буква будет зашифрована различными способами. Например, если ключевым будет слово KING, тогда каждая буква в открытом тексте может быть зашифрована четырьмя различными способами, потому что в ключевом слове содержится четыре буквы. Как показано в таблице 7, каждая буква ключевого слова задает различные шифралфавиты в квадрате Виженера. Здесь в квадрате выделен столбец е, чтобы показать, почему зашифровывание, в зависимости от того, какой буквой ключевого слова задается шифрование, происходит различным образом:

Если для зашифровывания буквы е используется К из слова KING, то в шифртексте будет стоять буква О.

Если для зашифровывания буквы е используется I из слова KING, то в шифртексте будет стоять буква М.

Если для зашифровывания буквы е используется N из слова KING, то в шифртексте будет стоять буква R.

Если для зашифровывания буквы е используется G из слова KING, то в шифртексте будет стоять буква К.

Точно так же различными способами будут зашифрованы и цельте слова: слово the, например, в зависимости от его положения относительно ключевого слова, может быть зашифровано как DPR, BUK, CNO или ZRM. Хотя это и усложняет проведение криптоанализа, но он все же возможен. Следует отметить следующий важный, момент: если существует всего лишь четыре способа зашифровывания слова the, и если в исходном тексте это слово появляется несколько раз, то некоторые из этих четырех возможных зашифрованных слов почти наверняка встретятся в шифртексте. Это показано в следующем примере, где строка The Sun and the Man in the Moon была зашифрована с помощью шифра Виженера и ключевого слова KING.

Слово the зашифровывается как DPR в первом случае и как BUK во втором и третьем случаях. Причина повторного появления BUK заключается в том, что второе the отстоит от третьего the на восемь букв, а восемь кратно длине ключевого слова, которое состоит из четырех букв. Другими словами, второе the было зашифровано в соответствии с тем, как оно располагается относительно ключевого слова (the находится прямо под ING), и к тому моменту, как мы дойдем до третьего the, ключевое слово повторится точно два раза.

_{Таблица 7 Квадрат Виженера, применяемый совместно с ключевым словом KING. Ключевое слово задает четыре различных шифралфавита, так что буква е может быть зашифрована как О, М, R или К.}

Бэббидж понял, что такой характер повторения дает ему точку опоры, которая необходима, чтобы раскрыть шифр Виженера. Он сумел определить ряд сравнительно простых действий, следуя которым любой криптоаналитик сможет взломать до того момента нераскрываемый шифр. Чтобы продемонстрировать его блистательный метод, представим себе, что у нас есть перехваченный шифртекст, представленный на рисунке 13. Мы знаем, что он был зашифрован с помощью шифра Виженера, но нам ничего не известно об исходном сообщении, и ключевое слово представляет для нас загадку.

Первый этап криптоанализа Бэббиджа заключался в том, чтобы отыскать последовательности букв, которые появляются в шифртексте более одного раза. Существуют две причины, почему могут возникнуть такие повторения. Первая, и наиболее вероятная, состоит в том, что одна и та же последовательность букв в открытом тексте была зашифрована с помощью одной и той же части ключа. Но есть также определенная, хотя и незначительная, вероятность того, что две разных последовательности букв в открытом тексте, зашифрованных различными частями ключа, случайно образуют идентичные последовательности в шифртексте.

Рис. 13 Шифртекст, созданный с помощью шифра Виженера.

Если мы ограничимся только длинными последовательностями, например, как в данном случае, когда будем рассматривать повторяющиеся последовательности, только если они состоят из четырех или более букв, то вторая причина станет практически нереализуемой и ее можно будет в расчет не принимать. В таблице 8 приведены эти повторяющиеся последовательности, а также указаны интервалы между повторениями этих последовательностей. К примеру, последовательность Е-F-I-Q появляется в первой строке шифртекста, а затем в пятой строке; интервал составляет 95 букв.

Ключевое слово, помимо того что оно служит для преобразования открытого текста в зашифрованный, используется также получателем, чтобы расшифровать зашифрованный текст. Поэтому, если бы мы смогли определить ключевое слово, то дешифровать текст было бы очень просто. На этом этапе у нас нет пока достаточно информации, чтобы подобрать ключевое слово, но таблица 8 дает несколько очень ценных подсказок о его длине. Здесь перечислены, какие последовательности повторяются и интервал между этими повторениями, а остальная часть таблицы посвящена определению множителей интервала между повторениями — чисел, на которые можно разделить нацело интервал между повторениями.

Например, последовательность W-C–X-Y-M повторяется через 20 букв, так что множителями будут числа 1, 2, 4, 5, 10 и 20, поскольку на них 20 делится без остатка. Эти множители означают наличие шести возможностей:

(1) Длина ключа составляется 1 букву, и он повторяется 20 раз.

(2) Длина ключа составляется 2 буквы, и он повторяется 10 раз.

(3) Длина ключа составляется 4 буквы, и он повторяется 5 раз.

(4) Длина ключа составляется 5 букв, и он повторяется 4 раза.