Книга шифров
Наука шифрования: от Древнего Египта до квантовой криптографии.
«Книга Шифров» (1999-ый год) повествует о продолжительной и захватывающей истории шифрования, как способа передачи секретных сообщений – от шпионов времён Древней Греции до современной эпохи математической криптографии. Из этого обзора вы узнаете о непрекращающейся борьбе шифровальщиков и дешифровальщиков и об интригах, военных тайнах и хитростях в истории развития шифрования.
Наш обзор не заменит вам прочтение книги «Книга Шифров» в полном объёме. Однако, мы готовы разжечь ваше любопытство и побудить к её самостоятельному изучению. Начнём?
Для кого эта книга?
Что может быть интереснее, чем расшифровать чьё-то тайное сообщение? – Этим занимаются школьники, пересылающие друг другу записки-секретики, влюбленные, изобретающие собственный язык общения, политические заговорщики, правители стран, военные, преступники, борцы за правду и просто обычные люди, которые хотят сохранить что-то в тайне. А еще существуют надписи на археологических находках, расшифровав которые можно воссоздать древние языки и понять что-то о людях прошлого. Итак, шифры сопровождали человечество на протяжении всей его истории, вместе с развитием шифровальных систем развивались и навыки дешифровщиков, этим занимались лучшие ученые – от лингвистов и математиков до физиков и логиков. Существует ли шифр, который невозможно взломать? Как развитие систем шифрования меняло историю человечества? Что такое криптография и как на ее развитие повлияло появление квантовых компьютеров? – Обо всём этом и рассказывает «Книга шифров» Саймона Сингха – бестселлер, сочетающий в себе как научные сведения об основных системах шифрования, так и потрясающие своей увлекательностью рассказы о событиях мировой истории, в которых центральную роль сыграли тайные сообщения.
Эволюция засекреченной связи
Наверняка многие из нас в детстве придумывали собственные «секретные коды», чтобы обмениваться с друзьями тайными сообщениями. Согласитесь, в передаче информации секретным способом есть что-то глубоко притягательное – неудивительно, что люди занимались этим с самого начала своей истории.
К криптографии прибегают не только те, кто уже находится у власти, но и те, кто к ней стремится. Из истории мы знаем, что шифрование использовали в заговорах и при подготовке восстаний и революций. Зачастую от силы шифра зависел сам ход дальнейшей истории человечества: какой из двух воюющих наций достанется победа в войне; кому жить, а кому умереть; кто станет королём, а кому сидеть в темнице до конца жизни.
В данном обзоре мы познакомим вас с некоторыми из этих драматических событий – вплоть до 20-го века, когда дешифровщики смогли изменить ход Второй мировой войны. Мы расскажем о том, насколько сложной стала криптография в наше время и как современные информационные технологии влияют на технологии шифрования и дешифрования.
Также из этого обзора вы узнаете:
- как вы можете шифровать частные письма так, чтобы сохранить свои тайны от коллег или от чрезмерно любопытных братьев или сестёр;
- как Мария Стюарт лишилась жизни из-за недостаточной надёжности применяемого ею шифра;
- и почему правительство пойдёт на всё, чтобы не позволить вам пользоваться современными методами шифрования.
Тайные коды возникли на заре истории человечества и стали стремительно развиваться
Секретные коды могут показаться современным явлением, но на самом деле самая ранняя из известных нам форм криптографии как способа утаить смысл сообщения восходит к пятому веку до нашей эры! В те времена Греция, находясь под постоянной угрозой завоевания Персией, осознала важность секретной связи. В результате появилась криптография, основанная на двух приёмах шифрования: перестановке (transposition) и подстановке (substitution).
Метод перестановки заключается в том, что буквы в словах или предложениях меняются местами, в результате чего возникает шифр – тайный способ письма. В качестве примера можно привести «шифр изгороди» – распространённый метод подстановки, когда исходный текст размещается на двух линиях как зигзагообразный шаблон, зашифрованный текст при этом составляется при чтении шаблона строка за строкой.
Второй метод подстановки – это такая система шифрования, когда одна буква означает другую. Например, Эй – это Ви, Би – это Экс, и так далее до конца алфавита. В результате у нас возникает не обычный, а зашифрованный алфавит. Такой шифр называется моноалфавитным.
Например, одна из простейших форм подстановки называется «шифр Цезаря» – потому что, как несложно догадаться, им пользовался сам Гай Юлий Це́зарь. Этот шифр работает так: берётся обычный алфавит, но все буквы в нём сдвигаются на заранее условленное число символов. Например, если вы договорились сдвинуть все буквы на три, то А – это Ди, Би – это И, Си – это Эф и так далее.
Однако этот шифр скрывал тайну переписки Цезаря от его врагов недолго – и вскоре пришлось придумать более сложный моноалфавитный шифр, основанный на некоем ключевом слове. Этот метод шифрования похож на шифр Цезаря, но отличается от него тем, что первые буквы алфавита подменяются на некое ключевое слово или фразу, после чего используются обычные оставшиеся буквы алфавита, но уже без тех букв, из которых состоит ключевое слово.
Например, если в качестве ключа выбрано слово выбрано слово «Цезарь» (по-английски это слово образовано буквами Си, Эй, И, Эс, Эй и Ар), то начало алфавита будет выглядеть так: CAESARBDFGHIJK.
Смерть Марии Стюарт как стимул для развития криптографии
Итак, шифры возникли давным-давно, но буквально одновременно с ними появились и дешифровщики – крипто-аналитики, взламывающие секретные коды. Из них самыми искусными считались арабские дешифровщики: в 750-м году нашей эры им удалось изобрести крайне эффективный приём дешифровки – частотный анализ, применяемый для взлома моноалфавитных шифров.
В каждом письменном языке есть слова и буквы, используемые чаще других. Благодаря частотному анализу в секретном сообщении, созданном при помощи моноалфавитного шифра, эти слова и буквы можно буквально «вычислить»: знание о том, какие буквы являются самыми распространёнными в языке, здорово облегчает труд дешифровщика.
Например, в английском языке при письме чаще других используются буквы И, Ти, Эй, Oу, Эн, Эс и Ар. Представим, что у вас на руках чьё-то тайное послание, начинающееся так: «piuub gkulvwpev!». Зная, какие буквы являются самыми распространёнными, крипто-аналитик заменяет ими те, что чаще других встречаются в зашифрованном сообщении. В результате мы теперь имеем фразу: «pERRb gkRlSTpAS». После такой замены нетрудно дешифровать оставшуюся часть. В результате получаем «Merry Christmas!»
По мере развития способов дешифрования методы криптографии становились всё сложнее. Но в период между вторым и 15-м веками шифры если и изменились, то ненамного. Пожалуй, стоит все же упомянуть о таком нововведении как коды. Код – это прием криптографии, заключающийся в замене целых слов или даже фраз другими символами. В качестве примера можно привести «номенклатуру» – алфавит, зашифрованный при помощи кодов. К сожалению, и эта крипто-стратегия оказалась уязвимой. После того, как обезглавили одну королевскую особу, шифровальщики поняли, что им нужно усилить свои секретные алгоритмы.