ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ> Биография | Автореферат | Библиотека| Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание

Новикова Ю.С.


«История и примеры использования криптографии».

Нашей группе АУП-07м в этом году был прочитан курс «Информационные системы в горно-металлургическом комплексе и защита компьютерных систем» преподавателями Меркуловой Е.В. и Трибратом А.А.. Предмет оказался очень интересным. Особенно мне понравилась лекция, посвященная безопасности информационных систем, где нам рассказывали о различных видах защиты информации. Поэтому я решила немного расширить свой кругозор, ознакомившись с историей криптографии. В результате чего было сделано это индивидуальное задание.

                Способ письма, имеющий целью уберечь некоторые сообщения от посторонних глаз, сделать написанное понятным только для посвященных или рассчитанный на разгадывание, называется криптографией или тайнописью. А надпись, выполненная одним из способов криптографии, называется криптограммой. Криптография занимается составлением, разработкой, изобретением и маскировкой кодов и шифров. Криптоанализ есть процесс обратный - расшифровка кодов и шифров, перевод чужих текстов на свой язык.

                При шифровании должны выполняться следующие условия. Во-первых, различным буквам должны соответствовать разные знаки. Далее, шифр должен быть трудноразгадываемым. Секретность шифра должна сочетаться со сравнительной несложностью операций кодирования и раскодирования, иначе на них уйдет столько времени, что переданная информация устареет.

                В области игр и развлечений название «криптограмма» закрепилось за одним типом задачи, основанной на шифровке текста с помощью чисел, когда каждой букве письма соответствует определенная цифра. Чтобы расшифровать такую криптограмму, нужно сначала найти ключевые слова, значения которых приводятся, затем каждое найденное слово вписать в соответствующем порядке под цифрами данного ряда, далее отыскать такие же цифры на рисунке криптограммы и заменить их теми же буквами, которые были в ключевых словах. И только тогда можно прочесть, что скрыто цифрами в фигуре криптограммы. Для облегчения отгадывания, криптограмму составляют таким образом, чтобы в самом тексте и в фигуре рисунка оказывались некоторые одинаковые цифры: клеточную фигуру делают симметричной формы, без переноса слов. В качестве вспомогательных терминов берутся имена существительные, чаще сложные, они не должны повторяться в тексте.

                Одна из самых нашумевших криптограмм придумана английским писателем и художником Китом Уильямсом. Её идея пришла к создателю, когда книжное издательство «Джон Кейп» попросило его написать сказку для детей. Детскую сказочку «Маскарад» Уильямс превратил в запутаннейшую загадку для взрослых. В пятнадцати рисунках-криптограммах, над которыми он работал три года, писатель зашифровал план местонахождения главного героя книги - влюбленного зайца Джека. В августе 1979 года, за несколько дней до выхода сказки в свет, по просьбе её автора была изготовлена из золота высшей пробы 20-сантиметровая фигурка зайца с украшениями из шести бриллиантов и помещена в керамический сосуд, залитый воском. Уильямс в присутствии одного свидетеля закопал эту вещь стоимостью в 10 тысяч долларов в землю где-то в Англии.

                Затем писатель и издательство бросили вызов читателям. Нужно было в тексте «Маскарада» найти ключевые слова фразы, которые указывали на точное местонахождение сокровища. Англичане охотно приняли этот вызов. Эффект от выдумки писателя оказался сногсшибательным. В течение двух с половиной лет тысячи англичан пытались разгадать тайну сказки-головоломки, которая разошлась полуторамиллионным тиражом, была переведена на девять языков, включая японский и иврит. Каждый день Уильямс получал в среднем около 200 писем, в которых его умоляли подсказать ключ к криптограмме. Сотни людей со всего света лихорадочно перекапывали поля туманного Альбиона, бродили по садам и поместьям, лазали по пещерам.

                Американская авиационная компания организовала специальный рейс для желающих отыскать золотого зайца - самолет был забит до отказа. Но обнаружить зайца так и не удалось. Читатели - а многим эти поиски драгоценности стоили потери работы и полного разорения - шли по ложному пути.

                «Маскарадную» эпопею наконец-то завершил 48-летний дизайнер Кен Томас. Он выкопал сокровище в центре заброшенного парка возле деревушки Амптхилл в 64 километрах к северу от Лондона. Ключевой в книге оказалась таинственная подпись к одной иллюстрации: «Первая из шести восьмого». Томас догадался, что речь идет о Екатерине Арагонской, первой из шести жен английского короля Генриха VIII.

                Пятнадцать месяцев Кен Томас безуспешно искал клад возле Кимболтонского замка в графстве Кембриджшир, где Екатерина была похоронена в 1536 году. Затем, порывшись в справочниках, он узнал, что возле деревни Амптхилл стоит памятник Екатерине Арагонской - десятиметровая стрела, увенчанная мраморным крестом. В 2 часа 45 минут пополудни (это время упоминается совсем в другой части «Маскрада») солнечная тень от креста падает точно на то место, где был закопан клад...

                Тайна Кита Уильямса разгадана. Но он не унывает. Доходы от распродажи книги значительно превысили стоимость золотого «влюбленного Джека» и сделали автора «Маскарада» одним из самых популярных людей Англии.

История криптографии насчитывает много веков. Еще в легендах Библии упоминается о пророке Иеремии, который, желая скрыть название города Вавилона, смешал буквы алфавита. Благодаря трудам историков Геродота и Плутарха, известно, что шифры употреблялись в античные времена в Древней Греции и Риме, на Востоке.

                Криптограмма Цезаря - сегодня одна из простейших в науке тайнописи - криптографии. В ней даже существует специальный термин «шифр Цезаря», применяемый к тайнописи, в которой буквы заменены знаками секретного алфавита. Разгадать его не составляет особого труда, если текст достаточно обширен. В этом случае частота знаков шифров подсчитывается и сопоставляется с давно подсчитанной частотой букв в различных вероятных языках. В VII веке до нашей эры в Греции появилась секретная депеша, которую назвали скиталой. Для того, чтобы сделать написанное понятным только тому, кому оно предназначено, оба «корреспондента» получали по палочке одинакового сечения. Затем один из них наматывал по восходящей вокруг этой палки кожаную полоску так, чтобы края спирали тесно примыкали друг к другу. По намотанной полоске писалось сообщение вдоль продольной оси палочки. Если развернуть ленточку, то по обрывкам слов и букв никто не сможет разобрать, что здесь написано. Но стоит восстановить положение ремешка на второй палочке, и смысл написанного становится ясен. Позднее греки способ «шифрования» усовершенствовали. Для этой цели применялись уже два небольших одинаковых деревянных диска с отверстиями по краям по числу букв алфавита. Два отверстия в центре своим расположением указывали на начало отсчета букв. Посылающий депешу протягивал нитку через отверстия, соответствующие буквам послания (причем, если буква повторялась, то нитка пропускалась через центральное отверстие и снова возвращалась в прежнее отверстие на краю). Затем кольцо с буквами снималось, и оставался лишь диск с нитяными переплетениями. Таким его и получал второй «корреспондент». Он накладывал диск на имеющийся у него, совмещая отверстия в центре, и определял таким образом значения отверстий по краям. Оставалось только вытаскивать нитку из отверстий и записывать (в обратном порядке) буквы послания.

                В ХVI-ХVII веках военно-политическая разведка начала широко использовать тайнопись как средство передачи секретных сообщений. Редко практиковавшаяся до того времени тайнопись приобрела характер науки. Английские монархистские заговорщики поражались быстроте, с которой вождь английской революции Оливер Кромвель проникал в их замыслы. Они думали, что использованные ими шифры невозможно разгадать и считали, что ключи к ним выдал кто-то из участников заговора. Впоследствии выяснилось, что все эти шифры разгадывал один из лучших математиков того времени, профессор Оксфордского университета Валлис. Шифры ХVI века были иногда достаточно сложными, и их разгадывание превращалось в головоломку даже для специалистов в последующие столетия. Так, код, использовавшийся венецианским послом в Англии Микелем в годы правления Марии Тюдор, был расшифрован лишь через три с лишним века, в 1868 году.

                В русских рукописях криптограммы встречаются с ХII-ХIII веков. В ХVI веке тайнопись распространилась на дипломатическую переписку и в ХVII веке стала в ней широко применяться.

                Вплоть до первой мировой войны наука о тайнописи оставалась скорее любительским занятием. Однако телеграф, и особенно радио, постепенно меняли взгляды на шифры. Радиоразведка позволила перехватывать сообщения противника немедленно. Связь между правительствами и их представителями за границей, между штабами и воинскими соединениями пришлось кодировать. Вот тогда на сцену вышли первые самоучки-дешифровальщики и уже умудренные опытом контрразведчики. Первые пытались раскрыть секреты чужого шифра путем анализа, спокойно сидя в своих кабинетах. Вторые старались подобраться к дипломатическим сейфам или портфелям. Началась безмолвная схватка за ключи к политическим и военным тайнам.

                Во время второй мировой войны США иногда прибегали к довольно необычным ходам. Они использовали языки американских индейцев, главным образом племени навахо, не имеющих письменности. Два индейца могли свободно разговаривать по телефону, и никто, кроме такого же индейца навахо, не мог понять о чем между ними идет речь.

Одна известная фамилия из мира занимательной математики - М. Гарднер - фигурирует в списках криптографов отдела службы безопасности армии США в годы второй мировой войны. Именно ему приписывают решающий прорыв в расшифровке донесений советской разведки в сороковые годы. Впрочем, долго американская игра продолжаться не могла. Уже в сорок восьмом году советской разведке удалось завербовать американского шифровальщика У. Уэйсбанда, который раскрыл некоторые детали операции Гарднера. А в сорок девятом многие вопросы окончательно снял наш крупнейший разведчик Ким Филби, как раз переведенный на работу в США его английскими начальниками. Позже сам Гарднер вспоминал, что Филби, попыхивая трубкой, стоял за его спиной во время работы, выражая свое неподдельное восхищение.

                Некоторые из основных общеизвестных способов тайнописи:


1.Применение чужих, малоизвестных алфавитов. В старинных рукописях кириллические буквы нередко заменялись глаголическими, греческими, латинскими. К этому же принципу следует отнести и специально изобретенные алфавиты.
2.Написание слов в обратном порядке- от конца к началу.
3. Очень часто направление письма изменяется с каждой строкой: первая пишется справа налево, вторая – слева направо, третья – справа налево и т.д. Такая система записи называется «бустрофедон» - в переводе с греческого – «повороты быка при пахоте». Этим способом письма пользовались в критском, хеттском, южноаравийском, этрусском и греческом языках.
4.Запись текста в виде некоторой фигуры, например спирали.
5.Размещение букв шифрованной надписи в определенном условном порядке между другими буквами, образующие надписи иного содержания. Простейшая разновидность – акростих.
6.Нарочитое изменение знаков: приписывание дополнительных черточек или встречающихся в русских рукописях т.н. полусловица, или иначе – недописывание букв. К полусловице криминалисты часто причисляют стертые и вылинявшие от времени тексты.
7.Липограмма – способ письма с опущением гласных букв. Записанная в этой манере пословица «Дальше в лес, больше дров» будет выглядеть так: «Длш в лс, блш дрв»
8.Замена одних букв другими по их месту в алфавите. Среди них наиболее известна тарабарская грамота, или литорея. Тарабарская грамота – вид тайнописи, употреблявшийся в Древней Руси. При этом способе шифровки согласные буквы располагались в два ряда, например:
б в г д ж з к л м н
п р с т ф х ц ч ш щ

                При письме вместо верхних согласных употреблялись нижние, и наоборот. Гласные же и полугласные («ь» и «ъ») оставались без замены. «Тарабарская грамота» относится к шифрам, в которых каждая буква может заменяться определенным знаком (буквой, цифрой) или изображением. Но чаще других, что позднее и закрепилось, замена одних букв русского алфавита другими по литорее идет по следующей таблице:
б в г д ж з к л м н
щ ш ч ц х ф т с р п

                Существует способ замены буквы буквой, непосредственно ей предшествующей или непосредственно за ней следующей, или же буквой, которая стоит за ней на пятом, на восьмом, вообще на некотором установленном месте. При этом буквы алфавита располагаются циклически, т.е. за последней буквой идет первая.
9.Употребление специальных шаблонов по примеру греческих скитал. Предположим, шаблон представляет собой квадрат с отверстиями. Если его приложить к какому-нибудь печатному произведению, находящемуся в распоряжении как отправителя, так и получателя, то через открытые места в шаблоне можно прочесть зашифрованное письмо.
10.Замена букв условными знаками или цифрами, или группами букв, имеющих в сумме то же цифровое значение, что и заменяемая буква. В старинных русских рукописях для этого использовалось цифровое значение кириллических букв.

                Римляне и греки заменяли буквы алфавита цифрами, условными знаками либо соответственно переставляли буквы. Усложнением такой криптограммы являлось введение нескольких разных знаков для обозначения одной и той же часто повторяющейся буквы, а так же «немые» знаки, ничего не обозначающие и только усложняющие понимание зашифрованного сообщения. Ещё один вариант этого способа – применение вместо ключевых слов – смысловых ключей, где отсутствуют буквы, а имеются изображения предметов.

                Зашифровка текста может вестись также дробями, где числитель и знаменатель имеют определенные значения и показывают, из какого занумерованного слова какая по порядку расположения в данном слове буква должна занять место в этой дроби. Одним словом, способ использования специальных ключей и кодов – наиболее распространенный и трудный. Для прочтения текстов с их помощью нужны незаурядные комбинационные способности.

Материал был взят из книги Никитина Ю.З., Никитиной Е.Ю. "Загадки Сфинкса". - Д.: Сталкер, 1998.- 448с.


ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ> Биография | Автореферат | Библиотека| Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание