История развития криптографии

        С именем Энея Тактика, полководца IV века до н. э., связывают несколько техник шифрования и тайнописи. Диск Энея представлял собой диск диаметром 10—15 см с отверстиями по числу букв алфавита. Для записи сообщения нитка протягивалась через отверстия в диске, соответствующим буквам сообщения. При чтении получатель вытягивал нитку, и получал буквы, правда, в обратном порядке. Хотя недоброжелатель мог прочитать сообщение, если перехватит диск, Эней предусмотрел способ быстрого уничтожения сообщения — для этого было достаточно выдернуть нить, закреплённую на катушке в центре диска.

      Во II веке до н.э. в Древней Греции был изобретён Квадрат Полибия. 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)

      Некоторые исследователи полагают, что это  можно рассматривать как первую систему, уменьшавшую (сжимавшую) исходный алфавит, и, в некотором смысле, как  прообраз современной системы двоичной передачи данных.

      Юлий Цезарь в книге «Записки  о галльской войне» описывает шифр, в котором буквы заменяются в соответствии с подстановкой, в которой каждая буква сдвинута на три позиции вправо.

    

    Рис. 2 Шифр Цезаря.

    Потребителями криптографии в этот период являются структуры административной и религиозной  власти. Плутарх сообщает, что жрецы  хранили тексты прорицателей  в  зашифрованном виде.

    Э.Шюре в книге «Великие посвященные» сообщает, что «с великим трудом и большой ценой добыл Платон один из манускриптов Пифагора, который никогда не записывал свое эзотерическое учение иначе, как тайными знаками и под различными символами». Там же отмечается, что Аристотель получил от Платона шифрованный текст Пифагора. Платону принадлежит метод доказательства «от противного», а Аристотель заложил основы теории логического вывода и теории доказательств. Аристотелю приписывается метод дешифрования шифра сцитала.

Криптография  арабского мира.

      С VIII века н.э. развитие криптографии происходит в основном в арабских странах. Считается, что арабский филолог Халиль аль-Фарахиди первым обратил внимание на возможность использования стандартных фраз открытого текста для дешифрования. Он предположил, что первыми словами в письме на греческом языке византийскому императору будут «Во имя Аллаха», что позволило ему прочитать оставшуюся часть сообщения. Позже он написал книгу с описанием данного метода — «Китаб аль-Муамма» («Книга тайного языка»).

      В 855 году выходит «Книга о большом стремлении человека разгадать загадки древней письменности» арабского учёного Абу Бакр Ахмед ибн Али Ибн Вахшия ан-Набати, одна из первых книг о криптографии с описаниями нескольких шифров, в том числе с применением нескольких алфавитов. Также к IX веку относится первое известное упоминание о частотном криптоанализе — в книге Ал-Кинди «Манускрипт о дешифровке криптографических сообщений».

^{рис. Первая страница манускрипта  Ал-Кинди.}

        В книге X века «Адаб аль - Куттаб» («Руководство для секретарей») ас-Сули есть инструкции по шифрованию записей о налогах, что подтверждает распространение криптографии в обычной, гражданской жизни.

      В 1412 году выходит 14-томная энциклопедия Шихаба ал-Калкашанди «Субх ал-Ааша», один из разделов которой «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений» содержал описание семи шифров замены и перестановки, частотного метода криптоанализа, а также таблицы частотности букв в арабском языке на основе текста Корана.

      В словарь криптологии арабы внесли такие понятия как алгоритм и шифр.

Криптография  в эпоху Возрождения (XIV-ХVI вв.)

      В эпоху Возрождения в итальянских  городах-государствах стали расцветать науки и ремесла. Шифры применяются  не только государственной или церковной  властью, но и учеными для защиты приоритета научных открытий (Галилей).

           В XVI веке в европейских  государствах появились первые специальные  органы дипломатической службы. Появление  этих государственных органов - спецслужб  активно стимулировало развитие криптографии в этих государствах. В это время появилась книга о системах тайнописи, написанная сотрудником тайной канцелярии Папы Римского Чикко Симонетти. В этой книге приводятся шифры замены, в которых гласным буквам соответствует несколько значковых выражений. Такие шифры позже стали называться шифрами многозначной замены или омофонами.

     

     Рис. Закодированное письмо Эрнана Кортеса с использованием комбинированного шифра с подстановкой омофонов и методаnomenclator.

       Они получили развитие в XV в. Так, в книге "Трактат о шифрах" Габриеля де Лавинды — секретаря папы Климентия XII — приводится описание шифра пропорциональной замены, в котором каждой букве ставится в соответствие несколько эквивалентов, число которых пропорционально частоте встречаемости буквы в открытом тексте. В 1469 г. был предложен подобный же шифр, получивший название "миланский ключ".

     Архитекторы и исследователи Италии эпохи  Возрождения считают, что один из самых важных этапов ренессансной архитектуры  связан с именем знаменитого архитектора  и философа Леона Батиста Альберти. В 1466 году Леон Альберти представил работу "Трактат о шифре" в папскую канцелярию. В трактате рассматривались различные способы шифрования, в том числе маскировка открытого текста в некотором вспомогательном тексте. Работа завершается собственным шифром, который он назвал "шифр, достойный королей".

       Это был многоалфавитный шифр, реализованный в виде шифровального диска, сделавший шифровку очень устойчивой к вскрытию. Суть заключается в том, что в данном шифре используется несколько замен в соответствии с ключом. Позднее Альберти изобрел код с перешифровкой.  

 

Рис. 2. Диск Альберти

       Вторым  отцом современной криптологии, по мнению многих историков, считается  Иоганн Трисемус, аббат из Германии. В 1508 году он написал "Полиграфию", первую печатную работу по криптологии, в которой систематически описал применение шифрующих таблиц, заполненных  алфавитом в случайном порядке. Такие табличные шифры называются монограммными, так как шифрование ведется по одной букве. Трисемус первым заметил, что можно шифровать по две буквы за раз. Такие шифры были названы биграммными. Наиболее известный шифр биграммами называется Playfair. Шифрование биграммами резко усилило стойкость шифров к вскрытию. 

      Отметим, что великий ученый и художник эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1452--1519) владел криптографией и пользовался  ею, в частности, в своих рукописях.

Криптография  в XVII-XVIII веках.

    17 век называют эрой «черных  кабинетов», поскольку в этот  период создаются дешифровальные  службы. Так, в Англии Оливер  Кромвель создает «Интеллиженс  сервис» - разведывательную службу, в которой появиться дешифровальное отделение. В середине 17 века к дешифровальной работе привлекается известный математик Джон Валлис (1616-1703). Он является автором фундаментального труда «Арифметика бесконечного» (1655). Хорошо известна «формула Валлиса», дающая представление числа «пи»  в виде бесконечного произведения. Во Франции при Людовике XIV по предложению кадинала Ришелье создается дешифровальное отделение, которое возглавил Антуан Россиньоль. Россиньолю принадлежит доктрина: стойкость военного шифра должна быть такой, чтобы обеспечить секретность донесения в течение срока, необходимого для выполнения приказа. Сам Ришелье оставил след в криптографии благодаря известному «шифру Ришелье», который представляет собой шифр перестановки, при котором открытый текст разбивается на отрезки, а внутри каждого отрезка буквы переставляются в соответствии с фиксированной перестановкой.

Ключ: (2741635) (15243) (671852493) (07) (28615)(943)(2741635) 
Открытый текст: LETTER SENT TO THE EMPEROR GIVING FULL DETAIL 
Шифртекст: TLRTSEE ETOTN EPOEMTHER N1 LUGIG VFR TLIE SAD

    В Германии в это время также  создается дешифровальное отделение, которое возглавляет граф Гронсфельд.

    Что касается шифров, то в этот период применяются, в основном, коды различной степени  сложности.  Из других шифров следует  упомянуть «массонский шифр», представляющий собой оригинальный значковый шифр, в котором из написания алфавита на двух крестах-прямом и косом извлекались знаки для замены букв.

    

    Рис. Массонский шифр.

      Наполеон во время своих походов  использовал шифры, являющиеся  вариантами шифра Россиньоля  и представляющие собой код на 200 шифрвеличин.

    Криптография в России развивалась по пути христианских стран. Используемые шифры - такие же как в западных странах - значковые, замены, перестановки. Петр I полностью реорганизовал криптографическую службу, создав «Посольскую канцелярию».

    Математика 17-18 века получает существенное и качественно новое развитие. Для развития математики в России большую роль сыграла «Арифметика» Магницкого Л.Ф., изданная в 1703 году, которую М.В. Ломоносов назвал «вратами учености» и представляла собой свод математических сведений на тот период.

      К дешифровальной работе в  России был привлечен известный  математик Христиан Гольбах  (1690-1764), приехавший в Россию в 1725 году.  В 1727 в Россию приезжает Леонард  Эйлер (1707-1783), который принимал  участие в разработке шифров. Таким образом, в 17-18 веках в  математике закладываются основы  аппарата, применяемого в криптографии  для анализа шифров и дешифрования.

    Основным  средством для шифрования становятся коды.

Криптография  в XIX веке.

    В 1819 году во Франции выходит энциклопедия, в которой приведены известные  к тому времени системы шифров и методы дешифрования простейших шифров. В 1844 году С.Морзе изобрел телеграф.

     

    Рис. Телеграф Морзе.

    В России телеграф был изобретен П.Ф. Шиллингом в 1832 году. Шиллингу также  принадлежит изобретение биграммного  шифра.  Изобретение телеграфа  оказало существенное влияние на криптографию. Сразу же был опубликован  коммерческий код под названием  «Словарь для тайной корреспонденции; приспособлен для применения на электромагнитном телеграфе Морзе». Развитие коммерческих кодов повлияло и на развитие дипломатических  кодов. Специалисты в области  шифрованной связи пришли к пониманию, что необходима иерархия в шифрованной  связи.

    В 1863 году офицер прусской армии майор  Фридрих Казисский опубликовал  книгу под названием «Искусство тайнописи и дешифрования», в  которой новым вкладом в криптографию было изложение метода вскрытия многоалфавитного шифра с повторяющимся лозунгом на примере шифра Виженера, который  ранее считался недешифруемым. В 1883 году появился крупный научный труд под названием «Военная криптография», его автор Огюст Кергоффс, преподаватель  иностранных языков и математики во Франции.

    В данной книге проводится сравнительный  анализ шифров. Он делает вывод, что  практический интерес представляют те шифры, которые остаются стойкими при интенсивной переписке.

    Важное  событие в криптографии было связано  с именем французского офицера Э.Базери, который отрицательно относился  к официальным шифрам и предложил  несколько собственных систем шифров. Одна из них - это по сути шифратор Джефферсона.

    С 80-х годов 19 века криптография во всех ведущих государствах считается наукой и ее изучают в военных академиях. Для шифрования применяются коды с перешифровкой.