Помоги проекту - поделись книгой:
Саймон Сингх
КНИГА ШИФРОВ
Тайная история шифров и их расшифровки
Стремление узнавать секреты является глубоко укоренившейся, неотъемлемой чертой человеческой натуры; даже самый нелюбопытный ум воодушевляется перспективой узнать что-то такое, что утаивается от других. Некоторым улыбается удача, и они находят работу, связанную с разгадыванием тайн, многим же из нас приходится довольствоваться суррогатными загадками, придуманными для нашего развлечения. Большинство удовлетворяется детективами или кроссвордами; разгадка тайных шифров может стать делом немногих.
Моей матери и моему отцу, Саваран Каур и Менга Сингх, посвящается
Введение
Тысячи лет короли, королевы и полководцы управляли своими странами и командовали своими армиями, опираясь на надежно и эффективно действующую связь. В то же время все они осознавали последствия того, что произойдет, если их сообщения попадут не в те руки, если вражескому государству будут выданы ценные секреты, а жизненно важная информация окажется у противника. И именно опасение того, что враги перехватят сообщение, послужило причиной активного развития кодов и шифров — способов скрытия содержания сообщения таким образом, чтобы прочитать его смог только тот, кому оно адресовано.
Стремление обеспечить секретность означало, что в государствах функционировали подразделения, создающие коды и шифры и отвечающие за обеспечение секретности связи путем разработки и использования самых надежных шифров. А в это же самое время дешифровальщики врага старались раскрыть эти шифры и выведать секреты. Дешифровальщики являли собой алхимиков от лингвистики — племя колдунов, пытающихся с помощью магии получить осмысленные слова из бессмысленного набора символов. История кодов и шифров — это многовековая история поединка между создателями шифров и теми, кто их взламывает, интеллектуальная гонка вооружений, которая оказала разительное влияние на ход истории.
При написании «Книги шифров» я ставил перед собой две основные задачи. Во-первых, показать эволюцию шифров. Здесь в полной мере подходит термин «эволюция», поскольку развитие шифров может рассматриваться как эволюционная борьба. Шифр всегда является объектом атаки дешифровальщиков. Как только дешифровальщики создают новое средство, которое выявляет слабое место шифра, дальнейшее его использование становится бессмысленным. Шифр либо выходит из употребления, либо на его основе разрабатывается новый, более стойкий. В свою очередь, этот новый шифр процветает до тех пор, пока дешифровальщики не найдут его слабое место, и так далее. Это аналогично ситуации, к примеру, со штаммом инфекционных бактерий. Бактерии живут и благоденствуют, пока врачи не откроют антибиотик, который воздействует на слабое место у бактерий и убивает их.
Бактерии вынуждены эволюционировать, чтобы перехитрить этот антибиотик, и если сумеют, то снова начнут размножаться и восстановят свою численность. Они должны все время эволюционировать, чтобы уцелеть после атак новых антибиотиков.
Непрекращающаяся борьба между создателями и взломщиками шифров содействовала появлению целого ряда замечательных научных открытий. Создатели шифров постоянно прилагали усилия для создания все более стойких шифров по защите систем и средств связи, в то время как дешифровальщики непрерывно изобретали все более мощные методы их атаки. В своих усилиях разрушения и сохранения секретности обе стороны привлекали самые разнообразные научные дисциплины и методы: от математики до лингвистики, от теории информации до квантовой теории. Взамен шифровальщики и дешифровальщики обогатили эти предметы, а их профессиональная деятельность ускорила научно-технический прогресс, причем наиболее заметно это проявилось в развитии современных компьютеров.
Роль шифров в истории огромна. Шифры решали результаты сражений и приводили к смерти королей и королев. Поэтому я обращался к историческим фактам политических интриг и рассказам о жизни и смерти, чтобы проиллюстрировать ключевые поворотные моменты в эволюционном развитии шифров. История шифров настолько богата, что мне пришлось опустить много увлекательных историй, что, в свою очередь, означает, что моя книга не слишком полна. Если вы захотите побольше узнать о понравившемся вам рассказе или о дешифровальщике, который произвел на вас неизгладимое впечатление, то я бы порекомендовал вам обратиться к списку литературы для дополнительного чтения, которая должна помочь тем читателям, которые желали бы изучить предмет более подробно.
Вторая цель книги, после того как будет рассмотрена эволюция шифров и их влияние на историю, состоит в том, чтобы показать, что шифры сегодня имеют гораздо большее значение, чем когда бы то ни было раньше. Поскольку информация становится все более и более ценным товаром, а революция в сфере коммуникаций изменяет общество, процесс зашифровывания сообщений, или иначе, шифрование, начинает играть все большую роль в повседневной жизни. Сегодня наши телефонные разговоры передаются по спутниковым каналам, а наши электронные письма проходят через различные компьютеры, и можно с легкостью осуществить перехват передаваемой информации по обеим этим видам связи, что ставит под угрозу нашу частную жизнь. Точно также, поскольку коммерческая деятельность во все большей степени осуществляется через Интернет, следует вводить меры безопасности, чтобы защитить компании и их клиентов.
Шифрование — единственный способ защитить нашу частную жизнь и гарантировать успешное функционирование электронного рынка. Искусство секретной связи, иначе известное как криптография, даст вам замки и ключи информационного века.
Однако растущая потребность общества в криптографии вступает в противоречие с требованиями правоприменяющих органов и национальной безопасности. Десятилетиями полиция и разведывательные службы прослушивали телефонные переговоры для сбора улик против террористов и организованных преступных синдикатов, но создание в наше время сверхстойких шифров угрожает свести на нет их ценность. Ввиду того, что мы вступили в двадцать первый век, борцы за гражданские права добиваются широкого использования криптографии для защиты права каждого на личную жизнь. Вместе с ними выступают и представители бизнеса, которым требуется стойкая криптография для обеспечения безопасности сделок, осуществляемых в быстро развивающемся мире электронной коммерции. Представители же сил правопорядка оказывают давление на правительства, чтобы ограничить пользование криптографией. Вопрос состоит в том, что для нас важнее: наше право на частную жизнь или эффективно действующая полиция? Или все же существует компромисс?
Хотя в настоящее время криптография оказывает значительное влияние на действия гражданских лиц, следует отметить, что военная криптография остается важным вопросом. Говорят, что Первая мировая война была войной химиков, потому что в ней впервые были применены иприт и хлор, а Вторая мировая война — войной физиков, поскольку в ней была взорвана атомная бомба. Подобным же образом утверждают, что третья мировая война станет войной математиков, потому что математики будут обладать контролем над очередным величайшим оружием — информацией. Математики отвечали за создание шифров, которые в настоящее время используются для защиты военной информации. Не удивительно, что они же находятся на передовой линии, взламывая эти шифры.
При описании развития шифров и того, как они влияют на историю, я позволил себе незначительное отклонение от темы. В главе 5 рассказывается о дешифровании различных древних письменностей, в том числе линейного письма В и египетских иероглифов. Криптография, формально, имеет дело со средствами связи, которые разрабатываются специально для того, чтобы секреты оказались недоступны противнику; что же касается письмен древних цивилизаций, то такого намерения, чтобы они оставались не-дешифруемыми, не было — мы просто утеряли способность понимать их. Однако навыки, требующиеся для раскрытия содержания археологических документов, тесно связаны с искусством взлома шифров.
После того как я прочел «Дешифрование линейного письма В» Джона Чедвика, где он показывает, как были разгаданы древние тексты Средиземноморья, я был ошеломлен поразительными интеллектуальными достижениями тех, кто был способен дешифровать письмена наших предков, позволив нам тем самым прочитать об их цивилизациях, религиях и повседневной жизни.
Обращаясь к пуристам, я должен принести извинения за название этой книги (оригинальное название книги — «The Code Book» — «Книга кодов»). Она не только о кодах. Слово «код» относится к очень специфическому типу секретной связи, смысл которого за столетия применения изменился. В коде слово или фраза заменяется словом, числом или символом. К примеру, у секретных агентов имеются псевдонимы — слова, которые используются вместо их подлинных имен, чтобы скрыть то, кем они являются на самом деле. Точно так же — как способ сбить противника с толку — фразу Attack at dawn (наступление на рассвете, атаковать на рассвете) можно было бы заменить кодовым словом Jupiter (Юпитер) и передать это слово командующему на поле боя. Если штаб и командующий заранее договорились о коде, то смысл слова Jupiter будет ясен тому, кому оно предназначается, но не будет нести никакого смысла для перехватившего его противника. Альтернативой коду является шифр — способ, действующий на более фундаментальном уровне, при котором заменяются буквы, а не слова целиком. К примеру, каждая буква во фразе могла бы быть заменена следующей буквой латинского алфавита, так что А заменяется на В, В — на С и так далее. В этом случае Attack at dawn превратится в Buubdl bu ebxo. Шифры играют значительную роль в криптографии, так что в действительности эта книга должна бы называться «Книгой кодов и шифров». Ради краткости я все же отказался от точности.
По мере необходимости я давал определения различным техническим терминам, используемым в криптографии. Хотя я, как правило, придерживался этих определений, но будут встречаться места, где используется термин, который, возможно, формально и неточен, но который, по моему мнению, более знаком неспециалисту. Например, описывая человека, старающегося взломать шифр, я почти все время пользовался словом
Перед тем как завершить это Введение, я должен упомянуть о проблеме, с которой сталкивается любой автор, взявшись за криптографию: наука о секретности — это чрезвычайно секретная наука.
Многие из героев этой книги, несмотря на свой труд, всю свою жизнь оставались безвестными, поскольку открыто признать их вклад нельзя было до тех пор, пока их открытия имели дипломатическую или военную ценность. При поиске материалов для этой книги мне удалось поговорить со специалистами в Британской штаб-квартире правительственной связи (ШКПС), которые раскрыли подробности выдающейся исследовательской работы, выполненной в 70-х годах и только что рассекреченной. Благодаря этому трое из величайших в мире криптографов могут теперь получить заслуженное ими признание. Впрочем, эти недавние откровения просто помогли напомнить мне, что о гораздо большем числе случаев не подозреваем ни я, ни любой другой научный писатель. Такие организации, как ШКПС и американское Агентство национальной безопасности продолжают вести засекреченные исследования в криптографии, что означает, что их открытия остаются секретными, а те, кто сделал их, останутся безвестными.
Но, невзирая на проблемы, связанные с секретностью деятельности правительства и проведением закрытых исследований, в заключительной главе этой книги я строил предположения о будущем кодов и шифров. И наконец, эта глава является попыткой понять, можем ли мы предсказать, кто выиграет эволюционную борьбу между составителями шифров и теми, кто их взламывает. Придумают ли когда-нибудь шифровальщики действительно нераскрываемый шифр и преуспеют ли в своем стремлении отыскать абсолютную секретность? Или же дешифровальщики создадут такое устройство, которое сможет расшифровать (точнее, дешифровать, см. раздел
1 Шифр Марии Стюарт, королевы Шотландии
Субботним утром 15 октября 1586 года Мария Стюарт, королева Шотландии, вступила в переполненный зал суда в замке Фотерингей. Годы заключения и ревматизм существенно подорвали ее здоровье, однако-она оставалась полной достоинства, спокойной и бесспорно величественной. Опираясь на руку врача, прошла она мимо судей, чиновников и зрителей и приблизилась к трону, стоявшему посередине длинной, узкой комнаты. Мария посчитала было, что трон — это жест уважения к ней, но она ошибалась. Трон символизировал отсутствующую королеву Елизавету I, противницу Марии и ее обвинителя. Марию вежливо направили от трона к противоположной стороне комнаты, к месту обвиняемого — темно-красному бархатному стулу.
Мария, королева Шотландии, находилась в суде по обвинению в государственной измене. Ей вменяли в вину организацию заговора с целью убийства королевы Елизаветы I, чтобы завладеть короной Англии. Сэр Фрэнсис Уолсингем, государственный секретарь королевы Елизаветы I, уже арестовал других заговорщиков, добился от них признания и казнил. Теперь он собирался доказать, что Мария была душой заговора, а посему наравне с ними виновна и наравне с ними заслуживает смерти.
Уолсингем знал, что прежде, чем он смог бы казнить Марию, он должен будет убедить королеву Елизавету в ее вине. Хотя Елизавета и относилась к Марии с презрением, однако у нее имелось несколько причин, чтобы не желать ее смерти. Во-первых, Мария была королевой Шотландии, и многие задавались вопросом, есть ли у английского суда полномочия для того, чтобы отправить на эшафот главу иностранного государства. Во-вторых, казнь Марии могла бы создать опасный прецедент: если государству разрешено убить одну королеву, то у мятежников, пожалуй, могло бы остаться меньше запретов на убийство другой — Елизаветы. В-третьих, Елизавета и Мария была кузинами, родственницами, и потому у королевы Елизаветы было тем больше оснований быть более щепетильной для выдачи приказа о ее казни.
Рис. 1 Мария Стюарт, королева Шотландии
Короче говоря, Елизавета санкционировала бы казнь Марии только в том случае, если бы Уолсингем смог, вне всяких сомнений, доказать, что она принимала участие в заговоре с целью убийства.
Заговорщиками являлась группа молодых английских дворян-католиков, целью которых было устранение Елизаветы, протестантки, и замена ее Марией, — такой же, как и они, католичкой. Для суда было бесспорным, что Мария номинально стояла во главе заговорщиков, но то, что она на самом деле благословила заговор, не было установлено. Задача Уолсингема состояла в том, чтобы доказать наличие явной связи между Марией и заговорщиками.
Утром, во время суда, Мария, одетая в черный бархат, одиноко сидела на скамье подсудимых. В случаях государственной измены обвиняемому запрещено было иметь защитника и не разрешалось приглашать свидетелей. Марии даже не позволили, чтобы секретари помогли ей подготовиться к слушанию дела. Однако ее положение не было безнадежно, поскольку она была осторожна и вся ее переписка с заговорщиками была зашифрована. Шифр превратил ее слова в бессмысленный набор символов, и Мария полагала, что даже если Уолсингем и перехватил письма, то он не имел представления о том, что означали слова в ее письмах. Если содержание писем оставалось тайным, то письма не могли использоваться как свидетельство против неё. Однако все это было бы так только при условии, что ее шифр не был раскрыт.
К несчастью для Марии, Уолсингем был не только государственным секретарем, он был также руководителем шпионской сети в Англии. Он перехватил письма Марии к заговорщикам и точно знал, кто мог бы расшифровать их. Лучшим в стране специалистом по раскрытию шифров в то время был Томас Фелиппес; в течение нескольких лет он дешифровывал сообщения тех, кто готовил заговор против королевы Елизаветы, на основании чего были собраны свидетельства для вынесения им приговора. Если бы он смог дешифровать изобличающие письма между Марией и заговорщиками, то ее смерть была бы неизбежна. С другой стороны, если шифр Марии был достаточно надежен, чтобы скрыть ее тайны, то у нее имелся бы шанс остаться в живых. Так уже не в первый раз жизнь зависела от стойкости шифра.
Развитие тайнописи
Некоторые из наиболее ранних упоминаний о тайнописи восходят еще к Геродоту, «отцу истории», как называл его римский философ и политический деятель Цицерон.
В своей «Истории» Геродот повествовал о вооруженных столкновениях между Грецией и Персией в пятом веке до н. э., которые он рассматривал как противоборство между свободой и рабством, между независимыми греческими государствами и тиранической Персией. Согласно Геродоту, именно искусство тайнописи спасло Грецию от порабощения Ксерксом, царем царей, деспотичным правителем Персии.
Отношения между Грецией и Персией значительно обострились вскоре после того, как Ксеркс начал строительство города Персеполь, новой столицы своего царства. Дань и дары поступали со всех концов империи и из соседних государств, за исключением Афин и Спарты. Решив отомстить за такую дерзость, Ксеркс приступил к мобилизации войска, заявив: «Мы так расширим персидскую империю, чтобы ее границами служило небо, чтобы солнце не смогло бы увидеть ни клочка земли вне наших границ». Следующие пять лет он потратил на то, чтобы тайно собрать самую крупную в истории армию, и в 480 году до н. э. он был готов нанести внезапный удар.
Однако наращивание военной мощи Персии видел Демарат, грек, изгнанный с родины и живший в персидском городе Сузы. Несмотря на изгнание, он все же оставался лоялен к Греции и поэтому решил предупредить спартанцев о плане вторжения Ксеркса. Проблема заключалась в том, как передать сообщение, чтобы его не могли перехватить персидские солдаты. Геродот писал:
Поскольку опасность обнаружения послания была очень велика, то оставался только единственно возможный способ, которым Демарат мог успешно передать свое послание. Он соскоблил воск с двух сложенных дощечек для письма, написал прямо на дереве, что собирается делать Ксеркс, а затем снова покрыл воском дощечки с сообщением. По внешнему виду дощечки казались чистыми, без каких-либо записей, поэтому они не вызывали подозрения у персидских солдат. Когда гонец с посланием добрался до места назначения, никто не мог и предположить о наличии послания, пока, как я полагаю, дочь Клеомена[2], Горго, которая была женой Леонида I[3], не догадалась и не сказала другим, что если они счистят воск, то найдут записанное под воском на дощечках послание. Так и сделали; после того как был счищен воск, под ним обнаружилось послание, которое прочли, а затем передали в другие греческие города.
Благодаря этому предупреждению беззащитные на тот момент греки стали сами вооружаться.
Доходы от принадлежащих государству серебряных рудников, которые до этого распределялись среди граждан, были направлены на строительство двухсот военных кораблей.
Ксеркс утерял элемент внезапности, и 23 сентября 480 года до н. э., когда персидский флот достиг Саламинского пролива неподалеку от Афин, греки уже были готовы. Хотя Ксеркс полагал, что он поймал греческий флот в ловушку, но на самом деле греки сознательно заманивали персидские корабли в пролив. Греки знали, что их небольшие суда, которых к тому же было в несколько раз меньше, чем у персов, в открытом море будут уничтожены, но внутри пролива, благодаря маневренности, они смогут превзойти персов. Так как ветер изменил направление, то персидский флот оказался внутри пролива и вынужден был принять бой на греческих условиях. Корабль персидской царицы Артемисии[4] был окружен с трех сторон, так что она смогла вырваться обратно в море, только протаранив один из своих кораблей. Возникла паника, большое число персидских судов сталкивалось друг с другом, и греки начали стремительную атаку. В течение одного дня огромные силы персов были уничтожены.
Стратегия Демарата для обеспечения секретности переписки заключалась в том, что он просто прятал сообщение. Геродот также упомянул еще об одном случае, когда сокрытия послания оказалось достаточным, чтобы беспрепятственно его передать. Он поведал историю Гистия, который хотел подтолкнуть Аристагора из Милета к восстанию против персидского царя (Дария). Чтобы послание не обнаружили враги, Гистий обрил голову своего вестника, написал на коже текст послания, а затем подождал, пока волосы не отрастут вновь. Что ж, неспешный в то время ход истории позволял пользоваться такими способами. Вестник, у которого не было ничего явно его компрометирующего, мог путешествовать не беспокоясь. По прибытии на место вестник обрил голову и «вручил» адресату послание.
Секретная переписка, осуществляемая путем сокрытия имеющегося сообщения, носит название
Раствор проникнет сквозь поры скорлупы и оставит сообщение на поверхности плотного яичного белка, которое можно будет прочитать, только разбив яйцо и очистив скорлупу. Стеганография также включает в себя применение невидимых чернил. Еще в первом веке н. э. Плиний-старший показал, как млечный сок некоторых растений может использоваться в качестве таких чернил. После высыхания надпись, сделанная этими чернилами, не видна, но при несильном нагреве она приобретает коричневый цвет. Многие органические жидкости ведут себя похожим образом: при нагреве, из-за того, что в них содержится большое количество углерода, они темнеют. И это не составляет секрета для нынешних шпионов, которые, в случае если у них исчерпались симпатические чернила, используют для этой цели собственную мочу.
То, что стеганография смогла просуществовать столь длительное время, показывает, что она, несомненно, обеспечивает определенную секретность, но ей присущ один принципиальный недостаток. Если курьер будет обыскан и у него обнаружат сообщение, то сразу же станет известно и его содержание. Перехват сообщения мгновенно ставит под угрозу всю безопасность. Бдительная стража может тщательно обыскивать всех, кто пересекает границу, счищая с дощечек весь воск, нагревая чистые листы бумаги, очищая сваренные яйца от скорлупы, брея людям головы и т. п., так что случаи обнаружения сообщения будут неизбежны.
Поэтому, наряду с усовершенствованием стеганографии, происходило развитие
Хотя криптография и стеганография являются независимыми, но для обеспечения максимальной секретности, чтобы и зашифровать, и скрыть сообщение, можно пользоваться обеими. К примеру, во время Второй мировой войны стала популярной микроточка, которая является одним из видов стеганографии. Германские агенты в Латинской Америке фотографическим способом сжимали страницу текста в точку диаметром менее 1 миллиметра, а затем прикрепляли эту микроточку поверх обычной точки в конце предложения в на первый взгляд совершенно безобидном письме.
ФБР обнаружило первую микроточку в 1941 г., получив предупреждение о том, что американцам следует искать крошечный блик на поверхности письма, указывающий, что в этом месте прикреплен кусочек глянцевой фотопленки. Впоследствии американцы смогли прочитать содержимое большинства перехваченных микроточек, за исключением тех случаев, когда германские агенты предпринимали дополнительные меры предосторожности, шифруя свое сообщение перед сжатием. Когда же вместе со стеганографией применялась и криптография, американцам иногда удавалось перехватывать сообщения и пресекать передачу информации, но это не давало им никаких новых сведений о немецкой шпионской деятельности. Из этих двух направлений обеспечения секретности связи криптография более эффективна благодаря тому, что дает возможность предотвратить попадание информации в руки врага.
В свою очередь криптография сама может быть разделена на два направления, известные как
Если бы один человек смог проверять одну перестановку в секунду, и если бы все люди на Земле работали день и ночь, то, чтобы проверить все возможные перестановки, потребовалось бы времени в тысячи раз больше, чем срок существования Вселенной.
Создается впечатление, что случайная перестановка букв гарантирует очень высокую степень безопасности, поскольку для противника дешифровать даже короткое предложение окажется неосуществимым. Но здесь есть отрицательный момент. При перестановке образуется невероятно сложная анаграмма, и если буквы случайно, ни с того ни с сего, перепутаются, то ни получатель, ни перехвативший ее противник не смогут ее расшифровать. Для обеспечения эффективности способ перестановки букв должен быть заранее оговорен отправителем сообщения и его получателем, но он должен храниться в секрете от противника.
Например, школьники часто посылают друг другу сообщения, зашифрованные с помощью перестановки (данный шифр называется «штакетник»), буквы которого поочередно пишутся на верхней и нижней строчках. Далее последовательность букв с нижней строчки присоединяется к концу последовательности букв на верхней строчке, благодаря чему и образуется зашифрованное сообщение. Например:
Теперь адресат может восстановить исходное сообщение просто выполняя эти же действия в обратном порядке. Существует множество различных способов последовательных перестановок, в том числе трехстрочный шифр «штакетник», когда сообщение вначале записывается в три строчки, а не в две. Или же можно производить перестановку для каждой пары букв так, чтобы поменялись местами первая и вторая буквы, третья и четвертая буквы и так далее.
Один из способов перестановки был реализован в самом первом из известных шифровальных устройств, предназначенных для военных целей, — спартанской
Рис. 2 На полоске кожи, снятой со скиталы отправителя (деревянный цилиндр), остается набор случайных букв: S, T, S, P… Сообщение можно будет прочесть, только если намотать эту полоску вокруг другой скиталы такого же диаметра.
Альтернативой перестановке является замена. Одно из первых описаний зашифровывания с помощью замены дается в «Кама-сутре», тексте, написанном в четвертом веке н. э. священником-брамином Ватсьяяной, но основанном на манускриптах, относящихся к четвертому веку до н. э. Согласно «Кама-сутре» женщины должны овладеть 64 искусствами, такими как приготовление пищи и напитков, искусство одевания, массаж, приготовление ароматов. В этот список также входят менее очевидные искусства: колдовство, игра в шахматы, переплетное дело и плотничанье. Под номером 45 в списке стоит mlecchita-vikalpa, искусство тайнописи, предназначенное для того, чтобы помочь женщинам скрыть подробности своих любовных связей. Один из рекомендуемых способов заключается в том, чтобы расположить попарно буквы алфавита случайным образом, а затем заменять каждую букву в исходном сообщении ее парной. Если мы применим этот принцип к латинскому алфавиту, то мы можем расположить буквы попарно следующим образом:
Тогда вместо meet at midnight
Первое документально подтвержденное использование шифра замены в военных целях появилось в «Галльских войнах» Юлия Цезаря. Цезарь описывает, как он послал сообщение Цицерону, находившемуся в осаде и бывшему на грани капитуляции.
В этом письме латинские буквы были заменены греческими, поэтому враг его не смог бы понять. Цезарь описал драматичность доставки письма:
Гонцу дали наставление, что если он не сможет приблизиться, то должен метнуть дротик с прикрепленным к ремешку письмом так, чтобы оно упало в лагере. Убоявшись излишнего риска, галльский всадник метнул дротик, как ему и приказали. По случайности дротик попал в башню, и в течение двух дней наши отряды его не замечали; только на третий день его увидел солдат, вытащил и доставил Цицерону. Цицерон просмотрел письмо, а затем прочитал его на собрании солдат, что вызвало у всех огромную радость.
Цезарь так часто пользовался тайнописью, что Марк Валерий Проб написал целый трактат о применяемых им шифрах, который, к сожалению, не дошел до наших дней. Однако благодаря сочинению Гая Транквилла Светония «Жизнь 12 Цезарей», написанному во втором веке н. э., у нас имеется подробное описание одного из видов шифра замены, применявшегося Юлием Цезарем. Он просто заменял каждую букву в послании буквой, стоящей в алфавите на три позиции дальше. Криптографы часто пользуются терминами
Рис. 3 Шифр Цезаря, примененный к короткому сообщению. Шифр Цезаря основан на шифралфавите, который сдвинут на определенное число позиций (в данном случае — на три) относительно алфавита открытого текста. В криптографии принято записывать алфавит открытого текста строчными буквами, а шифралфавит — заглавными. Точно так же, исходное сообщение, то есть незашифрованный текст, записывается строчными буквами, а зашифрованное сообщение, то есть шифртекст, — заглавными.
Шифр — это обобщенное название, даваемое любой криптографической замене, при которой каждая буква заменяется другой буквой или символом.
Хотя Светоний упоминает только о шифре Цезаря со сдвигом на три позиции, ясно, что осуществляя сдвиг на 1…25 позиций[6], можно создать 25 различных шифров. Если же мы не будем ограничиваться сдвигом алфавита, а будем рассматривать шифралфавит как любую возможную перестановку букв алфавита открытого текста, то мы сможем создать гораздо большее количество различных шифров. Существует свыше 400 000 000 000 000 000 000 000 000 таких перестановок и, соответственно, такое же количество отличающихся шифров.
К каждому отдельному шифру применимы понятия общего метода шифрования, известные как
У противника, анализирующего перехваченное зашифрованное сообщение, могут иметься предположения об алгоритме, но точного ключа он знать не будет.
Рис. 4 Чтобы зашифровать исходный текст сообщения, отправитель применяет к нему алгоритм шифрования. Алгоритм является общей системой для шифрования и должен быть точно определен путем выбора ключа. При совместном применении ключа и алгоритма к открытому тексту получается зашифрованное сообщение, или шифртекст. Разумеется, зашифрованный текст во время передачи адресату может быть перехвачен противником, но противник не сможет дешифровать это сообщение. В то же время получатель, который знает и ключ, и алгоритм, использованные отправителем, сможет преобразовать зашифрованный текст сообщения обратно в исходный вид.
К примеру, он вполне может подозревать, что каждая буква в открытом тексте была заменена другой буквой в соответствии с шифралфавитом, но он не в состоянии узнать, какой именно шифралфавит был использован. Если шифралфавит — ключ — хранится отправителем и получателем в секрете, тогда противник не сможет дешифровать перехваченное сообщение. В отличие от алгоритма, важность ключа является основополагающим принципом криптографии. Он был сформулирован в 1883 году голландским лингвистом Огюстом Керкхоффом в книге «Военная криптография» («La Cryptographie militaire»); правило Керкхоффа гласит: «Стойкость криптосистемы не должна зависеть от стойкости криптоалгоритма. Она зависит только от стойкости ключа».
Помимо того, что ключ должен храниться в секрете, стойкая система шифрования должна также обладать широким набором возможных ключей. Например, если для зашифровывания сообщения отправитель применяет шифр сдвига Цезаря, то такое шифрование является сравнительно слабым, так как существует всего 25 возможных ключей. С точки зрения противника, если он перехватит сообщение и подозревает, что применялся алгоритм сдвига Цезаря, то ему следует просто проверить 25 возможных вариантов. Однако если отправитель использует более общий алгоритм замены, благодаря которому шифралфавит будет представлять собой любую возможную перестановку букв алфавита открытого текста, тогда ключ может выбираться из 400 000 000 000 000 000 000 000 000 возможных. Один из таких ключей показан на рисунке 5. Даже допуская, что противник перехватил сообщение и ему известен алгоритм, то все равно остается задача проверки всех возможных ключей. Если бы вражеский агент смог проверять ежесекундно один из 400 000 000 000 000 000 000 000 000 возможных ключей, то, чтобы проверить все ключи и дешифровать сообщение, ему понадобилось бы времени в миллионы раз больше возраста Вселенной.
Рис. 5 Пример общего алгоритма замены, при котором каждая буква в исходном тексте заменяется в соответствии с ключом другой буквой. Ключ задается шифралфавитом, который может представлять собой любую перестановку букв алфавита открытого текста.
Прелесть этого вида шифра состоит в том, что он прост в применении, но обеспечивает высокую степень защиты. Отправитель без труда может задать ключ, который просто определяет порядок следования 26 букв в шифралфавите, однако для противника по-прежнему практически невыполнимо проверить все возможные ключи с помощью так называемого метода прямого перебора всех возможных вариантов. Простота ключа важна еще и потому, что и отправитель, и получатель должны передавать друг другу информацию о ключе, а чем проще ключ, тем меньше вероятность возникновения недоразумений.
Более того, если отправитель готов согласиться с незначительным уменьшением количества возможных ключей, то ключ может быть еще проще. Для создания шифралфавита, вместо того чтобы случайным образом переставлять буквы алфавита открытого текста, отправитель выбирает
Достоинство такого способа создания шифралфавита заключается в том, что ключевое слово или ключевую фразу, а следовательно и сам шифралфавит, легко запомнить. Это важно, так как если отправитель будет хранить шифралфавит записанным на листке бумаги, противник может завладеть этим листком, раскрыть ключ и прочесть любое сообщение, которое было зашифровано с его помощью. Но если держать ключ в памяти, то вероятность того, что он попадет в руки противника, гораздо меньшая. Разумеется, количество шифралфавитов, образованных ключевыми фразами, меньше количества шифралфавитов, образуемых без каких-либо ограничений, но все равно число их огромно, и для противника по-прежнему невозможно дешифровать захваченное сообщение путем проверки всех возможных ключевых фраз.
Такая простота и одновременно стойкость означали, что на протяжении первого тысячелетия н. э. в искусстве тайнописи преобладал шифр замены. Шифровальщики разработали надежную систему обеспечения связи, поэтому никакой необходимости в дальнейшем развитии и не возникало.
Бремя легло только на тех дешифровальщиков, кто старался раскрыть шифр замены. Существовал ли какой-нибудь способ разгадать зашифрованное сообщение? Многие ученые того времени полагали, что из-за гигантского количества возможных ключей шифр замены раскрыть невозможно, и в течение столетий казалось, что они были правы. Однако дешифровальщики в конце концов отыскали короткий путь взамен перебора всех возможных ключей. Вместо того чтобы тратить миллионы лет на взлом шифра, с помощью этого упрощенного метода сообщение можно было прочесть за нескольких минут. Прорыв произошел на Востоке, но для этого потребовался союз лингвистики, статистики и религиозного рвения.
Арабские криптоаналитики
В возрасте около сорока лет Мухаммад (Магомет) начал регулярно приходить в пещеру на горе Хира неподалеку от Мекки — уединенное место, самой природой предназначенное для молитв и размышлений. В момент глубоких раздумий, примерно в 610 году н. э., его посетил ангел Джебраил, провозгласивший Мухаммада пророком, посланником Аллаха. Это было первое из ряда откровений, которые продолжались до самой смерти Мухаммада двадцатью годами позже. На протяжении всей жизни пророка писцы записывали эти откровения, но только в виде отрывков; и на Абу Бакра (Абу Бекра), первого халифа ислама, была возложена задача собрать их в единый текст. Работа была продолжена Омаром, вторым халифом, и его дочерью Хафсой и завершена Османом, третьим халифом. Каждое из откровений стало одной из 114 сур Корана.
Правящий халиф был обязан продолжать дело Пророка, поддерживая его учение и распространяя его Слово. Между провозглашением Абу Бакра халифом в 632 году и до смерти четвертого халифа, Али, в 661 году, шло неудержимое распространение ислама, и в конце концов мусульманское государство охватило половину всего мира. В 750 году, после столетия укрепления господства, начало халифата (или династии) Аббасидов предвещало золотой век исламской цивилизации. В равной мере расцвели искусства и науки. От исламских мастеров дошли до нас великолепные картины, изысканные резные украшения и ткани исключительной отделки, а от исламских ученых мы унаследовали целый ряд арабских слов, которыми усеян язык современной науки:
Поделиться книгой: