Криптографія від Середніх століть до Нового часу
Криптографія від Середніх століть до Нового часу
У Середні століття криптографія - в основному, моноалфавитной шифри - починають широко використовуватися дипломатами, купцями і навіть простими громадянами. Поступово, у міру поширення техніки частотного криптоаналізу, шифри ускладнюються, що призводить до появи шифрів омофоніческой заміни, а потім і поліалфавітних шифрів. Розвиток криптографії в арабських країнах
Перша сторінка манускрипту Ал-Кінді - найраніше відома згадка про частотний криптоаналіз
З VIII століття н. е.. розвиток криптографії відбувається в основному в арабських країнах. Вважається, що арабський філолог Халіль аль-Фарахіфі першим звернув увагу на можливість використання стандартних фраз відкритого тексту для дешифрування. Він припустив, що першими словами в листі на грецькій мові візантійського імператора будуть «В ім'я Аллаха», що дозволило йому прочитати решту повідомлення. Пізніше він написав книгу з описом методу -. «Кітаб аль-Маумма» («Книга таємної мови»)
У 855 році виходить «Книга про великий прагненні людини розгадати загадки древньої писемності» арабського вченого Абу Бакр Ахмед бен-Алі бен-Вахш ан-Набат, одна з перших книг про криптографії з описами декількох шифрів, у тому числі із застосуванням декількох алфавітів. Також до IX століття відноситься перша відома згадка про частотний криптоаналіз -. У книзі Ал-Кінді «Манускрипт про дешифрування криптографічних повідомлень»
У книзі X століття «Адаб аль-Куттаб» («Керівництво для секретарів») ал-Сулі є інструкції щодо шифрування записів про податки, що підтверджує поширення криптографії у звичайній, громадянського життя.
У 1412 році виходить 14-томна енциклопедія Шехаба ал-Кашканді «Шауб ал-Аша», один з розділів якої «Щодо приховування в буквах таємних повідомлень» містив опис семи шифрів заміни та перестановки, частотного методу криптоаналізу, а також таблиці частотності букв в арабському мовою на основі тексту Корану.
До словника криптології араби внесли такі поняття як алгоритм і шифр .
Криптографія епохи Відродження
Роджер Бекон
Першою європейською книгою, яка описує використання криптографії, вважається праця Роджера Бекона XIII століття «Послання брата Рогеріса Баконіса про таємні діях мистецтва і природи і нікчемність магії» (лат. «Epistola Fratris Ріг. Baconis, де secretis operibus Артіс та ін Naturae та ін nullitate magiae») , що описує, серед іншого, застосування 7 методів приховування тексту .
У XIV столітті співробітник таємної канцелярії папської курії Чікко Сімонеті пише книгу про системи тайнопису, а в XV столітті секретар папи Климентія XII Габріель де Левінда, родом з міста Парми, закінчує роботу над «Трактатом про шифри» .
Симеона де Крема (Симеона де Крема) був першим (1401), хто використовував таблиці омофонів для приховування кожного голосного в тексті за допомогою більш ніж одного еквівалента. Через більш ніж сто років ці таблиці для успішного захисту від криптоаналітичних атак використовував Ернан Кортес.
Перша організація, що присвятила себе цілком криптографії, була створена у Венеції (Італія) в 1452 році. Три секретаря цієї організації займалися зломом і створенням шифрів за завданнями уряду. [18] У 1469 році з'являється шифр пропорційної заміни «Міланський ключ».
Статуя Альберти у дворі Уффіці
Батьком західній криптографії називають вченого епохи Відродження Леона Батісти Альберті. Вивчивши методи розкриття використовувалися в Європі моноалфавитной шифрів, він спробував створити шифр, який був би стійкий до частотного криптоанализу. Трактат про новий шифрі був представлений їм в папську канцелярію в 1466 році. Альберті запропонував замість єдиного секретного алфавіту, як в моноалфавитной шифри, використовувати два або більше, перемикаючись між ними по якомусь правилу. Однак флорентійський вчений так і не зміг оформити своє відкриття в повну працюючу систему, що було зроблено вже його послідовниками. [36] Також Альберті запропонував пристрій із двох скріплених в центрі дисків, кожен з яких мав алфавіт, написаний по краю, і міг повертатися відносного іншого диска. Поки диски не рухаються, вони дозволяють шифрувати з використанням шифру Цезаря, однак через кілька слів диски повертаються, і змінюється ключ cдвіга .
Фрагмент оформлення гробниці Йоганна Трітемія Черговий відомий результат належить перу німецького абата Іоганна Трітемія, якого багато істориків вважають другим батьком сучасної криптології. У п'ятій книзі серії «поліграфії», виданої в 1518 році, він описав шифр, в якій кожна наступна буква шифрується своїм власним шифром зсуву. Його підхід був поліпшений Джованні Баттіста Белласе (італ. Джованні Баттіста Bellaso), який запропонував вибирати деякий ключове слово і записувати його над кожним словом відкритого тексту. Кожна буква ключового слова використовується для вибору конкретного шифру зсуву з повного набору шифрів для шифрування конкретної букви, тоді як в роботі Трітемія шифри вибираються просто по циклу. Для наступного слова відкритого тексту ключ починав використовуватися знову, так, що однакові слова виявлялися зашифровані однаково. Цей спосіб зараз відомий як шифр Віженер (див. нижче). Крім цього, Трітемій першим помітив, що шифрувати можна і по дві букви за раз - біграм (хоча перший біграммний шифр - Playfair - був запропонований лише в XIX столітті). Пізніше, в XVII столітті, член ордена єзуїтів Атанасіус Кірхер провів дослідження лінгвістичних аспектів робіт Трітемія, результати яких опублікував у своїй поліграфії нова в 1663 році. Одним з результатів стало створення «поліглотіческого коду на п'яти мовах», який міг використовуватися для шифрування і передачі повідомлень латинською, італійською, французькою, іспанською та німецькою мовами, при цьому декодування могло проводитися на кожному із зазначених мов. Джероламо Кардано У 1550 році італійський математик Джероламо Кардано, перебуває на службі у папи римського , запропонував нову техніку шифрування - грати Кардано. Цей спосіб поєднував в собі як стеганографія (мистецтво прихованого листа), так і криптографію. Утруднення становило навіть зрозуміти, що повідомлення містить зашифрований текст, а розшифрувати його, не маючи ключа (грати) в той час було практично неможливо. Грати Кардано вважають першим транспозіціонним шифром, або, як ще називають, геометричним шифром, заснованим на положенні букв в шіфротекста. Інший транспозіціонний шифр, набагато легший, використовувався в XVII столітті під час втечі Джона Треваньона від сил Кромвеля, а також під час Другої світової війни для спроб передачі відомостей офіцерами захопленої німецького підводного човна в листах додому.
Френсіс Бекон
Френсіс Бекон у своїй першій роботі 1580 запропонував двійковий спосіб кодування латинського алфавіту, за принципом аналогічний тому, що зараз використовується в комп'ютерах. Використовуючи цей принцип, а також маючи два різні способи накреслення для кожної з букв, відправник міг «заховати» в тексті одного довгого повідомлення короткий секретне. Даний спосіб отримав назву «шифр Бекона», хоча належить більше до стеганографії.
Блез де Віженер (англ.)
Найвідомішим криптографом XVI століття можна назвати Блеза де Віженер (фр. Блез де Віженер). У своєму трактаті 1585 він описав шифр, подібний шифру Трітемія, проте змінив систему вибору конкретного шифру заміни для кожної літери. Однією із запропонованих технік було використання букв іншого відкритого тексту для вибору ключа кожної літери початкового тексту. Описаний шифр відомий як шифр Віженер і, при довжині випадкового ключа дорівнює довжині відкритого тексту, є абсолютно стійким шифром, що було математично доведено багато пізніше (в XX столітті в роботах Шеннона). Інша техніка використовувала результат шифрування для вибору наступного ключа -. Те, що згодом використовує Фейстель і компанія IBM при розробці шифру DES в 1970-х роках
Шифровка Марії Стюарт
У процесі над Марією Стюарт в якості доказів наводилися листи до змовників, які вдалося розшифрувати. Використовувався шифр підстановки, з добавкою ще кілька особливих знаків, щоб утруднити розшифровку. Деякі знаки означали слова, інші не означали нічого, ще один знак означав, що подальша літера -. Подвійна
До 1639 відноситься перша згадка про рукописи Войнича - книзі, написаній невідомим автором на невідомій мові. Розшифрувати її намагалися багато відомих криптографи, але, не виключено, що рукопис є всього лише містифікацією.
Криптоаналітика Етьєн Базері (англ. Етьєн Bazeries) (1846-1931) зміг, пропрацювавши три роки, розшифрувати архіви Людовика XIV, зашифровані «Великому шифром (англ. Велика Cipher)» за системою Россіньоло (англ. Rossignols) в XVII столітті. У паперах знайшовся наказу короля помістити на закінчення в'язня з тим, щоб вдень він з'являвся лише в масці. Їм окaзался генерал Вів'єн де Булонд (фр. Вів'єн де Bulonde), покрили ганьбою себе і французьку армію під час Дев'ятирічної війни. Судячи з усього, це і є знаменита «Залізна маска». Королівський шифр протримався 200 років .
Іспанська імперія і колонії в Америці. «Індіанська криптографія»
У XVI столітті при дипломатичному листуванні імператора Карла I стає популярним метод номенклатурний лист - покажчик географічних назв [46]. 11 березня 1532 Родріго Ніньо, посол у Венеції, використовував його для того, щоб нагадати імператорові про деяких засобах захисту на той випадок, якщо турецький султан захоче захопити фортецю Кліси в Далмації (близько Спліта, Хорватія) . Майже 25 років по тому те ж саме зробив маркіз де Мондехар, віце-король Неаполя, щоб сповістити Філіпа II про можливі переговори щодо перемир'я між християнами і турками, що стало причиною кризи імперської розвідки в Середземномор'ї. Бернардіно де Мендоса (1541-1604), посол Іспанії в Англії і Франції в багатьох своїх листах використовував метод номенклатурний, де особливу роль грала заміна букв цифрами і шифр з биграмм (наприклад, BL = 23, BR = 24, у TR = 34) .
Закодоване лист Ернана Кортеса з використанням комбінованого шифру з підстановкою омофонів і методу номенклатурний.
Термін «індіанська криптографія» («criptografía Індіана»), впроваджений дослідником Гільєрмо Ломанн Вільєна (ісп. Guillermo Lohmann Вілла), застосовується для позначення зашифрованих документів в іспанських колоніях Америки. Першим відомим документом на території Америки, в якому використовувався шифр («caracteres ignotos») була депеша Христофора Колумба, адресована Дієго Колумбу в 1500 році, і перехоплена губернатором Санто-Домінго, Франсиско де Бобаділья .
Листи зашифровували не тільки віце-королі і вищі сановники, а й представники католицьких орденів і окремі особистості : свій шифр мав завойовник Мексики Ернан Кортес (використовував: комбінований шифр з підстановкою омофонів та кодування; а також метод номенклатурний) і віце-королі Перу Педро де ла Гаске Франсиско де Толедо , адмірал Антоніо де Агуайо . ес (Шаблон: Lang-Consejo де Estado Іспанії) забезпечив графа де Чінчон, губернатора Перу з 1629 по 1639 роки, новим винаходом в криптографії початку XVII століття - покажчиком індіанських географічних назв («номенклатурний indiano»); одночасно з цим була впроваджена нова система - букви заміщалися двома цифрами (наприклад, А. Л. - 86, Б. А. - 31, BE - 32, Б. І. - 33) , використовувалися також триграми.
Унікальний складової шифр єзуїтів використаний в Зошити Бласа Валера (Куско, 1616); одночасно в документі міститься дешифровка інкських кіпу, юпани, знаків токапу і секес, багато в чому і послужили основою для створення шифру , оскільки ключове значення в стос і в шифрі мав колір, то він послужив приводом для винаходу в 1749 році італійцем Раймондо де Сангро методу кольорового друкарства.
Чорні кабінети
Антуан Россіньоло
Джон Валліс
У 1626 році, при облозі міста Реальмон, а пізніше і в 1628 році при облозі Ла-Рошелі, французький підданий Антуан Россіньоло (фр. Antoine Rossignol, 1600-1682) розшифрував перехоплені повідомлення, і тим самим допоміг перемогти армію гугенотів. Після перемоги уряд Франції кілька разів залучали його до розшифровки шифрів. Після його смерті його син (фр. Бонавентура Rossignol), а пізніше і онук (фр. Antoine-Бонавентура Rossignol), продовжили справу батька. У той час уряд Франції приваблювало до роботи безліч криптографов, які разом утворювали так званий «Чорний кабінет» (фр. чорного кабінету).
Антуану Россіньоло належить доктрина, згідно з якою стійкість шифру повинна визначатися видом зашифрованої інформації. Для військового часу достатньою буде стійкість, якщо повідомлення з наказом армійському підрозділу не буде розшифровано противником хоча б до моменту виконання одержувачем, а для дипломатичної пошти шифр повинен забезпечувати збереження на десятки років .
У Росії датою заснування першої державної шифрувальної служби можна вважати 1549 - утворення «посольського наказу» з «ціферним відділенням». А як мінімум з 1702 року Петра супроводжувала похідна посольська канцелярія під керівництвом першого міністра Ф. А. Головіна, яка з 1710 року придбала статус постійного представництва. У ньому зосередилася криптографічний робота з листуванням між Петром, його наближеними та різними одержувачами, а також зі створення нових шифрів.
Згодом над дешифрованием повідомлень в Росії трудилися в тому числі такі математики як Крістіан Гольдбах, Леонард Ейлер і Франц Епінус. При цьому під час Семирічної війни (1756-1763) Ейлер, перебуваючи в Пруссії, хоча і продовжував листуватися з вищими особами Російської імперії, також займався дешифровкою перехоплених листів російських офіцерів.
На початок XVIII століття подібні кабінети були по всій Європі, в тому числі «Die Geheime Kabinettskanzlei» у Відні, перше дешифровальной відділення в Німеччині під начальством графа Гронсфельда , група Джона Валліса в Англії. До, під час і після війни за незалежність США вони виявилися здатні розкрити велику частину колоніальних шифрів. Більшість з них було закрито до середини XIX століття, в тому числі, за однією з версій -. Через відсутність збройного протистояння з США
Криптографія в британських колоніях і США
Бенедикт Арнольд
Однак у британських колоніях, найчастіше, централізованих організацій не було - перехоплення і дешифрування виконувалися звичайними службовцями, при можливості. Відомий випадок дешифрування листа 1775 головного хірурга армії США (англ. хірург генерал армії США) Бенджаміна Черча (англ. Бенджамін Церква), адресований британцям, в якому він ставив командування ворога до відома про армію США близько Бостона. Хоча в листі не містилося дійсно секретних даних, його попросили припинити подібну листування. Бенедикт Арнольд, генерал армії США, відомий в тому числі через використання «кодової книги», копія якої повинна бути у кожного відправника і одержувача повідомлень. Шифр полягав у вказівці позиції слова в книзі, в тому числі сторінки, рядки і номери в рядку. Цей метод отримав назву книжкового шифру.
Батьком криптографії США називають вчителя і державного діяча Джеймса Ловелл (англ. Джеймс Ловелл). Під час війни за незалежність США він дешифрував безліч британських повідомлень, одне з яких заклало основу для остаточної перемоги у війні. У майбутньому Ловелл став членом комітету з секретної кореспонденції, четвертим, після Бенджаміна Франкліна (Пенсільванія), Бенджаміна Харрісона (Віргінія) і Томаса Джонсона (англ. Thomas Johnson) (Меріленд). Саме там Джеймс заслужив своє визнання експерта конгресу з криптографії і став називатися батьком американської криптографії.
Томас Джефферсон У 1790-х роках майбутній президент США Томас Джефферсон побудував одну з перших механічних роторних машин, спрощує використання поліалфавітних шифрів . Серед інших авторів-винахідників варто відзначити полковника Десіуса Вадсворта (англ. Деція Wadsworth), винахідника машини з обертальними шифрувальними дисками з різною кількістю букв. Хоча він винайшов її в 1817 році, вся слава дісталася Чарлзу Уїтстона за аналогічну машину, представлену на Всесвітній виставці 1867 року в Парижі. Однак поширення роторні машини отримали лише на початку XX століття. Значний поштовх криптографії дало винахід телеграфу. Сама передача даних перестала бути секретною, і повідомлення, в теорії, міг перехопити хто завгодно. Інтерес до криптографії зріс в тому числі і серед простого населення, внаслідок чого багато спробували створити індивідуальні системи шифрування. Перевага телеграфу було явним і на полі бою, де командувач повинен був віддавати негайні накази по всій лінії фронту або хоча б на всьому полі бою, а також отримувати інформацію з місць подій. Це послужило поштовхом до розвитку польових шифрів. Спочатку армія США використовувала шифр Віженер з коротким ключовим словом, однак, після відкриття методу Касіскі в 1863 році, він був замінений .
Подальший прогрес був пов'язаний як з індивідуальними, так і з державними дослідженнями. У 1854 році Чарльз Уїтстона описав, а Ліон Плейфера (англ. Ліон Playfair) домігся застосування британськими збройними силами нового шифру, як його пізніше назвуть - шифру Плейфера.
