Muinaisista ajoista lähtien salauksia on käytetty salausten pitämiseen. Yksi vanhimmista salausjärjestelmistä, joista historia on tuonut meille tietoa, vaeltaa. Muinaiset kreikkalaiset käyttivät sitä jo 5. vuosisadalla eKr. Siihen aikaan Sparta, Persian tukemana, kävi sotaa Ateenaa vastaan. Spartalainen kenraali Lysander alkoi epäillä persialaisia kaksinkertaisesta pelistä. Hän tarvitsi kiireesti oikeaa tietoa heidän aikomuksistaan. Kriittisimmällä hetkellä sanansaattaja -orja saapui persialaisleiriltä virallisella kirjeellä. Luettuaan kirjeen Lysander vaati lähettäjältä vyötä. Osoittautuu, että tällä vyöllä uskollinen ystävä (nyt sanoisimme "salainen agentti") Lysandra kirjoitti salatun viestin. Lähettilään vyölle kirjoitettiin erilaisia kirjeitä epäjärjestyksessä, mikä ei lisännyt mitään sanoja. Lisäksi kirjeitä ei kirjoitettu vyötäröllä, vaan poikki. Lysander otti tietyn halkaisijan omaavan puisen sylinterin (vaeltava), kääritti sanansaattajan vyön sen ympärille niin, että vyön reunat sulkeutuivat, ja hänen odottamansa viesti oli rivissä vyöllä vyöhykettä pitkin sylinteri. Kävi ilmi, että persialaiset suunnittelivat lyövänsä spartalaisia yllättävällä puukolla selkään ja tappoivat Lysanderin kannattajat. Saatuaan tämän viestin Lysander laskeutui odottamatta ja salaa lähelle persialaisten joukkoja ja voitti heidät äkillisellä iskulla. Tämä on yksi ensimmäisistä tunnetuista tapauksista historiassa, jossa salausviestillä oli erittäin tärkeä rooli.
Se oli permutaatiosalaus, jonka salakirjoitusteksti koostuu selkeistä tekstistä, jotka on järjestetty uudelleen tietyn, mutta ulkopuolisten tunteman lain mukaan. Salausjärjestelmä tässä on kirjainten permutaatio, toimet ovat vyön käämitystä vaeltamisen ympärille. Salausavain on vaeltamisen halkaisija. On selvää, että viestin lähettäjällä ja vastaanottajalla on oltava halkaisijaltaan samanlaiset köydet. Tämä vastaa sääntöä, jonka mukaan salausavaimen on oltava sekä lähettäjän että vastaanottajan tiedossa. Vaeltaminen on yksinkertaisin salauslaji. Riittää poimia useita erikokoisia vaelluksia, ja kun vyö on rullattu yhteen niistä, tavallinen teksti ilmestyy. Tämä salausjärjestelmä purettiin muinaisina aikoina. Vyö käärittiin kartiomaiselle vaellukselle lievällä kartiolla. Jos kartiomaisen skitalan poikkileikkausläpimitta on lähellä salauksessa käytettyä halkaisijaa, sanoma luetaan osittain, minkä jälkeen vyö rullataan halutun halkaisijan ympäri.
Julius Caesar käytti laajalti erityyppisiä salauksia (korvaavia salauksia), jota pidetään jopa yhden salauksen keksijänä. Caesar -salakirjoituksen ajatus oli, että paperille (papyrus tai pergamentti) kaksi kieltä, jolla viesti kirjoitetaan, kirjoitetaan peräkkäin. Toinen aakkoset on kuitenkin kirjoitettu ensimmäisen alle tietyllä (vain lähettäjän ja vastaanottajan tiedossa oleva siirto). Caesar -salakirjan osalta tämä siirto on kolme asemaa. Ensimmäisen (ylemmän) aakkoston vastaavan selkeän tekstin sijaan tämän kirjaimen alla oleva aakkosen merkki kirjoitetaan viestiin (salakirjoitusteksti). Luonnollisesti tällainen salausjärjestelmä voidaan helposti rikkoa jopa maallikon toimesta, mutta tuolloin Caesarin salausta pidettiin rikkomattomana.
Muinaiset kreikkalaiset keksivät hieman monimutkaisemman salauksen. He kirjoittivat aakkoset 5 x 5 taulukon muodossa, merkitsivät rivejä ja sarakkeita symboleilla (toisin sanoen numeroivat ne) ja kirjoittivat kaksi symbolia selkeän tekstin sijaan. Jos nämä merkit annetaan sanomassa yksittäisenä lohkona, niin yhden tietyn taulukon lyhytsanomilla tällainen salaus on erittäin vakaa, jopa nykyaikaisten käsitteiden mukaan. Tätä ajatusta, joka on noin kaksi tuhatta vuotta vanha, käytettiin monimutkaisissa salauksissa ensimmäisen maailmansodan aikana.
Rooman valtakunnan romahtamiseen liittyi salauksen heikkeneminen. Historia ei ole säilyttänyt merkittävää tietoa salakirjoituksen kehityksestä ja soveltamisesta varhais- ja keskiajalla. Ja vain tuhat vuotta myöhemmin salaus on elvyttämässä Euroopassa. 1500 -luku Italiassa on juonittelun, salaliiton ja myllerryksen vuosisata. Borgian ja Medicin klaanit pyrkivät poliittiseen ja taloudelliseen valtaan. Tällaisessa ilmapiirissä salauksista ja koodeista tulee elintärkeitä.
Vuonna 1518 Saksassa asuva benediktiinimunkki apotti Trithemius julkaisi latinaksi kirjan nimeltä Polygraphy. Se oli ensimmäinen salaustekniikkaa käsittelevä kirja, ja se käännettiin pian ranskaksi ja saksaksi.
Vuonna 1556 Milanon lääkäri ja matemaatikko Girolamo Cardano julkaisi teoksen, jossa kuvattiin keksimäänsä salausjärjestelmää, joka meni historiaan nimellä "Cardano Lattice". Se on pala pahvia, jonka reiät on leikattu satunnaisessa järjestyksessä. Cardano -hila oli ensimmäinen permutaatiokoodin sovellus.
Sitä pidettiin ehdottoman vahvana salakirjoituksena jopa viime vuosisadan jälkipuoliskolla, ja matematiikan kehitys oli riittävän korkea. Niinpä Jules Vernen romaanissa "Mathias Sandor" dramaattiset tapahtumat kehittyvät kyyhkysen kanssa lähetetyn salauskirjeen ympärille, mutta vahingossa joutuivat poliittisen vihollisen käsiin. Lukemaan tämän kirjeen hän meni kirjeen kirjoittajan luo palvelijaksi etsimään talostaan salakirjoitusverkkoa. Romaanissa kenelläkään ei ole ajatusta yrittää purkaa kirjainta ilman avainta vain käytetyn salausjärjestelmän tuntemuksen perusteella. Muuten, siepattu kirje näytti 6 x 6 kirjaimen taulukolta, mikä oli salauslaitteen törkeä virhe. Jos sama kirjain olisi kirjoitettu merkkijonona ilman välilyöntejä ja lisäysten avulla saatujen kirjainten kokonaismäärä ei olisi 36, salauksenpurkijan olisi silti testattava hypoteesit käytetystä salausjärjestelmästä.
Voit laskea 6 x 6 Cardano -ristikon tarjoamien salausvaihtoehtojen määrän. Tällaisen ristikon salauksen purkaminen kymmeniä miljoonia vuosia! Cardanon keksintö osoittautui erittäin sitkeäksi. Sen perusteella luotiin toisen maailmansodan aikana yksi Ison -Britannian kestävimmistä merivoimien salauksista.
Tähän mennessä on kuitenkin kehitetty menetelmiä, joiden avulla tällainen järjestelmä voidaan tietyissä olosuhteissa tulkita riittävän nopeasti.
Tämän ristikon haittana on tarve piilottaa itse hila luotettavasti vierailta. Vaikka joissakin tapauksissa on mahdollista muistaa rakojen sijainti ja numerointijärjestys, kokemus osoittaa, että henkilön muistiin ei voida luottaa, varsinkin kun järjestelmää käytetään harvoin. Romaanissa "Matthias Sandor" ritilän siirtyminen vihollisen käsiin oli traagisimmat seuraukset kirjeen kirjoittajalle ja koko vallankumoukselliselle järjestölle, jonka jäsen hän oli. Siksi joissakin tapauksissa saattaa olla parempi käyttää vähemmän vahvoja, mutta yksinkertaisempia salausjärjestelmiä, jotka on helppo palauttaa muistista.
Kaksi ihmistä voisi vaatia "modernin salakirjoituksen isän" arvon yhtä menestyksekkäästi. He ovat italialainen Giovanni Battista Porta ja ranskalainen Blaise de Vigenère.
Vuonna 1565 Giovanni Porta, matemaatikko Napolista, julkaisi korvauspohjaisen salausjärjestelmän, joka mahdollisti minkä tahansa selväkielisen merkin korvaamisen salakirjaimella yksitoista eri tavalla. Tätä varten otetaan 11 salauskirjainta, joista jokainen tunnistetaan kirjainparilla, joka määrittää, mitä aakkosia tulisi käyttää pelkän tekstin korvaamiseen salakirjoituksella. Kun käytät Ports -salauskirjoituksia, sinulla on oltava 11 aakkosen lisäksi avainsana, joka määrittelee vastaavan salauskirjoituksen jokaisessa salausvaiheessa.
Giovanni Portan pöytä
Yleensä viestin salakirjoitusteksti kirjoitetaan yhtenä kappaleena. Teknisillä tietoliikenneyhteyksillä se lähetetään yleensä viisinumeroisina ryhminä, jotka on erotettu toisistaan välilyönnillä, kymmenen ryhmää linjaa kohti.
Ports -järjestelmä on erittäin kestävä, varsinkin kun aakkoset valitaan ja kirjoitetaan satunnaisesti, jopa nykyaikaisten kriteerien mukaan. Mutta sillä on myös haittoja: molemmilla kirjeenvaihtajilla on oltava melko raskaat pöydät, jotka on pidettävä uteliailta katseilta. Lisäksi sinun on jotenkin sovittava avainsanasta, jonka pitäisi myös olla salainen.
Diplomaatti Vigenère ratkaisi nämä ongelmat. Roomassa hän tutustui Trithemiuksen ja Cardanon teoksiin, ja vuonna 1585 hän julkaisi teoksensa "A Treatise on Ciphers". Kuten Ports-menetelmä, myös Vigenère-menetelmä perustuu taulukkoon. Vigenere -menetelmän tärkein etu on sen yksinkertaisuus. Porttijärjestelmän tavoin Vigenère -järjestelmä vaatii salauksen avainsanan (tai lauseen), jonka kirjaimet määrittävät, mitkä 26 salauskirjaimesta salaavat tavallisen tekstin kunkin kirjaimen. Avaintekstin kirjain määrittää sarakkeen, ts. erityinen aakkoset. Itse salatekstin kirjain on taulukon sisällä, joka vastaa selkeän tekstin kirjainta. Vigenere -järjestelmä käyttää vain 26 salausrasvaa ja on lujuudeltaan huonompi kuin Ports -järjestelmä. Mutta Vigenere -taulukko on helppo palauttaa muistista ennen salausta ja tuhota sitten. Järjestelmän vakautta voidaan lisätä sopimalla avainsanasta, mutta pitkästä avauslausekkeesta, silloin salakirjoitusten käyttöaika on paljon vaikeampi määrittää.
Vigenèren salaus
Kaikki salausjärjestelmät ennen 1900 -lukua olivat manuaalisia. Alhaisella salausvaihdon intensiteetillä tämä ei ollut haitta. Kaikki muuttui lennätimen ja radion myötä. Teknisten viestintävälineiden avulla tapahtuvan salausviestien vaihdon voimakkuuden lisääntymisen myötä luvattomien henkilöiden pääsy lähetettyihin viesteihin on tullut paljon helpommaksi. Vaatimukset salausten monimutkaisuudelle, tietojen salauksen (salauksen purkamisen) nopeudelle ovat lisääntyneet dramaattisesti. Tämä työ tuli koneellistaa.
Ensimmäisen maailmansodan jälkeen salausliiketoiminta alkoi kehittyä nopeasti. Uusia salausjärjestelmiä kehitetään, keksitään koneita, jotka nopeuttavat salausprosessia. Tunnetuin oli mekaaninen salauskone "Hagelin". Näitä koneita valmistavan yrityksen perusti ruotsalainen Boris Hagelin, ja se on edelleen olemassa. Hagelin oli kompakti, helppokäyttöinen ja siinä oli suuri lujuus. Tämä salauskone toteutti korvausperiaatteen, ja käytettyjen salakirjoituskoodien määrä ylitti Ports-järjestelmän aakkoset, ja siirtyminen salakirjoituksesta toiseen suoritettiin näennäissatunnaisesti.
Auto Hagellin C-48
Teknisesti koneen käytössä käytettiin koneiden ja mekaanisten automaattikoneiden lisäämisen toimintaperiaatteita. Myöhemmin tähän koneeseen tehtiin parannuksia sekä matemaattisesti että mekaanisesti. Tämä lisäsi merkittävästi järjestelmän kestävyyttä ja käytettävyyttä. Järjestelmä osoittautui niin onnistuneeksi, että tietotekniikkaan siirtymisen aikana Hagelinin periaatteet mallinnettiin sähköisesti.
Toinen vaihtoehto korvaavan salauksen toteuttamiseksi oli levykoneet, jotka olivat alusta alkaen sähkömekaanisia. Auton tärkein salauslaite oli joukko levyjä (3–6 kappaletta), jotka on asennettu yhdelle akselille, mutta ei jäykästi, ja siten, että levyt voivat pyöriä akselin ympäri toisistaan riippumatta. Levyllä oli kaksi pohjaa, jotka oli valmistettu bakeliitista ja joihin liittimet painettiin aakkosten kirjainten mukaan. Tässä tapauksessa yhden tukiaseman koskettimet yhdistettiin sähköisesti sisäisesti toisen tukiaseman koskettimien kanssa pareittain mielivaltaisesti. Kunkin levyn lähtökoskettimet, viimeistä lukuun ottamatta, on kytketty kiinteiden kosketuslevyjen kautta seuraavan levyn tuloliittimiin. Lisäksi jokaisella levyllä on laippa, jossa on ulkonemia ja syvennyksiä, jotka yhdessä määrittävät kunkin levyn askelliikkeen luonteen kussakin salausjaksossa. Kussakin kellojaksossa salaus suoritetaan sykkivällä jännitteellä, joka vastaa pelkkää tekstiä vastaavaa kytkentäjärjestelmän tuloliitintä. Kytkinjärjestelmän lähdössä jännite näkyy koskettimessa, joka vastaa salakirjoitustekstin nykyistä kirjainta. Kun yksi salausjakso on suoritettu, levyjä pyöritetään toisistaan riippumatta yksi tai useampi vaihe (tässä tapauksessa jotkut levyt voivat olla täysin käyttämättömiä jokaisessa vaiheessa). Liikelaki määräytyy kiekkojen laippojen kokoonpanon perusteella, ja sitä voidaan pitää pseudosatunnaisena. Nämä koneet olivat laajalle levinneitä, ja niiden takana olevat ideat mallinnettiin myös sähköisesti elektronisen tietojenkäsittelyn aikakauden kynnyksellä. Tällaisten koneiden tuottaman salauksen lujuus oli myös poikkeuksellisen korkea.
Toisen maailmansodan aikana Enigma -levykoneella salattiin Hitlerin kirjeenvaihto Rommelin kanssa. Yksi ajoneuvoista oli lyhyen ajan Britannian tiedustelupalvelun käsissä. Kun he olivat tehneet siitä tarkan kopion, britit pystyivät purkamaan salaisen kirjeenvaihdon.
Seuraava kysymys on aiheellinen: onko mahdollista luoda ehdottoman vahva salaus, ts. sellainen, jota ei paljasteta edes teoreettisesti. Kybernetiikan isä Norbert Wiener väitti:”Kaikki riittävän pitkät salakirjoitustekstit voidaan aina purkaa, jos vastustajalla on siihen riittävästi aikaa … Mikä tahansa salaus voidaan purkaa, jos siihen on kiireellinen tarve ja tiedot, joiden oletetaan hankittavan, ovat hintansa arvoisia. vaivaa ja aikaa . Jos puhumme salauksesta, joka on luotu minkä tahansa tarkasti ja yksiselitteisesti määritellyn algoritmin mukaisesti, olipa se kuinka monimutkainen tahansa, niin näin todella on.
Kuitenkin amerikkalainen matemaatikko ja tietojenkäsittelyasiantuntija Claude Shannon osoitti, että ehdottomasti vahva salaus voitaisiin luoda. Samaan aikaan ei ole käytännöllistä eroa ehdottoman vahvan salauksen ja niin kutsutun käytännön vahvuussalauksen välillä (toteutettu käyttämällä erityisesti kehitettyjä monimutkaisia algoritmeja). Täysin vahva salaus on luotava ja käytettävä seuraavasti:
- salaus ei luoda mitään algoritmia käyttäen, vaan täysin satunnaisella tavalla (kolikon heittäminen, kortin avaaminen satunnaisesti hyvin sekoitetusta pakasta, satunnaislukugeneraattorin luominen koodidiodilla jne.).);
- salakirjoitustekstin pituus ei saisi ylittää luodun salauksen pituutta, ts. yhden salausmerkin on käytettävä yhden tekstin salaamista.
Luonnollisesti tässä tapauksessa kaikkien salausten oikean käsittelyn edellytysten on täytyttävä, eikä ennen kaikkea tekstiä voida salata uudelleen kerran käytetyllä salauksella.
Täysin vahvoja salauksia käytetään tapauksissa, joissa kirjeenvaihdon vihollisen on täysin mahdotonta purkaa salausta. Tällaisia salauksia käyttävät erityisesti laittomat agentit, jotka toimivat vihollisen alueella ja käyttävät salausmerkintöjä. Muistikirja koostuu sivuista, joissa on numeroita, jotka on valittu satunnaisesti ja joita kutsutaan lohkosalaukseksi.
Salausmenetelmät ovat erilaisia, mutta yksi yksinkertaisimmista on seuraava. Aakkosten kirjaimet on numeroitu kaksinumeroisilla numeroilla A - 01, B - 02 … Z - 32. Sitten viesti "Valmis kohtaamaan" näyttää tältä:
pelkkä teksti - VALMIS KOKOAMISEKSI;
avoin digitaalinen teksti - 0415191503 11 03181917062406;
lohkosalaus - 1123583145 94 37074189752975;
salakirjoitusteksti - 1538674646 05 30155096714371.
Tässä tapauksessa salakirjoitusteksti saadaan lisäämällä numeerisesti tavallista digitaalista tekstiä ja lohkosalausmoduulia 10 (eli mahdollisia siirtoyksiköitä ei oteta huomioon). Teknisten viestintävälineiden kautta lähetettäväksi tarkoitettu salateksti on viisinumeroisia ryhmiä, tässä tapauksessa sen pitäisi näyttää tältä: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (4 viimeistä numeroa lisätään mielivaltaisesti, eikä niitä oteta huomioon). Luonnollisesti on tarpeen ilmoittaa vastaanottajalle, mitä salausmuistikirjan sivua käytetään. Tämä tehdään ennalta määrätyssä paikassa pelkkänä tekstinä (numeroina). Salauksen jälkeen käytetty salauslaitesivu repäistään pois ja tuhotaan. Kun puretaan vastaanotetun salausohjelman salausta, sama salaus on vähennettävä salakirjoitustekstistä modulo 10. Luonnollisesti tällainen muistikirja on pidettävä erittäin hyvin ja salaa, koska jo sen läsnäolo, jos se tulee vihollisen tietoon, tarkoittaa agentin epäonnistumista.
Sähköisten tietojenkäsittelylaitteiden, erityisesti henkilökohtaisten tietokoneiden, saapuminen merkitsi uutta aikakautta salakirjoituksen kehityksessä. Tietokonelaitteiden monista eduista voidaan mainita seuraavat:
a) poikkeuksellisen nopea tiedonkäsittely, b) kyky syöttää ja salata nopeasti aiemmin valmistettu teksti, c) mahdollisuus käyttää monimutkaisia ja erittäin vahvoja salausalgoritmeja, d) hyvä yhteensopivuus nykyaikaisten viestintäjärjestelmien kanssa, e) tekstin nopea visualisointi ja mahdollisuus tulostaa tai poistaa se nopeasti, f) kyky pitää yhdessä tietokoneessa erilaisia salausohjelmia, jotka estävät pääsyn niihin
luvattomat henkilöt, jotka käyttävät salasanajärjestelmää tai sisäistä salaussuojaa, g) salatun materiaalin yleismaailmallisuus (eli tietyissä olosuhteissa tietokoneen salausalgoritmi voi salata aakkosnumeeristen tietojen lisäksi myös puhelinkeskusteluja, valokuva -asiakirjoja ja videomateriaaleja).
On kuitenkin huomattava, että järjestettäessä tietosuojaa sen kehittämisen, tallennuksen, siirron ja käsittelyn aikana on noudatettava järjestelmällistä lähestymistapaa. Tietovuodolle on monia mahdollisia tapoja, ja jopa hyvä salaussuoja ei takaa sen turvallisuutta, ellei muita toimenpiteitä toteuteta sen suojaamiseksi.
Viitteet:
Adamenko M. Klassisen kryptologian perusteet. Salausten ja koodien salaisuudet. M.: DMK-lehdistö, 2012. S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. The Ciphers Book. M.: Avanta +, 2009. S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
