Sejak zaman dahulu lagi, cipher telah digunakan untuk menyimpan rahsia. Salah satu sistem cipher yang paling kuno, maklumat mengenai sejarah yang dibawa kepada kita, adalah mengembara. Ia digunakan oleh orang Yunani kuno sejak abad ke-5 SM. Pada masa itu, Sparta, yang disokong oleh Parsi, berperang melawan Athens. Jeneral Spartan Lysander mula mencurigai orang Persia permainan berganda. Dia sangat memerlukan maklumat benar mengenai niat mereka. Pada saat yang paling genting, seorang hamba utusan tiba dari kem Parsi dengan surat rasmi. Setelah membaca surat itu, Lysander meminta tali pinggang dari utusan. Ternyata di tali pinggang ini seorang teman setia (sekarang kita akan mengatakan "agen rahsia") Lysandra menulis mesej yang disulitkan. Di tali pinggang utusan, pelbagai surat ditulis dengan kekacauan, yang tidak menambah kata-kata. Lebih-lebih lagi, surat-surat itu ditulis bukan di sepanjang pinggang, tetapi di seberang. Lysander mengambil silinder kayu berdiameter tertentu (mengembara), melilitkan tali pinggang pemesejan di sekelilingnya sedemikian rupa sehingga tepi tali pinggang tertutup rapat, dan mesej yang ditantinya berbaris di tali pinggang di sepanjang generatrix silinder. Ternyata orang-orang Parsi bersekongkol untuk menyerang orang Spartan dengan tusukan mengejut di belakang dan membunuh penyokong Lysander. Setelah menerima mesej ini, Lysander tiba-tiba dan diam-diam mendarat di dekat lokasi pasukan Parsi dan dengan tiba-tiba tewas mengalahkan mereka. Ini adalah salah satu kes pertama yang diketahui dalam sejarah di mana mesej penyimpan memainkan peranan yang sangat penting.
Itu adalah cipher permutasi, teks ciphernya terdiri dari huruf-huruf biasa yang disusun menurut undang-undang tertentu, tetapi tidak diketahui oleh orang luar. Sistem cipher di sini adalah permutasi huruf, tindakannya adalah penggulungan tali pinggang di sekitar pengembara. Kunci cipher adalah diameter pengembara. Jelas bahawa pengirim dan penerima mesej mesti mempunyai tali dengan diameter yang sama. Ini sesuai dengan peraturan bahawa kunci penyulitan mesti diketahui oleh pengirim dan penerima. Mengembara adalah jenis cipher yang paling mudah. Cukup untuk mengambil beberapa pengembaraan dari berbagai diameter, dan setelah menggulung tali pinggang pada salah satu daripadanya, teks biasa akan muncul. Sistem penyulitan ini didekripsi pada zaman dahulu. Tali pinggang itu dililit pada pengembaraan berbentuk kerucut dengan sedikit meruncing. Di mana diameter keratan rentas skitala kerucut dekat dengan diameter yang digunakan untuk enkripsi, mesej dibaca sebahagiannya, setelah itu tali pinggang dililit di sekitar skitala dari diameter yang diperlukan.
Julius Caesar banyak menggunakan cipher dari jenis yang berbeza (pengganti cipher), yang bahkan dianggap sebagai penemu salah satu cipher ini. Idea cipher Caesar adalah bahawa di atas kertas (papirus atau perkamen) dua abjad bahasa di mana mesej akan ditulis ditulis satu di bawah yang lain. Walau bagaimanapun, abjad kedua ditulis di bawah yang pertama dengan yang tertentu (hanya diketahui oleh pengirim dan penerima, shift). Untuk cipher Caesar, pergeseran ini sama dengan tiga kedudukan. Daripada huruf plaintext yang sesuai, yang diambil dari abjad pertama (atas), huruf abjad bawah di bawah huruf ini ditulis ke dalam mesej (ciphertext). Secara semula jadi, sekarang sistem cipher seperti itu dapat dengan mudah dihancurkan bahkan oleh orang awam, tetapi pada masa itu Caesar cipher dianggap tidak dapat dipecahkan.
Cipher yang agak kompleks dicipta oleh orang Yunani kuno. Mereka menulis abjad dalam bentuk tabel 5 x 5, baris dan lajur yang dilambangkan dengan simbol (iaitu, mereka bernomornya) dan menulis dua simbol dan bukan huruf biasa. Sekiranya watak-watak ini diberikan dalam satu pesan sebagai satu blok, maka dengan pesanan ringkas untuk satu meja tertentu, penyekat seperti itu sangat stabil, bahkan sesuai dengan konsep moden. Idea ini, yang berusia sekitar dua ribu tahun, digunakan dalam cipher kompleks semasa Perang Dunia Pertama.
Kejatuhan Empayar Rom disertai dengan penurunan kriptografi. Sejarah tidak menyimpan maklumat penting mengenai pengembangan dan penerapan kriptografi pada Zaman Pertengahan awal dan pertengahan. Dan hanya seribu tahun kemudian, kriptografi hidup semula di Eropah. Abad keenam belas di Itali adalah abad intrik, konspirasi dan kekacauan. Kaum Borgia dan Medici bersaing untuk mendapatkan kuasa politik dan kewangan. Dalam suasana seperti itu, cipher dan kod menjadi penting.
Pada tahun 1518, Abbot Trithemius, seorang bhikkhu Benediktin yang tinggal di Jerman, menerbitkan sebuah buku dalam bahasa Latin yang disebut Polygraphy. Ini adalah buku pertama mengenai seni kriptografi dan segera diterjemahkan ke dalam bahasa Perancis dan Jerman.
Pada tahun 1556, doktor dan ahli matematik dari Milan Girolamo Cardano menerbitkan sebuah karya yang menggambarkan sistem penyulitan yang diciptakannya, yang turun dalam sejarah sebagai "Cardano Lattice". Ia adalah sekeping kadbod keras dengan lubang yang dipotong mengikut urutan. Kisi Cardano adalah aplikasi pertama penyisipan permutasi.
Ia dianggap sebagai sandiwara yang sangat kuat bahkan pada separuh kedua abad yang lalu, dengan tahap perkembangan matematik yang cukup tinggi. Oleh itu, dalam novel karya Jules Verne "Mathias Sandor", peristiwa-peristiwa dramatik berkembang di sekitar sepucuk surat yang dikirim dengan merpati, tetapi secara tidak sengaja jatuh ke tangan musuh politik. Untuk membaca surat ini, dia pergi ke pengarang surat itu sebagai pelayan untuk mencari cipher grid di rumahnya. Dalam novel itu, tidak ada yang mempunyai idea untuk mencuba mendekripsi surat tanpa kunci, hanya berdasarkan pengetahuan tentang sistem penyisipan yang diterapkan. Ngomong-ngomong, surat yang dipintas itu kelihatan seperti jadual huruf 6 x 6, yang merupakan kesalahan besar penyulitan. Sekiranya huruf yang sama ditulis dalam rentetan tanpa spasi dan jumlah huruf dengan bantuan penambahan itu tidak 36, dekriptor masih perlu menguji hipotesis mengenai sistem penyulitan yang digunakan.
Anda boleh mengira bilangan pilihan penyulitan yang disediakan oleh kisi Cardano 6 x 6. menguraikan kisi sedemikian selama beberapa puluhan juta tahun! Penemuan Cardano terbukti sangat gigih. Pada asasnya, semasa Perang Dunia Kedua, salah satu cipher tentera laut paling tahan lama dibuat di Great Britain.
Namun, sekarang, kaedah telah dikembangkan yang memungkinkan, dalam keadaan tertentu, menguraikan sistem sedemikian dengan cukup cepat.
Kelemahan kisi ini adalah keperluan menyembunyikan kisi dengan pasti dari orang asing. Walaupun dalam beberapa keadaan mungkin untuk mengingat lokasi slot dan urutan penomboran mereka, pengalaman menunjukkan bahawa ingatan seseorang, terutama ketika sistem jarang digunakan, tidak dapat diandalkan. Dalam novel "Matthias Sandor" peralihan kisi ke tangan musuh mempunyai akibat yang paling tragis bagi pengarang surat itu dan untuk seluruh organisasi revolusioner yang menjadi anggotanya. Oleh itu, dalam beberapa kes, sistem penyulitan yang kurang kuat, tetapi lebih mudah yang senang dipulihkan dari memori mungkin lebih disukai.
Dua orang boleh menuntut gelaran "bapa kriptografi moden" dengan kejayaan yang sama. Mereka adalah Giovanni Battista Porta dari Itali dan Blaise de Vigenère dari Perancis.
Pada tahun 1565, Giovanni Porta, seorang ahli matematik dari Naples, menerbitkan sistem cipher berasaskan penggantian yang membolehkan mana-mana watak teks biasa diganti dengan huruf cipher dengan sebelas cara yang berbeza. Untuk ini, 11 huruf cipher diambil, masing-masing dikenal pasti oleh sepasang huruf yang menentukan abjad mana yang harus digunakan untuk menggantikan huruf plaintext dengan abjad cipher. Semasa menggunakan abjad cipher Ports, selain memiliki 11 abjad, anda juga perlu mempunyai kata kunci yang menentukan abjad cipher yang sesuai pada setiap langkah penyulitan.
Meja Giovanni Porta
Biasanya ciphertext dalam mesej ditulis dalam satu bahagian. Pada talian komunikasi teknikal, biasanya dihantar dalam bentuk kumpulan lima digit, dipisahkan antara satu sama lain dengan spasi, sepuluh kumpulan setiap baris.
Sistem Pelabuhan mempunyai daya tahan yang sangat tinggi, terutama ketika memilih dan menulis huruf secara rawak, bahkan sesuai dengan kriteria moden. Tetapi ia juga mempunyai keburukan: kedua-dua wartawan mesti mempunyai jadual yang agak rumit yang mesti dijaga dari mata memandang. Di samping itu, anda perlu bersetuju dengan kata kunci, yang juga harus dirahsiakan.
Masalah-masalah ini diselesaikan oleh diplomat Vigenère. Di Rom, dia berkenalan dengan karya Trithemius dan Cardano, dan pada tahun 1585 ia menerbitkan karyanya "A Treatise on Ciphers." Seperti kaedah Ports, kaedah Vigenère berdasarkan jadual. Kelebihan utama kaedah Vigenere adalah kesederhanaannya. Seperti sistem Ports, sistem Vigenère memerlukan kata kunci (atau frasa) untuk enkripsi, huruf-hurufnya menentukan mana dari 26 abjad cipher yang mana setiap huruf tertentu dari teks biasa akan dienkripsi oleh. Huruf teks utama menentukan lajur, iaitu abjad cipher tertentu. Huruf ciphertext itu sendiri ada di dalam jadual yang sepadan dengan huruf teks biasa. Sistem Vigenere hanya menggunakan 26 cipherfats dan lebih rendah kekuatannya dengan sistem Ports. Tetapi jadual Vigenere mudah dipulihkan dari memori sebelum penyulitan, dan kemudian hancurkan. Kestabilan sistem dapat ditingkatkan dengan menyetujui bukan pada kata kunci, tetapi pada frasa kunci yang panjang, maka jangka masa penggunaan huruf cipher akan jauh lebih sukar untuk ditentukan.
Vigenère cipher
Semua sistem penyulitan sebelum abad kedua puluh adalah manual. Dengan intensiti pertukaran cipher yang rendah, ini bukanlah satu kerugian. Semuanya berubah dengan munculnya telegraf dan radio. Dengan peningkatan intensiti pertukaran mesej cipher dengan cara komunikasi teknikal, akses orang yang tidak dibenarkan ke mesej yang dihantar menjadi lebih mudah. Keperluan untuk kerumitan cipher, kelajuan penyulitan (penyahsulitan) maklumat telah meningkat secara mendadak. Menjadi mustahak untuk mengautkan kerja ini.
Selepas Perang Dunia Pertama, perniagaan enkripsi mula berkembang dengan pesat. Sistem penyulitan baru sedang dikembangkan, mesin diciptakan yang mempercepat proses penyulitan (penyahsulitan). Yang paling terkenal ialah mesin cipher mekanikal "Hagelin". Syarikat untuk pengeluaran mesin-mesin ini ditubuhkan oleh Boris Hagelin dari Sweden dan masih ada hingga sekarang. Hagelin itu ringkas, mudah digunakan, dan memberikan kekuatan cipher yang tinggi. Mesin cipher ini menerapkan prinsip penggantian, dan jumlah huruf cipher yang digunakan melebihi dari sistem Ports, dan peralihan dari satu abjad cipher ke yang lain dilakukan dengan cara pseudo-acak.
Kereta Hagellin C-48
Dari segi teknologi, operasi mesin menggunakan prinsip operasi menambah mesin dan mesin automatik mekanikal. Kemudian, mesin ini mengalami peningkatan, baik secara matematik dan mekanikal. Ini meningkatkan ketahanan dan kebolehgunaan sistem dengan ketara. Sistem ini ternyata begitu berhasil sehingga selama peralihan ke teknologi komputer, prinsip-prinsip yang dinyatakan dalam Hagelin dimodelkan secara elektronik.
Pilihan lain untuk pelaksanaan pengganti cipher adalah mesin cakera, yang dari awal mereka adalah elektromekanik. Peranti penyulitan utama di dalam kereta adalah sekumpulan cakera (dari 3 hingga 6 keping), dipasang pada satu paksi, tetapi tidak kaku, dan sedemikian rupa sehingga cakera dapat berputar di sekitar paksi secara bebas antara satu sama lain. Cakera mempunyai dua alas, terbuat dari bakelite, di mana terminal kenalan ditekan sesuai dengan jumlah huruf abjad. Dalam kes ini, kenalan satu pangkalan dihubungkan secara elektrik secara dalaman dengan kenalan pangkalan yang lain secara berpasangan secara sewenang-wenangnya. Kenalan output setiap cakera, kecuali yang terakhir, disambungkan melalui plat kenalan tetap ke kenalan input cakera seterusnya. Sebagai tambahan, setiap cakera mempunyai bebibir dengan penonjolan dan tekanan, yang bersama-sama menentukan sifat gerakan langkah setiap cakera pada setiap kitaran penyulitan. Pada setiap pusingan jam, enkripsi dilakukan dengan voltan berdenyut melalui kontak input dari sistem pensuisan yang sesuai dengan huruf teks biasa. Pada keluaran sistem pensuisan, voltan muncul pada kontak, yang sesuai dengan huruf ciphertext terkini. Setelah satu kitaran penyulitan selesai, cakera diputar secara bebas antara satu sama lain dengan satu atau beberapa langkah (dalam kes ini, beberapa cakera mungkin sama sekali tidak berfungsi pada setiap langkah). Hukum gerakan ditentukan oleh konfigurasi bebibir cakera dan boleh dianggap pseudo-random. Mesin-mesin ini tersebar luas, dan idea-idea di belakangnya juga dimodelkan secara elektronik semasa kedatangan era pengkomputeran elektronik. Kekuatan cipher yang dihasilkan oleh mesin sedemikian juga sangat tinggi.
Semasa Perang Dunia II, mesin cakera Enigma digunakan untuk mengenkripsi korespondensi Hitler dengan Rommel. Salah satu kenderaan jatuh ke tangan perisik Britain untuk waktu yang singkat. Setelah membuat salinan yang tepat, orang Inggeris dapat menyahsulitkan surat-menyurat rahsia.
Soalan berikut adalah relevan: adakah mungkin untuk membuat cipher yang sangat kuat, iaitu satu yang akan didedahkan walaupun secara teori. Bapa cybernetics, Norbert Wiener, berpendapat: "Sebarang ciphertext yang cukup panjang selalu dapat didekripsi, dengan syarat lawan mempunyai cukup masa untuk ini … Sebarang cipher dapat didekripsi jika hanya ada keperluan mendesak untuk itu dan maklumat yang sepatutnya diperoleh adalah berbaloi. kaedah usaha dan masa ". Sekiranya kita bercakap mengenai cipher yang dihasilkan sesuai dengan algoritma yang ditentukan dengan tepat dan jelas, tidak kira seberapa rumitnya, maka ini memang berlaku.
Walau bagaimanapun, pakar matematik dan pemprosesan maklumat Amerika Claude Shannon menunjukkan bahawa penyusun yang benar-benar kuat dapat dibuat. Pada masa yang sama, tidak ada perbezaan praktikal antara cipher yang benar-benar kuat dan cipher kekuatan praktikal yang disebut (dilaksanakan menggunakan algoritma kompleks yang dibangunkan khas). Cipher yang benar-benar kuat mesti dihasilkan dan digunakan seperti berikut:
- cipher dihasilkan tidak menggunakan algoritma apa pun, tetapi secara rawak sepenuhnya (melemparkan duit syiling, membuka kad secara rawak dari dek yang bercampur dengan baik, menghasilkan urutan nombor rawak oleh penjana nombor rawak pada diod kebisingan, dll..);
- panjang ciphertext tidak boleh melebihi panjang cipher yang dihasilkan, iaitu. satu watak cipher akan digunakan untuk mengenkripsi satu watak dari teks biasa.
Secara semula jadi, dalam hal ini semua syarat untuk pengendalian cipher yang betul harus dipenuhi dan, di atas semua itu, teks tidak dapat dienkripsi ulang dengan cipher yang telah digunakan sekali.
Cipher yang benar-benar kuat digunakan dalam kes di mana kemustahilan mutlak penyahsulitan oleh musuh surat-menyurat mesti dijamin. Khususnya, cipher seperti itu digunakan oleh ejen haram yang beroperasi di wilayah musuh dan menggunakan nota cipher. Buku nota terdiri daripada halaman dengan lajur nombor, dipilih secara rawak dan disebut blok cipher.
Kaedah penyulitan berbeza, tetapi salah satu yang paling mudah adalah yang berikut. Huruf abjad bernombor dengan nombor dua digit A - 01, B - 02 … Z - 32. Kemudian mesej "Siap bertemu" kelihatan seperti ini:
teks biasa - SIAP MEMENUHI;
buka teks digital - 0415191503 11 03181917062406;
blok cipher - 1123583145 94 37074189752975;
ciphertext - 1538674646 05 30155096714371.
Dalam kes ini, ciphertext diperoleh dengan penambahan berangka dari teks digital biasa dan blok cipher modulo 10 (iaitu, unit pemindahan, jika ada, tidak diambil kira). Ciphertext yang dimaksudkan untuk penghantaran dengan cara komunikasi teknikal mempunyai bentuk kumpulan lima digit, dalam hal ini seharusnya kelihatan seperti: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (4 digit terakhir ditambahkan sewenang-wenangnya dan tidak diambil kira). Secara semula jadi, adalah perlu untuk memberitahu penerima halaman mana dari buku nota cipher yang digunakan. Ini dilakukan di tempat yang telah ditentukan dalam teks biasa (dalam angka). Selepas penyulitan, halaman cipherpad yang digunakan akan dirobek dan dihancurkan. Semasa mendekripsi kriptogram yang diterima, cipher yang sama mesti dikurangkan modulo 10 dari ciphertext. Secara semula jadi, buku nota seperti itu mesti disimpan dengan baik dan rahsia, kerana kenyataannya, jika diketahui oleh musuh, itu bermaksud kegagalan ejen tersebut.
Kedatangan peranti pengkomputeran elektronik, terutama komputer peribadi, menandakan era baru dalam perkembangan kriptografi. Di antara banyak kelebihan peranti jenis komputer, perkara berikut dapat diperhatikan:
a) kelajuan pemprosesan maklumat yang sangat tinggi, b) keupayaan untuk memasukkan dan menyulitkan teks yang telah disediakan dengan cepat, c) kemungkinan menggunakan algoritma penyulitan yang kompleks dan sangat kuat, d) keserasian yang baik dengan kemudahan komunikasi moden, e) visualisasi teks yang pantas dengan kemampuan mencetak atau menghapusnya dengan cepat, f) kemampuan untuk memiliki dalam satu komputer pelbagai program penyulitan dengan menyekat akses kepada mereka
orang yang tidak dibenarkan menggunakan sistem kata laluan atau perlindungan kripto dalaman, g) kesejagatan bahan yang dienkripsi (iaitu, dalam keadaan tertentu, algoritma penyulitan komputer dapat menyulitkan bukan sahaja maklumat alfanumerik, tetapi juga perbualan telefon, dokumen fotografi dan bahan video).
Namun, harus dicatat bahawa dalam mengatur perlindungan informasi selama pengembangan, penyimpanan, pengiriman dan pemprosesannya, pendekatan sistematik harus diikuti. Terdapat banyak kemungkinan kebocoran maklumat, dan bahkan perlindungan kripto yang baik tidak menjamin keselamatannya kecuali langkah-langkah lain diambil untuk melindunginya.
Rujukan:
Adamenko M. Asas kriptologi klasik. Rahsia cipher dan kod. M.: Akhbar DMK, 2012 S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Kitab Ciphers. M.: Avanta +, 2009 S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
