Вперед в прошлое: Криптография

— На всем земном шаре нет ни одного человека, кроме членов нашей шайки, который знал бы тайну пляшущих человечков. Как могли вы написать ее?

— То, что было изобретено одним человеком, может быть понято другим, — сказал Холмс.

Артур Конан Дойль, «Пляшущие человечки»
_______________________________________
__________________________

Умеете хранить секреты? А любите их узнавать? Главный «двигатель» человеческого прогресса — любопытство. Ему противостоит естественный «защитный механизм» — скрытность. Неудивительно, что тяга к сохранению и раскрытию тайн заложена у нас в генах. Желание выведать секреты мироздания развивало науку. Желание уберечь свои секреты от остального мира также привело к созданию особой науки. Зашифрованная информация шла с нами рука об руку — от библейского «Мене, Мене, Текел, Упарсин» до катренов Нострадамуса, от симпатических чернил до радиоканалов автомобильной сигнализации.

Любите ли вы получать письма от близких людей? А теперь представьте, что конверт пришел вскрытым. Неприятно? Все мы имеем право на личную жизнь, однако наши письма перехватываются, телефонные разговоры прослушиваются, багаж досматривается, кредитки клонируются, компьютеры взламываются, а на улицах за нами наблюдают охранные видеокамеры. Методы защиты информации начали разрабатываться тысячи лет назад. Некоторые из них эффективны до сих пор. Вам есть что скрывать? Давайте узнаем, какими способами наши предки уберегали свои секреты от любопытных глаз.


Примерно 3900 лет назад в городе Менет-Хуфу некий каменотес вырезал на гробнице знатного господина Хнумхотепа иероглифы — но не простые, а слегка видоизмененные. Безымянный писец рассказал историю жизни покойного. В той его части, где перечислялись памятники, построенные Хнумхотепом для фараона Аменемхета II, он применил трудночитаемые иероглифы собственного изобретения. Это считается первым известным случаем намеренного запутывания сообщения.






Похожие эпитафии стали встречаться и в других захоронениях. Они не скрывали истинный смысл текста, а, вероятнее всего, должны были производить впечатление на читателя туманностью слога.

Первым криптоаналитиком можно с большой долей условности назвать пророка Даниила. Тот истолковал царю Валтасару загадочные слова, написанные на стене божественной рукой в самый разгар пира: «Мене, Мене» (мина, налоги — то есть «исчислил Бог царствие твое»), «Текел» (шекель, монетный вес — «ты взвешен и найден очень легким»), «Упарсин» или «Фарес» (половина мины — «царство твое будет разделено»).




Спартанцы использовали простейший шифровальный прибор — скиталу, палочку, на которую наматывалась чистая лента. Стоило лишь написать на ней сообщение и размотать «письмо», оно становилось нечитаемым до тех пор, пока его вновь не намотают на палку такого же диаметра. Аристотель предложил способ легкого «взлома» этого шифра. Ленту следовало наматывать на конус. На каком-то его участке начнет просматриваться осмысленная запись. Так можно будет определить нужный диаметр скиталы.

Древние евреи любили выдумывать шифровальные ребусы. Им принадлежит первая известная криптографическая система атбаш — простейший подстановочный шифр. Буквы еврейского алфавита использовались в обратном порядке (например, русской букве «а» соответствовала бы «я», а «Мир фантастики» переводился бы, как «Тце кясмянмцфц»). «Взломать» его в нынешние времена смог бы даже начинающий криптолог, однако 3 тысячи лет назад далеко не каждый грамотей додумался бы «развернуть» алфавит наоборот.

В библейской Книге Иеремии 25:26 сказано: «...и царь Сессаха выпьет после них». Такого царя никогда не было. Если применить к еврейскому слову «Сесах» систему атбаш, то получится «Вавилон».

Во многих языках мира буквам соответствовали какие-либо числа, что позволяло осуществлять и цифровую подстановочную тайнопись. Юлий Цезарь придумал подстановочный шифр, известный ныне как «шифр Цезаря». Идея заключалась в замещении каждой буквы другой, расположенной в алфавите на три буквы дальше шифруемой.




Полибий предложил использовать в качестве подстановочного ключа не алфавит, а квадратную таблицу 5х5, в которую случайным образом были вписаны буквы алфавита. Для шифровки текста следовало найти в таблице нужную букву и заменить ее на ту, что расположена ниже.

Впрочем, такие шифры долго время оставались малопопулярными, ведь их запись и чтение занимали много времени. Предпочтение отдавалось более удобным аллегориям и символам. Например, алхимики «шифровали» свои рецепты, именуя ингредиенты красными, желтыми и зелеными «драконами». Так как подобными кодами увлекались преимущественно астрологи и чародеи, в средневековой Европе криптография считалась инструментом дьявола — тем более, что люди, способные «раскалывать» шифры, были весьма находчивы и чаще всего заявляли, что умеют также вызывать духов либо трансмутировать металлы.




Пальма первенства в разработке методов криптоанализа принадлежит арабам, достигшим значительного прогресса в математике. Абу Юсуф Аль-Кинди (9 век) произвел подробный анализ арабского языка, выделил в нем наиболее распространенные и редкие буквы, составил перечень букв, никогда не встречающихся по соседству друг с другом, и написал первое в мире пособие по «взлому» подстановочных шрифтов.

Он рекомендовал криптологам сперва определить знак, разделяющий слова (если текст записан без пробелов), затем найти часто повторяющиеся буквы. Самая распространенная буква арабского — алиф, вторая по популярности — лам, которая чаще всего следует за алиф (в артикле «аль»). Остальное — дело техники.







Ренессанс подарил криптографии «второе дыхание». Итальянцы изобрели двойную алфавитную замену — шифровку, сравнительно устойчивую к взлому. В 1506 году немецкий аббат Иоганн Тритимиус издал «Полиграфию», ставшую первой печатной книгой по криптологии. Знаменитые ученые (Эйлер, Лейбниц, Бэкон) подрабатывали расшифровкой тайных сообщений, а Кардано, создавший знаменитый шарнир, придумал еще и шифровку трафаретом. Вскоре мировым центром криптографии стала Англия. Во многом благодаря ее криптографам, легко ломавшим испанские шифры, она отобрала титул «Владычицы морей» у Испании. Наработки того времени применялись вплоть до Первой мировой войны.




Это интересно
Джероламо Кардано предсказал себе смерть в 75 лет. Достигнув этого возраста, он покончил жизнь самоубийством, оставив записку: «Если и неверно, то неплохо придумано».
Первая программируемая ЭВМ — «Колосс» — была создана в 1942 году специально для взлома шифров.
В 1921 году «Таймс» спровоцировала международный скандал, опубликовав расшифровку телеграмм Ленина, где тот называл главу британского правительства Ллойда Джорджа «свиньей».
Предполагается, что библейское «число Зверя» 666 — зашифрованный намек на Нерона.
Самый длинный акроним, зарегистрированный Книгой рекордов Гиннеса, был изобретен в СССР.
Цветные лазерные принтеры HP и Xerox ставят на документах желтые микроточки со своим серийным номером, чтобы затруднить работу фальшивомонетчикам.
Слово «шифр» произошло от арабского sifir — «ноль».
Veni, Vidi, Vici Цезаря на его собственной шифровке звучало бы так: Sbkf, Sfaf, Sfzf.

Знай наших

Россия не может похвастаться богатой криптографической историей. Все началось с Петра I, пытавшегося уговорить Лейбница переехать в Россию. Сперва шифровщики сидели в посольском приказе, а столетия спустя — в жандармерии, ловившей революционеров. Советская криптологическая служба первое время была настолько примитивной, что британцы читали наши коды едва ли не быстрее, чем обычный текст.

К началу Второй мировой войны ситуация немного улучшилась. Наши шифровальщики не имели такой электроники, как союзники, однако даже «вручную» умудрялись ломать сложнейшие немецкие радиограммы. Впрочем, львиная доля успеха здесь принадлежала советским разведчикам, достававшим вражеские шифры.

«Фиалка», советская шифровальная машина.
_______________________________________
___________________________

В 1957 году советский шпион Рейно Хайханнен сдался американцам, выдав им самую сложную из известных (до настоящего времени) «ручных» систем шифрования, названную Vic в честь псевдонима предателя (Виктор) и категорически не поддававшуюся расшифровке.

О состоянии дел в современной российской криптологии можно лишь строить предположения. В свое время мы очень сильно отстали от Запада в области информатики, да и «утечка мозгов» в начале 1990-х не способствовала прогрессу «науки тайного письма». Недавние жалобы западных спецслужб на активизацию деятельности российской разведки вселяют оптимизм — возможно, наши данные и перехватываются, но прочитать их уже не так просто, как раньше.

Расшифровка телеграммы Циммермана заставила США вступить в Первую мировую войну.
_______________________________________
___________________________

Белым по белому

Стеганография (греч. «скрытое письмо») — самый древний и простой способ сохранения секретной информации, заключающийся в маскировке самого факта ее присутствия. Шумеры часто замазывали текст на табличках и писали новый поверх старого. Геродот в своей «Истории» рассказал, как Демерат, желавший отправить секретную депешу в Спарту, вырезал ее на доске и покрыл ту воском, сделав ее якобы «чистой».

Надпись на вратах Мории — отличный пример стеганографии (художник Тед Насмит).
_______________________________________
___________________________

Пленный тиран Гистий, желавший послать письмо в родной город Милет, обрил своего раба наголо, вытатуировал сообщение на лысине, а когда волосы отрасли, отправил гонца в путь (похожим образом — на теле беспризорника — было послано сообщение в романе Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина»). Гераклит специально излагал свои мысли неясно (за что, по мнению Цицерона, и заслужит прозвище «Темный»), а да Винчи делал некоторые записи «зеркально».

Иногда посланники даже не подозревали, что везут «скрытое письмо». Некоторые древнегреческие полководцы выбивали стеготекст на металлической пластинке и прятали ее в подошве сандалий гонца. Когда тот прибывал на место, секретное сообщение у него изымалось (незаметно, ночью), а взамен вкладывался ответ.

В Эфесе послания писали на целебных листах, обвязанных вокруг раны на ноге гонца («упал, очнулся, гипс»). Женщины сворачивали письма в трубочки и носили их как сережки. Китайцы писали текст на шелке, затем скатывали его в комочек, покрывали воском и глотали. Греки иногда были даже более изощренны — послания писались на раздутом пузыре. Тот сдувался, заталкивался в бутылку. В нее наливалось масло, пузырь принимал форму бутылки и становился «невидимым».

Фрэнсис Бэкон изобрел шифр, позволяющий прятать короткие сообщения в длинном тексте. Каждой букве алфавита соответствовала своя комбинация А и Б (например, а = АА, б = АБ). А и Б «присваивались» два разных шрифта. Оставалось только написать любой отвлекающий текст, используя нужную последовательность шрифтов, например: «ДоБРый денЬ!». Если различия между шрифтами невелики и заключаются лишь в манере написания букв, то шифр Бэкона очень трудно обнаружить.

Потрясающий копьем

Надпись под бюстом Шекспира в стрэдфордской церкви (одним из двух изображений драматурга, считающихся подлинными) сделана разными буквами. Много лет идут споры о том, что человек, не получивший школьного образования, вряд ли мог создать такие шедевры. Одним из настоящих авторов его работ называется Фрэнсис Бэкон. Свыше ста лет назад шекспировед Эдвард Кларк заявил, что если расшифровать надпись под бюстом Шекспира по методу Бэкона, то якобы получается FRA BA WRT EAR AY — аббревиатура фразы Fransis Bacon wrote Shakespeare plays (Фрэнсис Бэкон написал пьесы Шекспира).

Шекспир и Бэкон.
_______________________________________
___________________________

Старшему поколению отлично знакомы «невидимые чернила», которыми писали революционеры в царских тюрьмах. Это было молоко либо чай. Тайнопись наносилась между строчек безобидного письма. После нагрева бумаги буквы темнели. Миф об эффективности этого способа, поддерживаемый в советское время, абсолютно ложен. Полицейские успешно читали такую корреспонденцию при помощи утюгов и правильно поставленного освещения (ультрафиолет впервые стали применять англичане).

Правоохранительные органы рекомендуют помечать ценные вещи невидимыми чернилами. Однако чаще всего они используются для шуток в ночных клубах.
_______________________________________
___________________________

В качестве чернил может использоваться молоко, соки многих овощей и фруктов, вино, уксус, мыло или мед. Нагрев можно заменить химической реакцией. Лимонный сок при обработке раствором йода белеет, а уксус в соке краснокочанной капусты — краснеет.

Ультрафиолет — лучший друг криптолога.
_______________________________________
___________________________

Нулевой шифр — то есть вкрапление ценной информации в банальное сообщение — сегодня считается крайне примитивным видом стеганографии. Чаще всего для этого используются акронимы — то есть образование текста из начальных букв слов, например: «Мы исключаем реакционные фантазии английских натуралистов, терзающихся анатомически сомнительными теориями и конструктивными изъянами». Сергей Лукьяненко припрятал подобный «привет» читателям в заглавных буквах последней главы «Генома».

Мировые войны подхлестнули развитие стеганографии. В 1870 году французы посылали в осажденный Париж почтовых голубей с огромным количеством посланий, снятых на микрофотографиии. Немцы придумали микроточки — миниатюрные фото, вклеиваемые в текст на месте знаков препинания (в 655-м выпуске комиксов про Супермена тот читал книгу с микроточками, на которых были сняты другие книги).

Американцы сводили японцев с ума, посадив за рации индейцев племени навахо. «Взломать» такой код крайне сложно, ведь сперва нужно понять грамматическую структуру языка. Наконец, моряки корабля «Пуэбло», захваченного Северной Кореей, тайком показывали на постановочных (пропагандистских) фотографиях корейцам средний палец, а их командир написал «признание», где он «воспел» великий корейский народ (peaen — «хвалебная песнь» — звучит как pee on — «мочиться на»).

Задумчивые матросы разведывательного судна Пуэбло.
_______________________________________
___________________________

Сегодня информацию можно прятать в цифровых фотографиях и музыкальных файлах, либо маскировать ее под «шум». Сами по себе эти способы не очень надежны, однако если спрятать такую картинку среди миллионов снимков, найти ее будет очень сложно. Одно время ходили слухи, что исламские террористы общаются друг с другом, выкладывая стегофото на сайте E-bay.

Существует так называемый «код идиота». Он может передать лишь несколько фактов, зато его практически невозможно вскрыть, так как две стороны заранее договорились о значении слов (паролей). Советские историки утверждают, что фраза «Над всей Испанией безоблачное небо», переданная в радиоэфире, послужила сигналом к началу гражданской войны 1936—1939 годов. Испанцам эта фраза почему-то ничего не говорит.

Две криптоскульптуры от художника Джеймса Санборна. Первая стоит около штаб-квартиры ЦРУ (часть текста до сих пор не расшифрована и дико злит разведчиков), вторая (с выдержками из реальных шифровок КГБ) — в университете Северной Каролины.
_______________________________________
___________________________

Кодекс Серафини

В 1978 году итальянский художник Луиджи Серафини написал Codex Seraphinianus — путеводитель по некоему фантастическому миру, написанный на вымышленном языке и богато иллюстрированный невероятными картинками. Текст книги до сих пор не прочитан. Ученые смогли расшифровать лишь систему нумерации страниц. Книга вышла небольшим тиражом и в настоящее время стала коллекционным раритетом.

Гимнастика ума

Подстановочный шифр не следует путать с перестановочным. В первом случае происходит замена букв, а во втором — их перестановка в тексте (анаграмма — букв. «игра в буквы», основной вид шифрования в романе Дэна Брауна «Код да Винчи»).

Простые подстановки, упомянутые выше, легко «ломаются» по методу Аль-Кинди. В английском языке самая употребляемая буква — «е», а самый распространенный артикль — «the». Зная это, Уильям Легранд расшифровал текст, ведущий к кладу (Эдгар По, «Золотой жук»).

Некоторые криптограммы убийцы по кличке Зодиак до сих пор не расшифрованы (фильм «Зодиак», 2007).
_______________________________________
___________________________

Для «частотного» анализа шифра обычно требуется не менее 50 знаков. Повторяющиеся буквы, предугадываемые обращения к адресату («Илси, готовься к смерти!» в «Пляшущих человечках») или подпись автора в конце письма (англичане некоторое время ломали немецкие командные коды, так как приказы Гитлера были подписаны его именем) — настоящий подарок дешифровщику.

Более криптостойкий способ шифрования — табличная перестановка. Фразу «Грузите апельсины бочками» следует записать в таблицу 5х5, заполнив пустые поля любыми буквами:

Г Т Л Ы А
Р Е Ь Б М
У А С О И
З П И Ч Ы
И Е Н К Ё

Чтобы зашифровать это, можно считывать таблицу в любом направлении: справа-налево (ГТЛЫАРЕЬБМ...), слева-направо (АЫЛТГ...), слева сверху-вниз (АМИЫЁ...), «змейкой», по диагонали, по спирали и т.д. Для расшифровки принимающей стороне нужно знать лишь размер таблицы и заранее оговоренное направление записи букв в нее. Впрочем, дешифровщик может разложить эти буквы разными способами по таблицам разной величины и быстро найти в них осмысленные слова либо их анаграммы.

Основа Матрицы — код. Некоторые могли читать его прямо «с экрана».
_______________________________________
___________________________

Чтобы усложнить ему работу, можно использовать перестановку по колонкам с ключевым словом, например: ГЕРАКЛ. По порядку взаимного расположения этих букв в алфавите ключ выглядит так: 236145. Применим этот ключ к нашей таблице и переставим колонки по ключу от 1 до 5:

Г Е Р А К Л
2 3 6 1 4 5
Г Т Л Ы А Ы
Р Е Ь Б М Ё
У А С О И Ы
З П И Ч Ы Ё
И Е Н К Ё Ы

А Г Е К Л Р
1 2 3 4 5 6
Ы Г Т А Ы Л
Б Р Е М Ё Ь
О У А И Ы С
Ч З П Ы Ё И
К И Е Ё Ы Н

Дальше нужно лишь прочитать этот текст по определенному направлению, например — НЫЕЕИКЧЗПЫЁИ... При передаче большого сообщения с длинным ключом его криптостойкость возрастает до уровня, недоступного для расшифровки даже современными компьютерами, однако неудачный подбор перестановочного ключа оставляет в тексте большие куски исходного текста (в нашем случае — ГРУЗИТЕАПЕ).

Подобные методы шифровки применялись вплоть до конца Первой мировой войны. В дальнейшем они стали комбинироваться: двойное шифрование, использование нескольких языков, замена букв группами, поточные шифры, симметричное шифрование (так называемый шифр Вернама — единственный, криптостойкость которого была доказана математически), а позднее — высокоскоростное компьютерное кодирование сделали это искусство действительно элитным, недоступным большинству людей без хорошего математического образования.

Сходя с ума по криптологии, легко сойдешь с ума вообще («Игры разума», 2001).
_______________________________________
___________________________

Будущее криптографии — в квантовых технологиях. Если сравнить ее историю с извечной конкуренцией оружия и брони, то броня пока выигрывает, ведь существуют шифры, сломать которые возможно только теоретически, а абсолютно эффективного метода дешифровки придумано еще не было. Как говорил гуру криптографии Брюс Шнайдер, описывая шифр Вернама (шифр одноразового блокнота):

Даже когда приземлятся пришельцы из созвездия Андромеды на своих огромных кораблях с компьютерами неслыханной вычислительной мощности, они не смогут прочитать сообщения советских агентов, зашифрованные на одноразовом блокноте (если только они не будут способны также обратить время вспять и вернуть этот блокнот).

Крепкий орешек

Одной из самых главных криптологических загадок древности стал «манускрипт Войнича» (15—16 век), названный в честь американо-русского книготорговца Вилфрида Войнича. Структура текста и повторяемость слов соответствует естественным языкам, однако дешифровке он не поддается. Есть предположение, что он был написан на каком-то из реальных экзотических языков (или диалектов) с применением изобретенного алфавита.