Криптография. Зашифрованные послания

Нас всегда волнует неизведанное и непонятное. И что может быть загадочнее и привлекательнее, чем зашифрованное послание, которое никто на свете не может прочитать? Наука, которая занимается секретными кодами, называется криптография.

В нашу цифровую эпоху предназначение криптографии изменилось. Сегодня криптографы занимаются сохранением конфиденциальности передаваемой информации. Криптография отвечает за сетевую безопасность, кодировку данных и аутентификацию. И даже отчасти за криптовалюту, идеология которой строится на базе криптографии. Но мы сегодня поговорим о другом. О том, как появились первые шифры, какие загадки оставили нам наши предки и почему в зашифрованном письме — особое очарование.

Что такое криптография

Криптография стара как мир. История этой науки насчитывает десятки тысячелетий. Собственно, она ровесница письменности. Как только человек начал писать сообщения, он захотел скрыть их от чужих глаз, зашифровать.

Формирование криптографии как науки

Само слово «криптография» происходит от древнегреческого κρυπτός, что означает «скрытый», и γράφω, что означает «пишу».  То есть дословно слово «криптография» означает «тайнопись». Учитывая, что слово «шифр» произошло от арабского слова «цифра», эта тайнопись использует математические методы при преобразовании и шифровании информации.

Возникнув в Древнем мире, криптография использовалась и в Средние века, и в эпоху Возрождения. Криптографией увлекались различные известные деятели и учёные, такие как Пифагор, Платон, Паскаль, Галилей, Леонардо да Винчи, Ньютон, Бэкон и другие.

Некоторые шифры и тайные послания, дошедшие до нас из прошлого, до сих пор не разгаданы. Читайте об этом в статье «На непонятном языке»

Однако как самостоятельная наука криптография сформировалась только в конце XIX века. Когда научно-технический прогресс набрал обороты, появились государственные шифры, а скорость шифрования вышла на новый уровень. После появления радиосвязи криптографию стали активно использовать в разведке. Появились узкоспециализированные специалисты, которые занимались исключительно шифрованием и дешифровкой. 

После того, как криптография прошла «боевое крещение» в двух войнах начала XX века, её начали использовать и в гражданских мирных целях — для сохранения конфиденциальности при пересылке данных.

Что изучает криптография

Всего в мире существует три варианта защиты данных:

• физическая; 
• стенографическая;
• криптографическая.

Первые два способа связаны с физической маскировкой, попыткой скрыть источник и носитель информации или саму информацию. К этим способам относятся, например, такие шаги, как организация голубиной почты или секретной курьерской пересылки сообщений, сокрытие важной информации в книгах, каблуках и в пуговицах. В общем, это всё, что мы видим в шпионских романах и фильмах. 

Что касается криптографической защиты, то тут нужно вспомнить фильмы о разведчиках и радистке Кэт. Потому что этот способ предполагает, что данные, даже если они будут перехвачены, не смогут быть прочитаны из-за шифра. То есть криптография занимается преобразованием, шифрованием данных для их защиты и сохранения конфиденциальности.

Помимо этого криптография также оценивает надёжность системы шифрования и анализирует стойкость шифров и их способность противостоять взломам.

Первые шифры

Первые шифры появились ещё в Древнем мире — в Индии, Месопотамии и в Египте. 

Шифры в Древнем Египте

Самый древний криптографический текст был найден в гробнице древнеегипетского чиновника Хнумхотепа II, который жил около четырёх тысяч лет назад. В этом тексте были использованы необычные иероглифы, которые скрывали истинное значение текста. 

По сути, был использован шифр подстановки, когда буквы, слова или, как в данном случае, иероглифы заменяются другими по определённым правилам. Зачем это делалось, пока не до конца понятно. Возможно, жрецы таким образом пытались скрыть смысл священных текстов от простых людей или формализовать их при помощи терминов, как сейчас это делают юристы или врачи.

Шифры Древней Греции

Криптография Древней Греции известна несколькими изобретениями. Например, в 500 году до нашей эры спартанцы придумали устройство, которое назвали скитала. Оно представляло из себя цилиндр, вокруг которого была намотана по спирали полоска пергамента. На этом пергаменте писалось письмо. А потом разворачивалось и становилось нечитаемым. Чтобы его прочесть, требовалась скитала точно такого же размера. Использовали устройство для отправки секретных посланий.

Ещё один интересный, хоть и дикий, на наш взгляд, шифр был также изобретен в Древней Греции. В этом случае для отправки секретного письма использовали раба. Его брили наголо, выцарапывали на голове письмо и ждали, когда он обрастёт. После этого раба отправляли адресату, который снова брил несчастного и читал послание.

Шифр Цезаря

Системный подход к шифрованию посланий появился только в Древнем Риме, где криптографию впервые начали использовать в военных целях. Император Юлий Цезарь изобрел шифр, который можно было использовать многократно, даже если неприятель умудрялся разгадать одно из посланий. 

Сам по себе шифр был обычный, предполагающий замену одних букв алфавита другими по определённой системе. Шифруя послание, Цезарь сдвигал буквы подстановки на определённое число позиций. Именно это число и было ключом к шифру. Так как оно постоянно менялось, сохранность шифра была значительно выше, чем у его предшественников.

Шифрование в Средневековье

Криптография Средневековья продолжала использовать шрифты древних веков и не оставила после себя никаких новых прорывных изобретений. Однако в это время произошло малоизученное, но интересное событие — в 1300 году криптография появилась на Руси.

Криптография Древней Руси

В Древней Руси тоже существовала своя тайнопись, которая называлась Литорея. Эта тайнопись подразделялась на простую и на мудрую, то есть сложную. Простой моноалфавитный шифр предполагал обычную замену букв путём подстановки. При этом замене подлежали только согласные. Для шифрования буквы размещали в два ряда и меняли верхние на нижние и наоборот. Называли такой шифр тарабарщиной. Интересно, что слово это дошло до наших дней и до сих пор обозначает что-то непонятное и запутанное.

Что касается мудрой Литореи, то она предполагала замену некоторых букв определёнными символами: точками, палками и кругами. Каждый символ обозначал определённое число, по которому и определяли нужную букву. 

Шифры Возрождения 

Эпоха Возрождения — период бурного развития криптографии в Западной Европе. Изобретаются новые шифры, новые подходы, а не просто совершенствуются шифровальные инструменты. В это время в шифровании начинают использовать многоалфавитный шифр. И впервые это сделал Леон Альберти, речь о котором пойдёт ниже.

Шифровальный диск Леона Альберти

Интересное решение, которое, правда, так и не было реализовано при жизни его создателя, придумал итальянский учёный XV века Леон Батиста Альберти. Позже именно этого художника и математика назовут отцом западной криптографии. 

В основе изобретения Альберти — концепция многоалфавитного шифра. Система шифрования представляла из себя подвижные диски, которые смещались относительно друг друга и допускали различные методы подстановки букв. При этом метод менялся непосредственно в процессе шифрования, что повышало надежность шифра.

Шифр Виженера

Шифр другого изобретателя, француза Блеза де Виженера, был создан в XVI веке на основе так и не реализованного шифра Альберти. Этот новый шифр представлял из себя развитие концепции многоалфавитного шифра и выглядел как таблица с двумя осями. 

Для использования шифра необходимо было создавать секретное слово, которое и являлось ключом к шифру. В процессе шифрования использовались секретное слово и слово, которое нужно было зашифровать. На одной оси находилась первая буква секретного слова, на второй оси — первая буква шифруемого слова. На пересечении определялась буква, которая переносилась в послание. Так шифровалась каждая буква. Когда буквы секретного слова заканчивались, оно начиналось заново.

Код да Винчи

Да, код да Винчи действительно существует. Правда, речь сейчас идёт не о зашифрованных разгадках мироздания, а о способе шифровать записи. Имеется в виду зеркальный шифр да Винчи. Шифр очень простой, но действенный: Леонардо просто писал свои записи в зеркальном виде. Для чего это было сделано — загадка, которую ещё не разгадали. Возможно, великий художник знал, что многие изобретения могут служить как во благо, так и во вред человечеству, и поэтому прятал информацию под шифром. Может быть, изобретатель хотел оставить послание для людей будущего, потому что понимал, что современники вряд ли его поймут и оценят.

Некоторые исследователи считают, что только на кодировании своих текстов да Винчи не останавливался и зеркальный шифр есть во всех его произведениях. Однако это очень спорная теория, не имеющая подтверждения.

Ещё одно изобретение, которое тоже приписывают Леонардо, — знаменитый криптекс. Это сложное устройство, которое использовалось для хранения и перевозки секретных документов. Оно было даже снабжено защитой от взлома: при попытке взломать криптекс на послание выливался уксус, который уничтожал текст. Принцип работы этого механизма подробно описано в фильме «Код да Винчи». 

Криптография на службе государства

В XX веке криптография встала на службу воюющим государствам. Шифрованием занимались целые отделы, а о доблестных разведчиках и радистах снимали фильмы. 

Ощущение тайны, загадки исчезло. Криптография стала боевым оружием, которое участвовало в кровопролитных боях наравне с ружьями и пушками. Быть может, поэтому не хочется разгадывать современные шифры. Ведь в них вряд ли идёт речь о тайнах Вселенной или о спрятанных сокровищах.

Однако криптография прошлых веков до сих пор будоражит умы. Ведь есть особая притягательность в зашифрованном письме. Которое лежит у всех на виду, но прочитать могут только посвящённые