Криптографія або мови шифрів

Писемність виникла, аби спростити спілкування поміж людьми. Але ось парадокс: саме вона стала основою криптографії, адже спочатку читати та писати вміли геть не всі. Водночас поширення писемності викликало потребу у приховуванні інформації (насамперед від військових ворогів) та її швидкій передачі (до союзників).

Криптографію на світанку свого зародження називали наївною. Шифрування зводилося до звичайної перестановки літер та заміни букв – на інші букви, знаки, символи чи малюнки. Алгоритм заміни чи перестановки букв і знаків називається ключем.

Повідомлення також намагалися просто приховати. Так з’явилася стеганографія. Наприклад, Геродот маскував свої послання у татуюванні. Їх писали на поголеній голові раба і чекали поки відросте нове волосся. У наш час, до речі, інформацію ховають у записах невидимими чорнилами і у цифрових водяних знаках.

Перші шифри та шифрувальники

Вважається, що першими шифрувати свої послання почали мешканці Стародавнього Єгипту. За 4 тисячоліття до нашої ери писарі для красномовства прикрашали тексти рідкісними ієрогліфами, а жерці переписували ними релігійні тексти, роблячи їх загадковішими.

За 600 років до нашої ери євреї винайшли шифр Атбаш. У ньому першу букву алфавіту замінювали на останню, другу – на передостанню і так далі.

У давній Спарті (400 років до н. е.) вигадали найстаріший та найелементарніший криптографічний механізм – Скиталлу (від грецького слова палиця). Скиталла – це довгий дерев’яний циліндр, на який намотували шкіряну стрічку і перпендикулярно їй писали повідомлення. Стрічку розмотували і передавали адресату. Аби розшифрувати послання, потрібен був циліндр такого ж розміру. Кажуть, що секрет механізму розгадав Арістотель, намотавши стрічку замість циліндра на конус.

Римський консул і диктатор Гай Юлій Цезар (100 років до н. е.) вигадав власний шифр для спілкування зі своїми генералами. Шифр працював так: кожна буква замінювалася літерою через певну кількість позицій справа від неї. Аби розшифрувати послання, потрібно було правильно підібрати цифру зсуву.

Шифри використовували і в Індії, зокрема у донесеннях шпигунів і текстах, що, ймовірно, використовувалися Буддою. Шифрувальники міняли місцями приголосні і голосні букви, перевертали їх і записували текст під випадковими кутами. Навіть Камасутра зараховувала криптографію до одного з 64 мистецтв, яким має володіти жінка.

У той час повідомлення шифрували також за допомогою спеціальних дисків та лінійок, шифри ховали у книжках.

Тайнопис середньовіччя

У період середньовіччя криптографія почала змінюватися. Інформацію зашифровували не лише військові, але й купці, дипломати і просто звичайні люди.

Шифри складнішали і їх дедалі частіше намагалися розгадати без ключа, аналізуючи частоту появи букв у засекречених текстах.  Так з’явився криптоаналіз або ж частотний аналіз. Вперше його почали застосовувати арабські вчені.

Розвиток криптоаналізу призвів до появи поліалфавітних шифрів, які також створювалися через  перестановку і заміну букв, але вже на основі кількох абеток. Арабський філософ та математик аль-Кінді у 9 столітті написав «Манускрипт про дешифрування повідомлень», який, за деякими джерелами, вважається першою письмовою згадкою про криптоаналіз.

Засекречували повідомлення і у Візантії. Використовували скоропис, заміну алфавіту та лігатуру – об’єднання знаків двох літер в один друкований символ. Там також існував так званий цифровий тайнопис, коли текст шифрували через математичні дії, а букви отримували числове значення.

Криптографія не залишила осторонь і Київську Русь. У давньоруській літературі вживався тайнопис під назвою літорея. Літорея бувала простою (інша назва «тарабарська грамота») та мудрою.

У простій літореї букви приголосні писали у два рядки і під час шифрування вживали верхні літери замість нижніх та навпаки. Голосні залишали без змін.

У мудрій літореї літери церковнослов’янської абетки заміняли вертикальними рядами крапок, рисок і кружків. Число знаків для кожної літери збігалось з її числовим значенням у кирилиці. Знаки кирилиці, що не мали відповідників у грецькому алфавіту, залишались без змін.

Криптографія в епоху Ренесансу

До початку 13 століття практично всі шифри можна було розгадати за допомогою частотного аналізу, тому їх почали ускладнювати.

У той час італійський вчений Леон-Батіста Альберті у своєму «Трактаті про шифри» (1466 р.) озвучив ідею багатоалфавітного шифру, про яку раніше говорили араби. Свою ідею він втілив у пристрої, який отримав назву «диск Альберті». Пристрій складався з внутрішнього диску, що рухався і зовнішнього нерухомого. Обидва диски розділені на 24 частини. З кожним поворотом диску пристрій показував нову комбінацію літер та цифр.

У 1563 році земляк Альберті, лікар і філософ Джованні Батіста делла Порта вигадав спосіб ключових слів: одне слово використовували для перестановки букв, а друге – для визначення алфавіту. Техніки обидвох італійців вважаються техніками подвійного шифрування.

У 17 столітті перший професійний криптограф Франції Антуан Россіньоль з сином Бонаветуром придумали цифровий шифр з використанням 587 різних чисел. Більшість з них означали слова, а деякі цифри були пастками і взагалі не мали ніякого значення. Шифр француза не могли розгадати століттями.

 

У наступній статті JIT.Academy розкаже вам про криптографію нових часів та легендарну шифрувальну машину «Енігму».