Çok eski zamanlardan beri, şifreler sırları saklamak için kullanılmıştır. Tarihin bize getirdiği en eski şifre sistemlerinden biri, dolaşıyor. 5. yüzyıla kadar eski Yunanlılar tarafından kullanılmıştır. O günlerde Pers tarafından desteklenen Sparta, Atina'ya karşı bir savaş başlattı. Spartalı general Lysander, Perslerden ikili bir oyundan şüphelenmeye başladı. Niyetleri hakkında acilen doğru bilgiye ihtiyacı vardı. En kritik anda, Pers kampından resmi bir mektupla bir haberci köle geldi. Lysander mektubu okuduktan sonra haberciden bir kemer istedi. Görünüşe göre bu kemerde sadık bir arkadaş (şimdi "gizli ajan" diyeceğiz) Lysandra şifreli bir mesaj yazdı. Habercinin kemerine, herhangi bir kelime oluşturmayan çeşitli harfler kargaşa içinde yazılmıştır. Üstelik harfler bel boyunca değil, çapraz olarak yazılmıştır. Lysander, belirli bir çapta (dolaşan) ahşap bir silindir aldı, habercinin kemerini, kemerin kenarları kapanacak şekilde etrafına sardı ve beklediği mesaj, kuşağın generatrisi boyunca kemerin üzerine dizildi. silindir. Perslerin, Spartalıları sırtından sürpriz bir bıçakla vurmayı planladıkları ve Lysander'ın destekçilerini öldürdüğü ortaya çıktı. Bu mesajı alan Lysander, beklenmedik bir şekilde ve gizlice Pers birliklerinin bulunduğu yere indi ve ani bir darbe ile onları yendi. Bu, bir şifreli mesajın son derece önemli bir rol oynadığı tarihte bilinen ilk vakalardan biridir.
Bu, şifre metni belirli bir yasaya göre yeniden düzenlenmiş düz metin harflerden oluşan, ancak yabancılar tarafından bilinmeyen bir permütasyon şifresiydi. Buradaki şifre sistemi harflerin permütasyonudur, eylemler kemerin dolaşıp etrafına sarılmasıdır. Şifre anahtarı, dolaşmanın çapıdır. Mesajı gönderen ve alan kişinin aynı çapta iplere sahip olması gerektiği açıktır. Bu, şifreleme anahtarının hem gönderici hem de alıcı tarafından bilinmesi gerektiği kuralına karşılık gelir. Gezinme, en basit şifreleme türüdür. Çeşitli çaplarda birkaç gezinmeyi almak yeterlidir ve kemeri bunlardan birine sardıktan sonra düz metin görünecektir. Bu şifreleme sisteminin şifresi eski zamanlarda çözülmüştür. Kemer, hafif bir konik ile konik bir gezinti üzerine sarılmıştır. Konik skitala'nın kesit çapının şifreleme için kullanılan çapa yakın olduğu durumlarda, mesaj kısmen okunur, ardından kayış gerekli çaptaki skitala etrafına sarılır.
Julius Caesar, bu şifrelerden birinin mucidi olarak kabul edilen farklı tipte şifreleri (yedek şifreler) yaygın olarak kullandı. Sezar şifresi fikri, kağıda (papirüs veya parşömen) mesajın yazılacağı dilin iki alfabesinin alt alta yazılmasıydı. Ancak, ikinci alfabe birincinin altına belirli bir şekilde yazılır (yalnızca gönderici ve alıcı tarafından bilinir, vardiya). Sezar şifresi için bu kayma üç pozisyona eşittir. İlk (üst) alfabeden alınan karşılık gelen düz metin harfi yerine, bu harfin altındaki alt alfabe karakteri mesaja (şifreli metin) yazılır. Doğal olarak, şimdi böyle bir şifreleme sistemi bir meslekten olmayan kişi tarafından bile kolayca kırılabilir, ancak o zamanlar Sezar şifresi kırılmaz olarak kabul edildi.
Eski Yunanlılar tarafından biraz daha karmaşık bir şifre icat edildi. Alfabeyi 5 x 5'lik bir tablo şeklinde yazdılar, satır ve sütunları sembollerle belirttiler (yani numaralandırdılar) ve düz metin harf yerine iki sembol yazdılar. Bu karakterler bir mesajda tek bir blok olarak verilirse, belirli bir tablo için kısa mesajlarla, böyle bir şifre modern kavramlara göre bile çok kararlıdır. Yaklaşık iki bin yıllık olan bu fikir, Birinci Dünya Savaşı sırasında karmaşık şifrelerde kullanılmıştır.
Roma İmparatorluğu'nun çöküşüne kriptografinin gerilemesi eşlik etti. Tarih, erken ve orta Çağ'da kriptografinin gelişimi ve uygulanması hakkında önemli hiçbir bilgiyi korumamıştır. Ve sadece bin yıl sonra, Avrupa'da kriptografi yeniden canlanıyor. İtalya'da on altıncı yüzyıl, entrika, komplo ve kargaşa yüzyılıdır. Borgia ve Medici klanları, siyasi ve finansal güç için yarışıyor. Böyle bir atmosferde şifreler ve kodlar hayati hale gelir.
1518'de Almanya'da yaşayan bir Benediktin keşişi olan Abbot Trithemius, Latince Polygraphy adlı bir kitap yayınladı. Kriptografi sanatı üzerine ilk kitaptı ve kısa süre sonra Fransızca ve Almanca'ya çevrildi.
1556'da Milan Girolamo Cardano'dan doktor ve matematikçi, icat ettiği ve tarihe "Cardano Kafes" olarak geçen şifreleme sistemini anlatan bir çalışma yayınladı. Rastgele sırayla kesilmiş deliklere sahip bir sert karton parçasıdır. Cardano kafesi, permütasyon şifresinin ilk uygulamasıydı.
Geçen yüzyılın ikinci yarısında bile, yeterince yüksek bir matematik gelişimi ile kesinlikle güçlü bir şifre olarak kabul edildi. Böylece Jules Verne'in "Mathias Sandor" adlı romanında, bir güvercinle gönderilen ancak yanlışlıkla bir siyasi düşmanın eline geçen şifreli bir mektup etrafında dramatik olaylar gelişir. Bu mektubu okumak için, evinde bir şifre ızgarası bulmak için bir hizmetçi olarak mektubun yazarına gitti. Romanda, sadece uygulanan şifreleme sistemi bilgisine dayanarak, hiç kimsenin anahtarsız bir mektubun şifresini çözmeye çalışma fikri yoktur. Bu arada, ele geçirilen harf, şifreleyicinin büyük bir hatası olan 6 x 6 harfli bir tabloya benziyordu. Aynı harf boşluksuz bir dizgede yazılmış olsaydı ve toplama yardımıyla toplam harf sayısı 36 olmasaydı, decryptor yine de kullanılan şifreleme sistemi hakkındaki hipotezleri test etmek zorunda kalacaktı.
6 x 6 Cardano kafesi tarafından sağlanan şifreleme seçeneklerinin sayısını sayabilirsiniz. Böyle bir kafesin şifresini on milyonlarca yıl boyunca deşifre etmek! Cardano'nun icadının son derece inatçı olduğu kanıtlandı. Temelde, İkinci Dünya Savaşı sırasında, Büyük Britanya'daki en dayanıklı deniz şifrelerinden biri oluşturuldu.
Ancak şimdiye kadar, belirli koşullar altında böyle bir sistemin yeterince hızlı bir şekilde deşifre edilmesini sağlayan yöntemler geliştirilmiştir.
Bu kafesin dezavantajı, kafesin kendisini yabancılardan güvenilir bir şekilde gizleme ihtiyacıdır. Bazı durumlarda yuvaların yerini ve numaralandırma sırasını hatırlamak mümkün olsa da, deneyimler, özellikle sistem nadiren kullanıldığında bir kişinin hafızasına güvenilemeyeceğini göstermektedir. "Matthias Sandor" romanında, ızgaranın düşmanın eline geçmesi, mektubun yazarı ve üyesi olduğu tüm devrimci örgüt için en trajik sonuçlara yol açtı. Bu nedenle, bazı durumlarda, daha az güçlü, ancak bellekten kurtarılması kolay olan daha basit şifreleme sistemleri tercih edilebilir.
İki kişi aynı başarı ile "modern kriptografinin babası" unvanını talep edebilir. Onlar İtalyan Giovanni Battista Porta ve Fransız Blaise de Vigenère.
1565'te Napoli'den bir matematikçi olan Giovanni Porta, herhangi bir düz metin karakterinin on bir farklı şekilde bir şifre harfiyle değiştirilmesine izin veren ikame tabanlı bir şifreleme sistemi yayınladı. Bunun için 11 şifreli alfabe alınır, her biri düz metin harfini şifreli alfabe ile değiştirmek için hangi alfabenin kullanılması gerektiğini belirleyen bir çift harfle tanımlanır. Bağlantı Noktaları şifre alfabelerini kullanırken, 11 alfabeye ek olarak, her şifreleme adımında karşılık gelen şifre alfabesini tanımlayan bir anahtar kelimeye sahip olmanız gerekir.
Giovanni Porta'nın masası
Genellikle mesajdaki şifreli metin tek parça halinde yazılır. Teknik iletişim hatlarında genellikle beş haneli gruplar şeklinde, birbirinden bir boşlukla ayrılmış, hat başına on grup şeklinde iletilir.
Limanlar sistemi, özellikle modern kriterlere göre bile alfabeleri rastgele seçip yazarken çok yüksek bir dayanıklılığa sahiptir. Ancak dezavantajları da vardır: Her iki muhabirin de meraklı gözlerden uzak tutulması gereken oldukça hantal tablolara sahip olması gerekir. Ayrıca, gizli olması gereken bir anahtar kelime üzerinde bir şekilde anlaşmanız gerekir.
Bu sorunlar diplomat Vigenère tarafından çözüldü. Roma'da Trithemius ve Cardano'nun eserleriyle tanıştı ve 1585'te "Şifreler Üzerine Bir İnceleme" adlı eserini yayınladı. Ports yöntemi gibi, Vigenère yöntemi de tablo tabanlıdır. Vigenere yönteminin ana avantajı basitliğidir. Bağlantı Noktaları sistemi gibi, Vigenère sistemi de şifreleme için bir anahtar kelime (veya tümce) gerektirir; bunların harfleri, düz metnin her belirli harfinin 26 şifreli alfabeden hangisiyle şifreleneceğini belirler. Anahtar metin harfi sütunu tanımlar, yani. özel şifre alfabesi. Şifreli metnin harfi, düz metnin harfine karşılık gelen tablonun içindedir. Vigenere sistemi sadece 26 cipherfat kullanır ve Ports sistemine göre daha düşük güçtedir. Ancak Vigenere tablosunun şifrelemeden önce bellekten geri yüklenmesi ve ardından yok edilmesi kolaydır. Bir anahtar kelime üzerinde değil, uzun bir anahtar kelime üzerinde anlaşmaya varılarak sistemin kararlılığı arttırılabilir, o zaman şifreli alfabelerin kullanım periyodunu belirlemek çok daha zor olacaktır.
Vigenere şifresi
Yirminci yüzyıldan önceki tüm şifreleme sistemleri manueldi. Düşük yoğunluklu şifre değişimi ile bu bir dezavantaj değildi. Telgraf ve radyonun gelişiyle her şey değişti. Teknik iletişim araçları ile şifreli mesaj alışverişinin yoğunluğunun artmasıyla birlikte, yetkisiz kişilerin iletilen mesajlara erişimi çok daha kolay hale gelmiştir. Şifrelerin karmaşıklığı için gereksinimler, bilgilerin şifreleme (şifre çözme) hızı önemli ölçüde artmıştır. Bu işi mekanize etmek gerekli hale geldi.
Birinci Dünya Savaşı'ndan sonra şifreleme işi hızla gelişmeye başladı. Yeni şifreleme sistemleri geliştiriliyor, şifreleme (şifre çözme) sürecini hızlandıran makineler icat ediliyor. En ünlüsü mekanik şifre makinesi "Hagelin" idi. Bu makinelerin üretimi için şirket İsveçli Boris Hagelin tarafından kuruldu ve bugün hala var. Hagelin kompakttı, kullanımı kolaydı ve yüksek şifre gücü sağlıyordu. Bu şifre makinesi, değiştirme ilkesini uyguladı ve kullanılan şifre alfabelerinin sayısı, Ports sistemininkini aştı ve bir şifre alfabesinden diğerine geçiş, sözde rastgele bir şekilde gerçekleştirildi.
Araba Hagellin C-48
Teknolojik olarak, makinenin çalışması, ekleme makineleri ve mekanik otomatik makinelerin çalışma prensiplerini kullandı. Daha sonra bu makine hem matematiksel hem de mekanik olarak geliştirildi. Bu, sistemin dayanıklılığını ve kullanılabilirliğini önemli ölçüde artırdı. Sistem o kadar başarılı oldu ki, bilgisayar teknolojisine geçiş sırasında Hagelin'de ortaya konan ilkeler elektronik olarak modellendi.
Yedek şifrenin uygulanması için başka bir seçenek, en başından beri elektromekanik olan disk makineleriydi. Arabadaki ana şifreleme cihazı, bir eksene monte edilmiş, ancak katı olmayan ve disklerin birbirinden bağımsız olarak eksen etrafında dönebileceği şekilde monte edilmiş bir disk seti (3 ila 6 parça) idi. Diskin, alfabedeki harf sayısına göre kontak terminallerinin basıldığı, bakalitten yapılmış iki tabanı vardı. Bu durumda, bir tabanın kontakları, diğer bazın kontakları ile dahili olarak keyfi bir şekilde çiftler halinde elektriksel olarak bağlanmıştır. Sonuncusu hariç her diskin çıkış kontakları, sabit kontak plakaları aracılığıyla bir sonraki diskin giriş kontaklarına bağlanır. Ek olarak, her diskin, her şifreleme döngüsünde her diskin adım hareketinin doğasını birlikte belirleyen çıkıntıları ve girintileri olan bir flanşı vardır. Her saat döngüsünde, şifreleme, düz metin harfine karşılık gelen anahtarlama sisteminin giriş kontağı üzerinden darbe gerilimi ile gerçekleştirilir. Anahtarlama sisteminin çıkışında, kontakta, şifreli metnin mevcut harfine karşılık gelen voltaj görünür. Bir şifreleme döngüsü tamamlandıktan sonra, diskler bir veya birkaç adımda birbirinden bağımsız olarak döndürülür (bu durumda, bazı diskler her adımda tamamen boşta olabilir). Hareket yasası, disk flanşlarının konfigürasyonu ile belirlenir ve sözde rastgele olarak kabul edilebilir. Bu makineler yaygındı ve bunların arkasındaki fikirler de elektronik hesaplama çağının ortaya çıkışı sırasında elektronik olarak modellendi. Bu tür makineler tarafından üretilen şifrelerin gücü de son derece yüksekti.
Dünya Savaşı sırasında, Hitler'in Rommel ile yazışmalarını şifrelemek için Enigma disk makinesi kullanıldı. Araçlardan biri kısa süreliğine İngiliz istihbaratının eline geçti. Tam bir kopyasını çıkaran İngilizler, gizli yazışmaların şifresini çözebildiler.
Aşağıdaki soru önemlidir: kesinlikle güçlü bir şifre oluşturmak mümkün mü, yani. teorik olarak bile ifşa edilmeyecek bir şey. Sibernetiğin babası Norbert Wiener, “Yeterince uzun herhangi bir şifreli metin parçasının şifresi, rakibin bunun için yeterli zamana sahip olması koşuluyla, her zaman çözülebilir… elde edilmesi gereken bilgi, maliyete, çabaya ve zamana değer. Ne kadar karmaşık olursa olsun, kesin ve açık bir şekilde tanımlanmış herhangi bir algoritmaya göre üretilmiş bir şifreden bahsediyorsak, durum gerçekten böyledir.
Ancak, Amerikalı matematikçi ve bilgi işleme uzmanı Claude Shannon, kesinlikle güçlü bir şifrenin oluşturulabileceğini gösterdi. Aynı zamanda, kesinlikle güçlü bir şifre ile pratik güç şifreleri (özel olarak geliştirilmiş karmaşık algoritmalar kullanılarak gerçekleştirilir) arasında pratik bir fark yoktur. Kesinlikle güçlü bir şifre aşağıdaki gibi oluşturulmalı ve kullanılmalıdır:
- şifre herhangi bir algoritma kullanılarak değil, tamamen rastgele bir şekilde üretilir (bir bozuk para atmak, iyi karıştırılmış bir desteden rastgele bir kart açmak, bir gürültü diyotunda rastgele sayı üreteci tarafından bir rastgele sayı dizisi oluşturmak, vb.).);
- şifreli metnin uzunluğu, oluşturulan şifrenin uzunluğunu aşmamalıdır, yani. düz metnin bir karakterini şifrelemek için bir şifre karakteri kullanılacaktır.
Doğal olarak, bu durumda, şifrelerin doğru işlenmesi için tüm koşullar yerine getirilmelidir ve hepsinden önemlisi, metin zaten bir kez kullanılmış bir şifre ile yeniden şifrelenemez.
Kesinlikle güçlü şifreler, yazışmanın düşmanı tarafından şifrenin çözülmesinin mutlak imkansızlığının garanti edilmesi gereken durumlarda kullanılır. Özellikle, bu tür şifreler, düşman topraklarında faaliyet gösteren ve şifre notları kullanan yasadışı ajanlar tarafından kullanılır. Defter, rastgele seçilen ve blok şifre adı verilen sayı sütunlarına sahip sayfalardan oluşur.
Şifreleme yöntemleri farklıdır, ancak en basitlerinden biri aşağıdaki gibidir. Alfabenin harfleri A - 01, B - 02 … Z - 32 olmak üzere iki basamaklı sayılarla numaralandırılmıştır. Ardından "Görüşmeye hazır" mesajı şöyle görünür:
düz metin - TANIŞMAYA HAZIR;
açık dijital metin - 0415191503 11 03181917062406;
blok şifre - 1123583145 94 37074189752975;
şifreli metin - 1538674646 05 30155096714371.
Bu durumda, şifreli metin, düz dijital metin ve blok şifreleme modulo 10'un sayısal olarak eklenmesiyle elde edilir (yani, varsa aktarım birimi dikkate alınmaz). Teknik iletişim araçlarıyla iletilmesi amaçlanan şifreli metin beş basamaklı gruplar şeklindedir, bu durumda şöyle görünmelidir: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (son 4 basamak keyfi olarak eklenir ve dikkate alınmaz). Doğal olarak, şifre defterinin hangi sayfasının kullanıldığını alıcıya bildirmek gerekir. Bu, düz metinde (sayılarla) önceden belirlenmiş bir yerde yapılır. Şifrelemeden sonra kullanılan cipherpad sayfası yırtılır ve imha edilir. Alınan kriptogramın şifresi çözülürken, aynı şifre, şifreli metinden modulo 10 çıkarılmalıdır. Doğal olarak, böyle bir defter çok iyi ve gizli tutulmalıdır, çünkü varlığı gerçeği, düşman tarafından bilinirse, ajanın başarısızlığı anlamına gelir.
Elektronik bilgi işlem cihazlarının, özellikle kişisel bilgisayarların gelişi, kriptografinin geliştirilmesinde yeni bir çağı işaret etti. Bilgisayar tipi cihazların birçok avantajı arasında aşağıdakiler not edilebilir:
a) olağanüstü yüksek bilgi işleme hızı, b) Önceden hazırlanmış bir metni hızlıca girebilme ve şifreleyebilme, c) Karmaşık ve son derece güçlü şifreleme algoritmaları kullanma imkanı, d) modern iletişim olanaklarıyla iyi uyumluluk, e) hızlı bir şekilde yazdırma veya silme özelliği ile metnin hızlı görselleştirilmesi, f) bir bilgisayarda, bunlara erişimi engelleyen çeşitli şifreleme programlarına sahip olma yeteneği
bir şifre sistemi veya dahili kripto koruması kullanan yetkisiz kişiler, g) şifrelenmiş materyalin evrenselliği (yani, belirli koşullar altında, bir bilgisayar şifreleme algoritması sadece alfanümerik bilgileri değil, aynı zamanda telefon konuşmalarını, fotoğrafik belgeleri ve video materyallerini de şifreleyebilir).
Bununla birlikte, bilginin geliştirilmesi, depolanması, iletilmesi ve işlenmesi sırasında korunmasının düzenlenmesinde sistematik bir yaklaşım izlenmesi gerektiğine dikkat edilmelidir. Bilgi sızıntısının birçok olası yolu vardır ve iyi kripto koruması bile, onu korumak için başka önlemler alınmadıkça güvenliğini garanti etmez.
Referanslar:
Adamenko M. Klasik kriptolojinin temelleri. Şifrelerin ve kodların sırları. M.: DMK matbaası, 2012. S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Şifreler Kitabı. M.: Avanta +, 2009. S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
