Шифрование информации

Маргарита.

«Человеческая изобретательность не в силах состряпать шифр, который человеческая изобретательность не в силах была бы разгадать». Эдгар Аллан По

Как зашифровать сообщение? Поиски надёжных способов секретной передачи и хранения информации корнями уходят далеко в прошлое.

Шифрование текстов — одна из самых любимых игр в истории человечества.

Шифры использовались в военных целях, для передачи секретных сообщений между друзьями, для хранения тайного знания и в сотнях других случаев.

Зарождение шифровки

Первые зашифрованные сообщения использовались ещё в Древнем Египте.

Способ шифрования был очень прост, сейчас он называется шифрование простой подстановкой.

Каждый иероглиф исходного сообщения заменялся на другой иероглиф в зашифрованном сообщении. Соответствие иероглифов было взаимно однозначно, и чтобы прочитать зашифрованное сообщение, требовалось выполнить обратную замену

Шифр Цезаря

В шифре Цезаря каждая буква исходного сообщения сдвигается в алфавите на фиксированное число позиций вперёд, при необходимости переходя циклически на начало алфавита. Сам Цезарь использовал сдвиг на три позиции.

Гай Юлий Цезарь

(100 – 44 до н.э.)

Например:

ВОЗВРАЩАЙТЕСЬ В РИМ

шифруется так:

ЕСКЕУГЪГМХИФЯ Е УЛП

Здесь буква В шифруется буквой Е, отстоящей от буквы В на три позиции, буква 0 — буквой С и так да­лее (считается, что буквы Ё в алфавите нет). Последняя буква алфавита Я шифровалась бы при этом методе как В. Для расшифровки сообщения нужно сделать сдвиг на три позиции назад.

Шифр Цезаря определяется вели­чиной сдвига. Поскольку число раз­личных сдвигов на единицу меньше, чем число букв алфавита, разгадывание шифра Цезаря не представляет особого труда. Достаточно перебрать всевозможные величины сдвига — от 1 до 31 в случае русского алфавита. Со­общение будет расшифровано, как только получится осмысленный текст.

Зашифруйте выражения
(шифр Цезаря)

Каждая буква исходного текста заменяется третьей после неё буквой в алфавите, который считается написанным по кругу.

       Информация МРЧСУПГЩМВ

       Компьютер НСПТЯБЧИУ

       Человек ЪИОСЕИН

Расшифруйте слово

ЗСДУЮМ ЗСДУЮМ

Шифрование простой подстановкой

Более сложным является метод простой подстановки, в котором каждая буква исходного сообщения кодируется другим знаком, заданным таблицей кодировки

«Пляшущие человечки» Артура Конан Дойля

«Цель изобретателя этой системы заключалась, очевидно, в том, чтобы скрыть, что эти значки являются письменами, и выдать их за детские рисунки. Но всякий, кто сообразит, что значки эти соответствуют буквам, без особого труда разгадает их, если воспользуется обычными правилами разгадывания шифров»

Изобретатели шифра «пляшущих человечков» — чикагские бандиты значительно облегчили задачу разгадывания шифра, снабдив флагами человечков, стоящих в начале и конце слов. Таким образом, сразу прояснялось разбиение зашифрованного со­общения на слова. А в любом языке всегда очень немного однобуквенных или двухбуквенных слов, и путём их перебора легко подобрать правильные буквы.

Влада.

Частотный анализ текста

Метод частотного анализа, основанный на знании вероятности, с которым каждая буква встречается в тексте, но текст должен быть достаточно длинным, чтобы его можно было разгадать.

Проанализировав большой объём каких угодно текстов, можно для каждой буквы алфавита подсчитать, с какой примерно частотой встречается эта буква в любом тексте.

Если учитывать пробелы между словами, то выясняется, что пробел встречается чаще всего с вероятностью примерно 0,167 (т. е. в тексте объёмом 1000 знаков имеется в среднем 167 пробелов).

Наличие разделителей слов в зашифрованном тексте намного облегчает его расшифровку, поэтому при шифровании обычно исключают пробелы. Если не учитывать пробелы, то частотность букв русского алфавита примерно такова

На тысячу букв приходится в среднем

О – 116, А – 89, Е – 83, Н – 70 и так далее.

Биграммы (диграммы)

Не менее важной характеристикой текста являются частоты, с которыми в тексте присутствуют различные двухбуквенные сочетания. Такие пары в криптографии называют биграммами, или диграммами (не путать с диаграммами! «Ди» — от греч. «двойной»).

Вот список наиболее часто встречающихся в русских текстах биграмм в порядке убывания их вероятности:

ТО  НА  НЕ  ПО  НО  ЛА  СТ  ОН

  РА  АЛ  КО  ГО   КА  ЛО  НИ  ОВ

Маша.

Шифр Виженера

Блезом де Виженером, придворным короля Франции Генриха III, в конце XVI в. был предложен весьма изящный метод шифрования.

Иногда этот шифр называют также шифром с перекрытием текста.

Для шифрования используется секретное слово или фраза. Нужно писать это секретное слово над исходным текстом, повторяя его, пока не кончится сообщение. Каждая буква исходного текста заменяется на отстоящую от неё в алфавите на несколько позиций. Величина сдвига задаётся буквой ключевого (секретного) слова, стоящей над данной буквой исходного текста.

Для буквы А сдвиг вообще отсутствует, буква Б соответствует сдвигу на одну позицию вперёд, буква В — сдвигу на две позиции и так далее. Последняя буква—Я — соответствует сдвигу на 31 позицию, поскольку в русском алфавите 32 буквы. То есть размер сдвига определяется порядковым номером буквы в алфавите, из которого вычтена единица.

       Ключевое слово ХОЛМС

       ПРИХОДИ НЕМЕДЛЕННО

ХОЛМСХО ЛМСХОЛМСХО

ПРИХОДИ  НЕМЕДЛЕННО

Теперь каждую букву сообщения на­до сдвинуть вперёд по алфавиту в соответствии с буквой ключевого слова, стоящей над ней.

Например, буква X является двадцать второй буквой алфавита и задаёт сдвиг на двадцать одну позицию вперёд.

Вместо буквы П исходного текста получится буква Д зашифрованного сообщения.

На протяжении почти трёхсот лет шифр Виженера считался практически не взламываемым. Впервые метод разгадки шифра Виженера предложил в 1863 г. майор прусской армии Фридрих Касицкий.

Его метод был основан на определении длины ключевого слова. Если нам известна длина ключевого слова, то можно разбить текст на несколько фрагментов, для каждого из которых применяется шифр Цезаря.

В примере длина ключевого слова «ХОЛМС» равна пяти. Это означает, что 1-ая, 6-ая, 11-ая, 16-ая и так далее буквы сообщения кодируются одним и тем же шифром Цезаря, соответствующим сдвигу вперёд на 21 позицию (поскольку первая буква ключевого слова  X — является 22-й буквой алфавита).

Аналогично 2-ая, 7-ая, 12-ая, 17-ая и так далее буквы кодируются шифром Цезаря со сдвигом на 14 позиций, соответствующим второй букве ключевого слова — 0.

ХОЛМСХО ЛМСХОЛМСХО

ПРИХОДИ  НЕМЕДЛЕННО

Ключевое слово: Барто

Разобьём на 5 букв:

НАШАТ АНЯГР ОМКОП ЛАЧЕТ  УРОНИ  ЛАВРЕ ЧКУМЯ ЧИКТА  НЯТАН ЕЧКАН  ЕПЛАЧ  ЬНЕУТ ОНЕТВ  РЕЧКЕ    МЯЧ

Зашифрованный текст

САЙТА БНПХЮ ПМЬАЭ МАЗЧА ФРЮЯЦ МАТВУ ШКГЮН ШИЪДО ОЯВТЫ ЖЧЪТЫ ЖПЫТЕ ЭНХЕА ПНХДР СЕЗЬУ НЯЗ

Юля

Немецкая шифровальная машина «ЭНИГМА»

В период Первой мировой войны и после неё широкое распространение получили механические и электромеханические шифровальные машины.

С одной из них — немецкой шифровальной машиной «Энигма» — связано одно из наиболее крупных достижений практической криптографии.

В январе 1933 г. было теоретически воссоздано устройство машины, что позволило позже создать её реальную модель; были разработаны так­же методы восстановления ключей к шифрам на основе перехваченных сообщений.

Позднее, в 1939 г., материалы по «Энигме» были переданы во Францию и Англию. Англичане продолжили работы, раскрыв усовершенствования, которые были внесены в конструкцию последних немецких машин, и систему кодов, используемую Германией. В этой работе, выполнявшейся большой группой учёных в местечке Блетчли в 70 км от Лондона, участвовал знаменитый математик Алан Тьюринг.

Работа сохранялась в глубокой тайне, и немцы даже не подозревали, что все их секретные сообщения становятся известны антигитлеровской коалиции.

Многие историки, изучающие Вторую мировую войну, убеждены, что это значительно ускорило падение фашисткой Германии и сохранило тысячи в глубокой тайне и после окончания войны; она была опубликована только 30 лет спустя, по истечение срока давности военных секретов.