Potreba šifrovať korešpondenciu vznikla v starovekom svete a objavili sa jednoduché substitučné šifry. Šifrované správy určovali osudy mnohých bitiek a ovplyvňovali chod dejín. Postupom času ľudia vynašli čoraz pokročilejšie metódy šifrovania.
Kód a šifra sú, mimochodom, rôzne pojmy. Prvý znamená nahradenie každého slova v správe kódovým slovom. Druhým je šifrovanie každého symbolu informácií pomocou špecifického algoritmu.
Po tom, čo matematika začala kódovať informácie a bola vyvinutá teória kryptografie, vedci objavili mnohé užitočné vlastnosti tejto aplikovanej vedy. Napríklad dekódovacie algoritmy pomohli odhaliť mŕtve jazyky, ako je staroveká egyptčina alebo latinčina.
Steganografia
Steganografia je staršia ako kódovanie a šifrovanie. Toto umenie existuje už veľmi dlho. Doslova to znamená „skryté písanie“alebo „šifrové písanie“. Hoci steganografia úplne nespĺňa definície kódu alebo šifry, jej cieľom je skryť informácie pred cudzími ľuďmi.oko.
Steganografia je najjednoduchšia šifra. Typickým príkladom sú prehltnuté poznámky pokryté voskom alebo odkaz na vyholenej hlave, ktorý sa skrýva pod pestovanými vlasmi. Najjasnejším príkladom steganografie je metóda opísaná v mnohých anglických (nielen) detektívnych knihách, keď sa správy prenášajú cez noviny, kde sú písmená nenápadne označené.
Hlavnou nevýhodou steganografie je, že si ju môže všimnúť aj pozorný cudzinec. Preto, aby sa predišlo ľahkému prečítaniu tajnej správy, v spojení so steganografiou sa používajú metódy šifrovania a kódovania.
ROT1 a Caesarova šifra
Názov tejto šifry je ROTate 1 letter dopredu a je známa mnohým školákom. Ide o jednoduchú substitučnú šifru. Jeho podstata spočíva v tom, že každé písmeno je zašifrované abecedným posunom o 1 písmeno dopredu. A -> B, B -> C, …, Z -> A. Napríklad zašifrujeme frázu „naša Nasťa hlasno plače“a dostaneme „všeobecná Obtua dspnlp rmbsheu“.
Šifru ROT1 možno zovšeobecniť na ľubovoľný počet posunov, potom sa nazýva ROTN, kde N je číslo, o ktoré sa má posunúť šifrovanie písmen. V tejto podobe je šifra známa už od staroveku a nazýva sa „Cézarova šifra“.
Caesarova šifra je veľmi jednoduchá a rýchla, ale je to jednoduchá šifra s jednou permutáciou, a preto je ľahké ju prelomiť. S takouto nevýhodou sa hodí len na detinské žarty.
Transpozičné alebo permutačné šifry
Tieto typy jednoduchých permutačných šifier sú vážnejšie a aktívne sa používali ešte nedávno. Počas americkej občianskej vojny a prvej svetovej vojny sa používal na odosielanie správ. Jeho algoritmus spočíva v preusporiadaní písmen na miestach - napíšte správu v opačnom poradí alebo usporiadajte písmená v pároch. Zašifrujme napríklad frázu „Morseova abeceda je tiež šifra“-> „akubza ezrom – ježko rfish“.
S dobrým algoritmom, ktorý určoval ľubovoľné permutácie pre každý znak alebo ich skupinu, sa šifra stala odolnou voči jednoduchému prelomeniu. Ale! Iba v správnom čase. Keďže šifra sa dá ľahko prelomiť jednoduchou hrubou silou alebo porovnávaním slovníka, dnes si s jej dešifrovaním poradí každý smartfón. Preto sa s príchodom počítačov aj táto šifra presunula do kategórie detských.
Morseova abeceda
ABC je prostriedok na výmenu informácií a jeho hlavnou úlohou je zjednodušiť a zjednodušiť prenos správ. Aj keď je to v rozpore s tým, na čo je šifrovanie určené. Napriek tomu funguje ako tie najjednoduchšie šifry. V systéme Morse má každé písmeno, číslo a interpunkčné znamienko svoj vlastný kód, ktorý sa skladá zo skupiny pomlčiek a bodiek. Pri odosielaní správy pomocou telegrafu pomlčky a bodky predstavujú dlhé a krátke signály.
Telegraf a Morseova abeceda… Morse bol ten, kto prvý patentoval „svoj“vynález v roku 1840, hoci podobné zariadenia boli vynájdené v Rusku a Anglicku už pred ním. Ale koho to teraz zaujíma… Telegraf a abecedaMorseova abeceda mala veľký vplyv na svet a umožnila takmer okamžitý prenos správ na kontinentálne vzdialenosti.
Monoalfabetická substitúcia
Vyššie popísané ROTN a Morseova abeceda sú príkladmi monoalfabetických náhradných písiem. Predpona „mono“znamená, že počas šifrovania je každé písmeno pôvodnej správy nahradené iným písmenom alebo kódom z jedinej šifrovacej abecedy.
Rozlúštenie jednoduchých substitučných šifier nie je ťažké, a to je ich hlavná nevýhoda. Riešia sa jednoduchým výpočtom alebo frekvenčnou analýzou. Napríklad je známe, že najpoužívanejšie písmená ruského jazyka sú „o“, „a“, „i“. Dá sa teda predpokladať, že v šifrovom texte najčastejšie sa vyskytujúce písmená znamenajú buď „o“, alebo „a“, alebo „a“. Na základe týchto úvah je možné správu dešifrovať aj bez počítačového vyhľadávania.
Je známe, že Mária I., škótska kráľovná v rokoch 1561 až 1567, používala veľmi zložitú monoalfabetickú substitučnú šifru s niekoľkými kombináciami. Napriek tomu boli jej nepriatelia schopní rozlúštiť správy a informácie stačili na odsúdenie kráľovnej na smrť.
Gronsfeldova šifra alebo polyalfabetická substitúcia
Jednoduché šifry sú kryptografiou vyhlásené za zbytočné. Preto boli mnohé z nich vylepšené. Gronsfeldova šifra je modifikáciou Caesarovej šifry. Táto metóda je oveľa odolnejšia voči hackingu a spočíva v tom, že každý znak zakódovanej informácie je zašifrovaný pomocou jednej z rôznych abecied, ktoré sa cyklicky opakujú. Dá sa povedať, že ide o viacrozmernú aplikáciunajjednoduchšia substitučná šifra. Gronsfeldova šifra je v skutočnosti veľmi podobná Vigenèrovej šifre diskutovanej nižšie.
Šifrovací algoritmus ADFGX
Toto je najznámejšia šifra z prvej svetovej vojny, ktorú používali Nemci. Šifra dostala svoje meno, pretože šifrovací algoritmus viedol všetky šifry k striedaniu týchto písmen. Výber samotných písmen bol určený ich pohodlnosťou pri prenose cez telegrafné linky. Každé písmeno v šifre je reprezentované dvoma. Pozrime sa na zaujímavejšiu verziu štvorca ADFGX, ktorá obsahuje čísla a nazýva sa ADFGVX.
| A | D | F | G | V | X | |
| A | J | Q | A | 5 | H | D |
| D | 2 | E | R | V | 9 | Z |
| F | 8 | Y | I | N | K | V |
| G | U | P | B | F | 6 | O |
| V | 4 | G | X | S | 3 | T |
| X | W | L | Q | 7 | C | 0 |
Algoritmus kvadratúry ADFGX je nasledujúci:
- Vyberte náhodných n písmen pre stĺpce a riadky.
- Vytvorenie matice N x N.
- Do matice zadajte abecedu, čísla, znaky náhodne roztrúsené po bunkách.
Urobme podobný štvorec pre ruský jazyk. Napríklad vytvorte štvorec ABCD:
| A | B | B | G | D | |
| A | E/E | N | b/b | A | I/Y |
| B | W | V/F | G/R | З | D |
| B | Sh/Sh | B | L | X | I |
| G | R | M | O | Yu | P |
| D | F | T | T | S | U |
Táto matica vyzerá zvláštne, pretože riadok buniek obsahuje dve písmená. To je prijateľné, význam správy sa nestráca. Dá sa ľahko obnoviť. Zašifrujte frázu „Kompaktná šifra“pomocou tejto tabuľky:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| Fráza | K | O | M | P | A | K | T | N | S | Y | Ш | & | F | R |
| Cipher | bw | gv | gb | kde | ag | bw | db | ab | dg | peklo | wa | peklo | bb | ha |
Konečná zašifrovaná správa teda vyzerá takto: "bvgvgbgdagbvdbabdgvdvaadbbga". Samozrejme, Nemci vykonali podobnú líniu prostredníctvom niekoľkých ďalších šifier. A nakoniec to dopadlo veľmi stabilneprelomiť šifrovanú správu.
Vigenèrova šifra
Táto šifra je rádovo odolnejšia voči prelomeniu ako monoalfabetické, hoci ide o jednoduchú šifru na nahradenie textu. Kvôli robustnému algoritmu sa však dlho považovalo za nemožné hacknúť. Prvá zmienka o ňom pochádza zo 16. storočia. Vigenère (francúzsky diplomat) je mylne považovaný za jeho vynálezcu. Aby ste lepšie pochopili, čo je v stávke, zvážte Vigenèrovu tabuľku (Vigenèrov štvorec, tabula recta) pre ruský jazyk.
Začnime kódovať frázu „Kasperovich sa smeje“. Ale aby bolo šifrovanie úspešné, je potrebné kľúčové slovo – nech je to „heslo“. Teraz začnime so šifrovaním. Aby sme to dosiahli, napíšeme kľúč toľkokrát, aby počet písmen z neho zodpovedal počtu písmen v zašifrovanej fráze, opakovaním kľúča alebo strihaním:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| Fráza: | K | A | С | P | E | R | O | B | & | W | С | M | E | E | T | С | I |
| Kľúč | P | A | R | O | L | b | P | A | R | O | L | b | P | A | R | O | L |
Teraz pomocou Vigenèrovej tabuľky, podobne ako v súradnicovej rovine, hľadáme bunku, ktorá je priesečníkom dvojíc písmen, a dostaneme: K + P=b, A + A=B, C + P=C atď.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| Šifra: | b | B | B | Yu | С | N | Yu | G | Sch | F | E | Y | X | F | G | A | L |
Uvedomujeme si, že „Kasperovič sa smeje“=„bvusnyugschzh eykhzhgal“.
Prelomiť Vigenèrovu šifru je také ťažké, pretože frekvenčná analýza potrebuje poznať dĺžku kľúčového slova, aby fungovala. Takže hack je náhodne hodiť dĺžku kľúčového slova a pokúsiť sa rozlúštiť tajnú správu.
Treba tiež spomenúť, že okrem úplne náhodného kľúča je možné použiť aj úplne inú Vigenèrovu tabuľku. V tomto prípade sa Vigenèrov štvorec skladá z riadku po riadku písanej ruskej abecedy s posunom o jeden. Čo nás odkazuje na šifru ROT1. A rovnako ako v Caesarovej šifre môže byť odsadenie čokoľvek. Okrem toho poradie písmen nemusí byť abecedné. V tomto prípade môže byť kľúčom samotná tabuľka, bez toho, aby ste vedeli, čo bude nemožné prečítať správu, dokonca aj keď budete poznať kľúč.
Kódy
Skutočné kódy pozostávajú zo zhôd pre každý z nichslová samostatného kódu. Na prácu s nimi sú potrebné takzvané kódové knihy. V skutočnosti ide o ten istý slovník, ktorý obsahuje iba preklady slov do kódov. Typickým a zjednodušeným príkladom kódov je ASCII tabuľka – medzinárodná šifra jednoduchých znakov.
Hlavnou výhodou kódov je, že je veľmi ťažké ich rozlúštiť. Keď sú hacknuté, frekvenčná analýza takmer nefunguje. Slabinou kódexov sú v skutočnosti samotné knihy. Po prvé, ich príprava je zložitý a nákladný proces. Po druhé, pre nepriateľov sa zmenia na požadovaný objekt a zachytenie čo i len časti knihy vás prinúti úplne zmeniť všetky kódy.
V 20. storočí mnohé štáty používali kódy na prenos tajných údajov, pričom po určitom čase menili zoznam kódov. A tiež aktívne lovili knihy susedov a oponentov.
Enigma
Každý vie, že Enigma bola hlavným šifrovacím strojom nacistov počas druhej svetovej vojny. Štruktúra Enigmy zahŕňa kombináciu elektrických a mechanických obvodov. Ako šifra dopadne, závisí od počiatočnej konfigurácie Enigmy. Enigma zároveň počas prevádzky automaticky mení svoju konfiguráciu, pričom jednu správu zašifruje niekoľkými spôsobmi po celej jej dĺžke.
Na rozdiel od najjednoduchších šifier ponúkala „Enigma“bilióny možných kombinácií, vďaka ktorým bolo prelomenie zašifrovaných informácií takmer nemožné. Nacisti mali zase na každý deň pripravenú určitú kombináciu, ktorú malipoužívané v konkrétny deň na odosielanie správ. Preto, aj keby sa Enigma dostala do rúk nepriateľa, neurobila nič pre dešifrovanie správ bez toho, aby každý deň zadala správnu konfiguráciu.
Hack "Enigma" bol aktívne skúšaný počas celej Hitlerovej vojenskej kampane. V Anglicku na to v roku 1936 postavili jedno z prvých výpočtových zariadení (Turingov stroj), ktoré sa stalo prototypom počítačov budúcnosti. Jeho úlohou bolo simulovať fungovanie niekoľkých desiatok Enigmov súčasne a spúšťať cez ne zachytené nacistické správy. Ale aj Turingov stroj bol len občas schopný rozlúštiť správu.
Šifrovanie verejným kľúčom
Najobľúbenejší zo šifrovacích algoritmov, ktorý sa používa všade v technológiách a počítačových systémoch. Jeho podstata spočíva spravidla v prítomnosti dvoch kľúčov, z ktorých jeden sa prenáša verejne a druhý je tajný (súkromný). Verejný kľúč sa používa na šifrovanie správy a súkromný kľúč sa používa na jej dešifrovanie.
Verejný kľúč je najčastejšie veľmi veľké číslo, ktoré má iba dvoch deliteľov, nepočítajúc jedného a samotného čísla. Tieto dva deliče spolu tvoria tajný kľúč.
Pozrime sa na jednoduchý príklad. Verejný kľúč nech je 905. Jeho deliteľmi sú čísla 1, 5, 181 a 905. Potom bude tajný kľúč napríklad číslo 5181. Hovoríte, že príliš ľahké? Čo ak v úloheverejné číslo bude číslo so 60 číslicami? Matematicky ťažké vypočítať deliteľa veľkého čísla.
Pre názornejší príklad si predstavte, že vyberáte peniaze z bankomatu. Pri čítaní karty sa osobné údaje zašifrujú určitým verejným kľúčom a na strane banky sa informácie dešifrujú tajným kľúčom. A tento verejný kľúč je možné zmeniť pre každú operáciu. A neexistujú žiadne spôsoby, ako rýchlo nájsť kľúčové deliče pri jeho zachytení.
Trvalosť písma
Kryptografickou silou šifrovacieho algoritmu je schopnosť odolať hackerom. Tento parameter je najdôležitejší pre každé šifrovanie. Je zrejmé, že jednoduchá substitučná šifra, ktorú dokáže dešifrovať akékoľvek elektronické zariadenie, je jednou z najnestabilnejších.
Dnes neexistujú jednotné štandardy, podľa ktorých by bolo možné posúdiť silu šifry. Je to namáhavý a dlhý proces. Existuje však množstvo komisií, ktoré vypracovali štandardy v tejto oblasti. Napríklad minimálne požiadavky na Advanced Encryption Standard alebo AES šifrovací algoritmus vyvinutý NIST USA.
Pre informáciu: Vernamova šifra je uznávaná ako šifra s najvyššou odolnosťou voči prelomeniu. Jeho výhodou zároveň je, že podľa jeho algoritmu ide o najjednoduchšiu šifru.
