Саймон Сингх - Книга шифров .Тайная история шифров и их расшифровки

• Название: Книга шифров .Тайная история шифров и их расшифровки
• Автор: Саймон Сингх
• Издательство: Астрель
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2007

Саймон Сингх получил степень кандидата наук по физике в Кембриджском университете. Во время работы продюсером на Би-би-си снял удостоенный награды Британской академии кино и телевидения документальный фильм «Великая теорема Ферма» и написал бестселлер под тем же названием.

Шифры используются с тех пор, как люди научились писать. В «Книге шифров» Саймон Сингх посредством волнующих историй о шпионаже, интригах, интеллектуальном блеске и военной хитрости показывает захватывающую историю криптографии.

<<Изложение Сингха сочетает в себе увлекательность и наиболее содержательный анализ из всех, которые я когда-нибудь видел. Как и всегда, он блещет способностью объяснять>>.

<<Гардиан>>

---

Мария и Бабингтон, дабы сохранить свои планы в секрете, полагались на шифр, но они жили в то время, когда криптография была ослаблена достижениями криптоанализа. Хотя их шифр обеспечивал достаточную защиту от любопытствующих глаз любителя, но у него не было ни единого шанса противостоять специалисту в частотном анализе. На галерее для зрителей сидел Фелиппес, спокойно ожидая предъявления доказательства, которое он добыл из зашифрованных писем.

Суд состоялся на второй день; Мария продолжала отрицать, что она хоть что-то знала о заговоре Бабингтона. Когда суд окончился, она оставила судей решать ее судьбу, заранее простив им уже предрешенный приговор. Десятью днями позже в Вестминстере собралась Звездная палата и вынесла вердикт, что Мария виновна в том, что «с 1 июня измышляла сама и одобряла измышленные другими планы, ставящие себе целью извести или убить священную особу нашей владычицы, королевы Английской». Они настаивали на смертной казни, и Елизавета утвердила смертный приговор.

8 февраля 1587 года в большом зале замка Фотерингей собралось три сотни зрителей, чтобы посмотреть на казнь. Уолсингем был полон решимости не допустить, чтобы Марию считали мученицей, и распорядился сжечь колоду, одежду Марии и все связанное с казнью, дабы избежать появления каких бы то ни было святых мощей. Он также планировал провести в последующую неделю пышное траурное шествие в честь своего зятя, сэра Филиппа Сиднея. Сидней, популярная и героическая личность, погиб в Нидерландах, сражаясь с католиками, и Уолсингем рассчитывал, что величественный парад в его честь ослабит симпатию к Марии. Однако Мария в не меньшей степени стремилась к тому, чтобы ее последнее появление выглядело жестом неповиновения, возможностью вновь подтвердить приверженность католической вере и вдохновить своих последователей.

Рис. 10 Казнь Марии, королевы Шотландии.

В то время как реформатский священник из Питерборо читал свои проповеди, Мария громко возносила свои молитвы во спасение английской католической церкви, своего сына и Елизаветы. С родовым девизом «В моем конце — мое начало» в душе Мария, успокоившись, и взошла на эшафот. Палачи попросили у нее прощения, и она ответила: «Я прощаю вам от всего сердца, поскольку теперь, я надеюсь, вы положите конец моим страданиям». Ричард Уингфилд в своем повествовании о последних днях королевы Шотландии так описал ее последние минуты:

После этого она сама очень спокойно легла на колоду, вытянула руки и ноги, крикнув напоследок три или четыре раза «In manus tuas domine»[10]; один из палачей, слегка придерживая ее одной рукой, дважды нанес удар топором, пока не отсек ей голову, но сзади остался неперерубленным небольшой хрящ; в это время она издала слабый звук, и больше ее лежащее тело не шевелилось… Ее губы открывались и закрывались еще почти четверть часа после того, как голова была отрублена. Затем один из палачей, дернув одну из ее подвязок, внезапно обнаружил маленькую собачку, которая ползала под ее одеждами, которую нельзя было отнять от хозяйки кроме как силой и которая потом не могла покинуть ее мертвое тело, а пришла и легла между ее головой и телом.

2 Нераскрываемый шифр

В течение столетий использование простого одноалфавитного шифра замены было достаточным, чтобы обеспечить секретность. Последующее развитие частотного анализа, вначале арабами, а затем в Европе, разрушило его стойкость. Трагическая казнь Марии Стюарт, королевы Шотландии, явилась драматической иллюстрацией слабостей одноалфавитной замены; очевидно, что в поединке между криптографами и криптоаналитиками последние одержали верх. Любой, кто отправлял зашифрованное сообщение, должен был отдавать себе отчет, что опытный дешифровальщик противника может перехватить и раскрыть самые ценные секреты.

Таким образом, криптографы должны были придумать новый, более стойкий шифр, с помощью которого смогли бы перехитрить криптоаналитиков. Хотя такой шифр появился в конце шестнадцатого века, однако его истоки восходят к пятнадцатому веку к флорентийскому энциклопедисту Леону Баттиста Альберти. Альберти родился в 1404 году и был одним из выдающихся личностей Возрождения — художник, композитор, поэт и философ, а также автор первого научного анализа законов перспективы, трактата о комнатной мухе и речи, произнесенной на похоронах своей собаки. Но, пожалуй, более всего он известен как архитектор, спроектировавший первый римский фонтан Треви и написавший первую печатную книгу «Об архитектуре», которая послужила толчком для перехода от готики к архитектуре эпохи Возрождения.

Как-то в шестидесятых годах пятнадцатого века Альберти прогуливался по саду в Ватикане и столкнулся со своим другом, Леонардо Дато, служившим секретарем у папы. Они поболтали; причем Дато завел разговор о криптографии и о сложностях в ней. Этот случайный разговор натолкнул Альберти на мысль написать исследование по этому предмету, наметив в общих чертах, каким, по его мнению, должен быть новый вид шифра. В то время все шифры замены требовали отдельного шифралфавита для зашифровывания каждого сообщения.

Альберти же предложил использовать два или более шифралфавитов, переходя от одного к другому в процессе зашифровывания и сбивая этим с толку возможных криптоаналитиков.

Здесь, например, у нас есть два возможных шифралфавита, и мы можем зашифровать сообщение, используя поочередно то один, то другой. Так, чтобы зашифровать слово hello, мы зашифруем первую букву с помощью первого шифралфавита, так что h превратится в А, вторую же букву мы зашифруем, используя второй шифралфавит, при этом е станет F. Для зашифровывания третьей буквы мы вернемся опять к первому шифралфавиту, а чтобы зашифровать четвертую букву, мы вновь обратимся ко второму шифралфавиту. Благодаря этому, первая l будет зашифрована как Р, а вторая l превратится в А. Последняя буква, о, зашифровывается первым шифралфавитом и преобразуется в D. Окончательный вид шифртекста: AFPAD. Основное преимущество системы Альберти заключается в том, что одинаковые буквы в открытом тексте не обязательно останутся одинаковыми в шифртексте, поэтому повторяющиеся l в слове hello зашифровываются различным образом. Точно так же повторяющиеся А в шифртексте являются различными буквами открытого текста, сначала h, а потом l.

Несмотря на то что Альберти совершил самый значительный за более чем тысячу лет переворот в криптографии, он не сумел довести свою идею до целостной системы. Решать эту задачу, основываясь на первоначальной идее Альберти, предстояло уже другим, вначале Иоганну Тритемию, немецкому аббату, родившемуся в 1462 году, затем Джованни Порта, итальянскому ученому, родившемуся в 1535 году, и, наконец, Блезу де Виженеру, французскому дипломату, родившемуся в 1523 году. Виженер познакомился с трудами Альберти, Тритемия и Порта, когда его в двадцать шесть лет послали на два года в Рим с дипломатической миссией. Вначале интерес Виженера к криптографии был чисто практического свойства и связан с дипломатической службой. Но затем, когда ему исполнилось тридцать девять лет, он решил, что накопил уже достаточно денег, чтобы оставить службу, отказаться от карьеры и сосредоточиться на исследованиях. И только потом он детально проверил идеи Альберти, Тритемия и Порта, создав на их основе новый шифр.

Рис. 11 Блез де Виженер

Хотя и Альберти, и Тритемий, и Порта, каждый внесли значительный вклад в создание нового шифра, но этот шифр известен как шифр Виженера, в честь человека, который придал ему окончательный вид. Стойкость шифра Виженера состоит в том, что для зашифровывания сообщения в нем используется не один, а 26 различных шифралфавитов. Шифрование начинается с построения так называемого квадрата Виженера, показанного в таблице 3: алфавит открытого текста с последующими 26 шифралфавитами, каждый из которых сдвинут на одну букву относительно предыдущего алфавита.

Таблица 3 Квадрат Виженера.

Здесь ряд 1 представляет собой алфавит шифра Цезаря со сдвигом на 1 позицию, то есть этот шифралфавит может использоваться в качестве алфавита шифра Цезаря, в котором каждая буква открытого текста заменяется буквой, расположенной в алфавите на одну позицию дальше. Точно так же ряд 2 представляет собой алфавит шифра Цезаря со сдвигом на 2 позиции и так далее.

Верхний ряд квадрата, со строчными буквами, представляет буквы алфавита открытого текста. Вы можете зашифровать каждую букву открытого текста с помощью любого из 26 шифралфавитов. Например, если используется шифралфавит номер 2, то буква а зашифровывается как С, если же используется шифралфавит номер 12, тогда а преобразуется в М.