Сат алмасуды шифрлау қажеттілігі ежелгі дүниеде пайда болды және қарапайым алмастыру шифрлары пайда болды. Шифрланған хабарламалар көптеген шайқастардың тағдырын анықтап, тарих барысына әсер етті. Уақыт өте адамдар шифрлаудың жетілдірілген әдістерін ойлап тапты.
Код пен шифр, айтпақшы, әртүрлі ұғымдар. Біріншісі хабарламадағы әрбір сөзді кодтық сөзбен ауыстыруды білдіреді. Екіншісі – белгілі бір алгоритм арқылы ақпараттың әрбір символын шифрлау.
Математика ақпаратты кодтай бастағаннан кейін және криптография теориясы жасалғаннан кейін ғалымдар бұл қолданбалы ғылымның көптеген пайдалы қасиеттерін ашты. Мысалы, декодтау алгоритмдері көне мысыр немесе латын сияқты өлі тілдерді ашуға көмектесті.
Стеганография
Стеганография кодтау мен шифрлаудан да көне. Бұл өнер көптен бері бар. Бұл сөзбе-сөз «жасырын жазу» немесе «шифрлық жазу» дегенді білдіреді. Стеганография кодтың немесе шифрдың анықтамаларына толық сәйкес келмесе де, ол ақпаратты бейтаныс адамдардан жасыруға арналған.көз.
Стеганография - ең қарапайым шифр. Балауызбен жабылған жұтылған ноталар әдеттегі мысалдар немесе өсірілген шаштың астында жасырылған қырылған бастағы хабарлама. Стеганографияның ең айқын мысалы - көптеген ағылшын тіліндегі (тек қана емес) детективтік кітаптарда сипатталған әдіс, хабарлар газет арқылы жіберілгенде, әріптер байқалмайтын түрде белгіленеді.
Стеганографияның негізгі кемшілігі – зейінді бейтаныс адам оны байқай алады. Сондықтан құпия хабарламаның оңай оқылмауы үшін шифрлау және кодтау әдістері стеганографиямен бірге қолданылады.
ROT1 және Цезарь шифры
Бұл шифрдың атауы 1 әріпті алға айналдыру және оны көптеген мектеп оқушылары біледі. Бұл қарапайым ауыстыру шифры. Оның мәні әрбір әріптің алфавит бойынша 1 әріпке алға жылжу арқылы шифрлануында жатыр. A -> B, B -> C, …, Z -> A. Мысалы, біз "біздің Настя қатты жылайды" деген тіркесті шифрлаймыз және біз "жалпы Obtua dspnlp rmbsheu" аламыз.
ROT1 шифрын ығысулардың ерікті санына жалпылауға болады, содан кейін ол ROTN деп аталады, мұндағы N әріптерді шифрлауды ауыстыру керек сан. Бұл пішінде шифр ежелден белгілі және «Цезарь шифры» деп аталады.
Цезарь шифры өте қарапайым және жылдам, бірақ ол қарапайым жалғыз ауыстыру шифры, сондықтан оны бұзу оңай. Мұндай кемшілігі бар, ол тек балалар еркелігіне жарайды.
Транспозициялық немесе ауыстыру шифрлары
Қарапайым ауыстыру шифрларының бұл түрлері анағұрлым маңызды және жақын арада белсенді түрде қолданылған. Американдық Азаматтық соғыс және Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде ол хабарламаларды жіберу үшін пайдаланылды. Оның алгоритмі әріптерді орындарда қайта орналастырудан тұрады - хабарламаны кері ретпен жазыңыз немесе әріптерді жұппен қайта реттеңіз. Мысалы, "Морзе коды да шифр" -> "akubza ezrom - кірпі rfish" тіркесін шифрлап көрейік.
Әр таңба немесе олардың тобы үшін ерікті ауыстыруларды анықтайтын жақсы алгоритм арқылы шифр қарапайым крекингке төзімді болды. Бірақ! Тек өз уақытында. Шифр қарапайым дөрекі күш немесе сөздік сәйкестендіру арқылы оңай бұзылатындықтан, бүгінгі күні кез келген смартфон оның шифрын шешуді шеше алады. Сондықтан компьютерлердің пайда болуымен бұл шифр да балалар санатына көшті.
Морзе коды
ABC ақпарат алмасу құралы болып табылады және оның негізгі міндеті хабарларды жіберу үшін жеңіл және түсінікті ету болып табылады. Бұл шифрлаудың мақсатына қайшы келсе де. Дегенмен, ол қарапайым шифрлар сияқты жұмыс істейді. Морзе жүйесінде әрбір әріптің, санның және тыныс белгілерінің сызықшалар мен нүктелер тобынан тұратын өз коды бар. Хабарламаны телеграф арқылы жіберген кезде сызықтар мен нүктелер ұзын және қысқа сигналдарды білдіреді.
Телеграф және Морзе алфавиті… Морзе 1840 жылы «өзінің» өнертабысын алғаш рет патенттеген, бірақ оған дейін Ресей мен Англияда ұқсас құрылғылар ойлап табылған. Бірақ қазір кімнің ісі… Телеграф пен әліпбиМорзе коды әлемге өте үлкен әсер етті, бұл континенттік қашықтыққа хабарларды бірден дерлік жіберуге мүмкіндік берді.
Моноалфавиттік ауыстыру
Жоғарыда сипатталған ROTN және Морзе коды моноалфавитті ауыстыру қаріптерінің мысалдары болып табылады. "Моно" префиксі шифрлау кезінде бастапқы хабардың әрбір әрпі басқа әріппен немесе жалғыз шифрлау әліпбиіндегі кодпен ауыстырылатынын білдіреді.
Қарапайым алмастыру шифрларын шешу қиын емес және бұл олардың басты кемшілігі. Олар қарапайым санау немесе жиілікті талдау арқылы шешіледі. Мысалы, орыс тілінің ең көп қолданылатын әріптері «о», «а», «и» екені белгілі. Осылайша, шифрленген мәтінде жиі кездесетін әріптер «o», немесе «a», немесе «және» дегенді білдіреді деп болжауға болады. Осы ойларға сүйене отырып, хабарды тіпті компьютерде іздеусіз де шешуге болады.
1561-1567 жылдар аралығында Шотландия патшайымы Мэри I бірнеше комбинациялары бар өте күрделі моноалфавитті алмастыру шифрін қолданғаны белгілі. Дегенмен оның жаулары хабарларды шеше алды және бұл ақпарат патшайымды өлім жазасына кесуге жеткілікті болды.
Гронсфельд шифры немесе полиалфавиттік ауыстыру
Қарапайым шифрлар криптография арқылы жарамсыз деп танылады. Сондықтан олардың көпшілігі жетілдірілді. Гронсфельд шифры Цезарь шифрінің модификациясы болып табылады. Бұл әдіс бұзуға әлдеқайда төзімді және кодталған ақпараттың әрбір символы циклдік қайталанатын әртүрлі алфавиттердің бірін пайдаланып шифрланады. Бұл көп өлшемді қолданба деп айтуға боладыең қарапайым алмастыру шифры. Шын мәнінде, Гронсфельд шифры төменде талқыланған Виженер шифріне өте ұқсас.
ADFGX шифрлау алгоритмі
Бұл немістер қолданған бірінші дүниежүзілік соғыстың ең танымал шифры. Шифр өз атауын алды, өйткені шифрлау алгоритмі барлық шифрларды осы әріптердің кезектесуіне әкелді. Әріптерді таңдау олардың телеграф желілері арқылы берілетін ыңғайлылығымен анықталды. Шифрдағы әрбір әріп екі арқылы көрсетіледі. Сандарды қамтитын және ADFGVX деп аталатын ADFGX шаршысының қызықтырақ нұсқасын қарастырайық.
| A | D | F | G | V | X | |
| A | J | Q | A | 5 | H | D |
| D | 2 | E | R | V | 9 | Z |
| F | 8 | Y | Мен | N | K | V |
| G | U | P | B | F | 6 | O |
| V | 4 | G | X | S | 3 | T |
| X | W | L | Q | 7 | C | 0 |
ADFGX квадраттау алгоритмі келесідей:
- Бағандар мен жолдар үшін кездейсоқ n әріпті таңдаңыз.
- N x N матрицасын құру.
- Алфавитті, сандарды, ұяшықтарға кездейсоқ шашыраған таңбаларды матрицаға енгізіңіз.
Орыс тіліне де ұқсас шаршы жасайық. Мысалы, ABCD шаршысын жасайық:
| A | B | B | G | D | |
| A | E/E | N | b/b | A | I/Y |
| B | W | V/F | G/R | З | D |
| B | Ш/Ш | B | L | X | Мен |
| G | R | M | O | Ю | P |
| D | F | T | T | S | U |
Бұл матрица біртүрлі көрінеді, себебі ұяшықтар қатарында екі әріп бар. Бұл қолайлы, хабардың мағынасы жоғалмайды. Оны оңай қалпына келтіруге болады. Мына кестені пайдаланып "Шағын шифр" тіркесін шифрлаңыз:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| Фразасы | K | O | M | P | A | K | T | N | S | Y | Ш | & | F | R |
| Шифр | bw | gv | gb | қайда | ag | bw | db | ab | dg | тозақ | wa | тозақ | bb | ha |
Осылайша, соңғы шифрланған хабар келесідей болады: "bvgvgbgdagbvdbabdgvdvaadbbga". Әрине, немістер тағы бірнеше шифрлар арқылы ұқсас сызықты жүзеге асырды. Соңында ол өте тұрақты болып шықтышифрланған хабарды бұзу үшін.
Vigenère шифры
Бұл шифр бір алфавитке қарағанда крекингке төзімдірек, бірақ ол мәтінді алмастыратын қарапайым шифр. Дегенмен, сенімді алгоритмнің арқасында оны бұзу мүмкін емес деп саналды. Ол туралы алғашқы ескерту 16 ғасырға жатады. Виженер (француз дипломаты) оның өнертапқышы ретінде қате есептеледі. Не қауіп төніп тұрғанын жақсырақ түсіну үшін орыс тіліне арналған Виженер кестесін (Виженер квадраты, tabula recta) қарастырыңыз.
«Касперович күледі» деген сөз тіркесін кодтауды бастайық. Бірақ шифрлау сәтті болуы үшін кілт сөз қажет - ол «пароль» болсын. Енді шифрлауды бастайық. Ол үшін кілтті қайталау немесе кесу арқылы ондағы әріптер саны шифрланған фразадағы әріптер санына сәйкес келетіндей етіп кілтті көп рет жазамыз:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| Фразасы: | K | A | С | P | E | R | O | B | & | W | С | M | E | E | T | С | Мен |
| Кілт | P | A | R | O | L | b | P | A | R | O | L | b | P | A | R | O | L |
Енді Виженер кестесін пайдалана отырып, координаталық жазықтықтағыдай, біз әріптер жұбының қиылысы болатын ұяшықты іздейміз және мынаны аламыз: K + P=b, A + A=B, C + P=C, т.б.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| Шифр: | b | B | B | Ю | С | N | Ю | G | Sch | F | E | Y | X | F | G | A | L |
Біз "Касперович күледі"="бвуснюгщж ейхжгал" деп түсінеміз.
Vigenère шифрын бұзу өте қиын, себебі жиілікті талдау жұмыс істеу үшін кілт сөздің ұзындығын білуі керек. Сондықтан бұзу кілт сөздің ұзындығын кездейсоқ лақтырып, құпия хабарламаны бұзуға тырысады.
Толығымен кездейсоқ кілттен басқа мүлде басқа Vigenère кестесін пайдалануға болатынын да атап өткен жөн. Бұл жағдайда Виженер алаңы бір ығысу бар жолдан-жолға жазылған орыс алфавитінен тұрады. Бұл бізге ROT1 шифрына сілтеме жасайды. Цезарь шифріндегідей, офсет кез келген нәрсе болуы мүмкін. Оның үстіне әріптердің реті әліпби бойынша болуы міндетті емес. Бұл жағдайда кестенің өзі кілт болуы мүмкін, ол хабарламаны оқу мүмкін болмайтынын білмей, тіпті кілтті біле тұра.
Кодтар
Нақты кодтар әрқайсысы үшін сәйкестіктерден тұрадыжеке кодтың сөздері. Олармен жұмыс істеу үшін кодтық кітаптар деп аталатындар қажет. Шын мәнінде, бұл сөздік, тек сөздердің кодтарға аудармасы бар. Кодтардың типтік және жеңілдетілген мысалы ASCII кестесі – қарапайым таңбалардың халықаралық шифры.
Кодтардың басты артықшылығы - оларды шешу өте қиын. Олар бұзылған кезде жиілікті талдау жұмыс істемейді. Кодтардың әлсіздігі, шын мәнінде, кітаптардың өзінде. Біріншіден, оларды дайындау күрделі және қымбат процесс. Екіншіден, жаулар үшін олар қажетті нысанға айналады және кітаптың бір бөлігін ұстап алу сізді барлық кодтарды толығымен өзгертуге мәжбүр етеді.
20 ғасырда көптеген штаттар белгілі бір кезеңнен кейін код кітабын өзгертіп, құпия деректерді тасымалдау үшін кодтарды пайдаланды. Сондай-ақ олар көршілері мен қарсыластарының кітаптарын белсенді түрде іздеді.
Жұмбақ
Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Enigma нацистердің негізгі шифрлау машинасы болғанын бәрі біледі. Enigma құрылымы электрлік және механикалық тізбектердің комбинациясын қамтиды. Шифрдың қалай шығатыны Enigma бастапқы конфигурациясына байланысты. Сонымен қатар, Enigma жұмыс кезінде конфигурациясын автоматты түрде өзгертеді, бір хабарды бүкіл ұзындығы бойынша бірнеше жолмен шифрлайды.
Ең қарапайым шифрлардан айырмашылығы, «Enigma» триллиондаған ықтимал комбинацияларды берді, бұл шифрланған ақпаратты бұзуды іс жүзінде мүмкін емес етті. Өз кезегінде, фашистер әр күнге дайындаған белгілі бір комбинацияға ие болдыхабарларды жіберу үшін белгілі бір күні пайдаланылады. Сондықтан Enigma жаудың қолына түссе де, ол күн сайын дұрыс конфигурацияны енгізбестен хабарламалардың шифрын ашу үшін ештеңе істемеді.
Хак «Enigma» Гитлердің бүкіл әскери науқаны кезінде белсенді түрде сыналды. 1936 жылы Англияда бұл үшін алғашқы есептеуіш құрылғылардың бірі (Тьюринг машинасы) жасалды, ол болашақта компьютерлердің прототипі болды. Оның міндеті бір уақытта бірнеше ондаған Enigmas жұмысын модельдеу және олар арқылы ұсталған нацистік хабарламаларды жіберу болды. Бірақ тіпті Тьюринг машинасы хабарламаны анда-санда ғана бұзатын.
Ашық кілт шифрлау
Технологиялар мен компьютерлік жүйелерде барлық жерде қолданылатын шифрлау алгоритмдерінің ең танымалы. Оның мәні, әдетте, екі кілттің болуымен байланысты, олардың біреуі ашық түрде беріледі, ал екіншісі құпия (жеке). Ашық кілт хабарламаны шифрлау үшін, ал жеке кілт оның шифрын ашу үшін пайдаланылады.
Ашық кілт көбінесе бір және санның өзін есептемегенде екі бөлгіші бар өте үлкен сан болып табылады. Бұл екі бөлгіш бірге құпия кілтті құрайды.
Қарапайым мысалды қарастырайық. Ашық кілт 905 болсын. Оның бөлгіштері 1, 5, 181 және 905 сандары. Сонда құпия кілт, мысалы, 5181 саны болады. Тым оңай дейсіз бе? Рөлде болса шежалпы сан 60 таңбалы сан болады? Үлкен санның бөлгіштерін есептеу математикалық қиын.
Нақтырақ мысал үшін банкоматтан ақша алып жатырсыз деп елестетіңіз. Картаны оқу кезінде жеке деректер белгілі бір ашық кілтпен шифрланады, ал банк жағында ақпарат құпия кілтпен шифрланады. Және бұл ашық кілт әр операция үшін өзгертілуі мүмкін. Және оны ұстау кезінде негізгі бөлгіштерді жылдам табудың ешқандай жолы жоқ.
Қаріптің беріктігі
Шифрлау алгоритмінің криптографиялық күші - бұзуға қарсы тұру мүмкіндігі. Бұл параметр кез келген шифрлау үшін ең маңызды болып табылады. Кез келген электронды құрылғы арқылы шифрын шешуге болатын қарапайым ауыстыру шифры ең тұрақсыздардың бірі екені анық.
Бүгінгі таңда шифрдың беріктігін бағалауға болатын бірыңғай стандарттар жоқ. Бұл қиын және ұзақ процесс. Дегенмен, осы салада стандарттарды шығарған бірқатар комиссиялар бар. Мысалы, NIST АҚШ әзірлеген Advanced Encryption Standard немесе AES шифрлау алгоритміне қойылатын минималды талаптар.
Анықтама үшін: Вернам шифры бұзылуға ең төзімді шифр ретінде танылған. Бұл ретте оның артықшылығы – алгоритміне сәйкес ол ең қарапайым шифр болып табылады.
