Potreba po šifriranju korespondence se je pojavila v starodavnem svetu in pojavile so se preproste nadomestne šifre. Šifrirana sporočila so določala usodo številnih bitk in vplivala na potek zgodovine. Sčasoma so ljudje izumili vse bolj napredne metode šifriranja.
Koda in šifra sta mimogrede različna pojma. Prvi pomeni zamenjavo vsake besede v sporočilu s kodno besedo. Drugi je šifriranje vsakega simbola informacij s posebnim algoritmom.
Ko je matematika začela kodirati informacije in se je razvila teorija kriptografije, so znanstveniki odkrili številne uporabne lastnosti te uporabne znanosti. Algoritmi za dekodiranje so na primer pomagali razkriti mrtve jezike, kot sta staroegipčanski ali latinski.
Steganografija
Steganografija je starejša od kodiranja in šifriranja. Ta umetnost obstaja že zelo dolgo. Dobesedno pomeni "skrito pisanje" ali "pisanje šifre". Čeprav steganografija ne ustreza povsem definicijam kode ali šifre, je namenjena skrivanju informacij pred neznanci.oko.
Steganografija je najpreprostejša šifra. Tipični primeri so pogoltnjeni zapiski, prekriti z voskom, ali sporočilo na obriti glavi, ki se skriva pod poraščenimi lasmi. Najbolj nazoren primer steganografije je metoda, opisana v številnih angleških (in ne samo) detektivskih knjigah, ko se sporočila prenašajo po časopisu, kjer so črke neopazno označene.
Glavna pomanjkljivost steganografije je, da jo lahko opazi pozoren neznanec. Zato, da preprečimo enostavno branje skrivnega sporočila, se uporabljajo metode šifriranja in kodiranja v povezavi s steganografijo.
ROT1 in Cezarjeva šifra
Ime te šifre je ROTate 1 črko naprej in jo poznajo številni šolarji. To je preprosta nadomestna šifra. Njegovo bistvo je v tem, da je vsaka črka šifrirana s premikom po abecedi za 1 črko naprej. A -> B, B -> C, …, Z -> A. Na primer, šifriramo frazo "naša Nastya glasno joka" in dobimo "general Obtua dspnlp rmbsheu".
Šifro ROT1 lahko posplošimo na poljubno število odmikov, potem se imenuje ROTN, kjer je N številka, za katero je treba premakniti šifriranje črk. V tej obliki je šifra poznana že od antičnih časov in se imenuje "Cezarjeva šifra".
Caesarjeva šifra je zelo preprosta in hitra, vendar je preprosta šifra z eno permutacijo in jo je zato lahko zlomiti. S tako slabostjo je primeren le za otroške potegavščine.
transpozicijske ali permutacijske šifre
Te vrste preprostih permutacijskih šifr so resnejše in so se aktivno uporabljale ne tako dolgo nazaj. Med ameriško državljansko vojno in prvo svetovno vojno so ga uporabljali za pošiljanje sporočil. Njegov algoritem je sestavljen iz preurejanja črk na mesta - napišite sporočilo v obratnem vrstnem redu ali prerazporedite črke v parih. Na primer, šifrirajmo besedno zvezo "Morseova koda je tudi šifra" -> "akubza ezrom - ježek rfish".
Z dobrim algoritmom, ki je določal poljubne permutacije za vsak znak ali skupino znakov, je šifra postala odporna na preprosto pokanje. Ampak! Samo pravočasno. Ker se šifra zlahka zlomi s preprosto surovo silo ali ujemanjem s slovarji, se danes z dešifriranjem lahko spopade vsak pametni telefon. Zato se je s prihodom računalnikov tudi ta šifra preselila v kategorijo otroških.
Morsejeva koda
ABC je medij za izmenjavo informacij in njegova glavna naloga je, da sporočila olajša in razumljivejša za prenos. Čeprav je to v nasprotju s tem, čemur je namenjeno šifriranje. Kljub temu deluje kot najpreprostejše šifre. V Morsejevem sistemu ima vsaka črka, številka in ločilo svojo kodo, sestavljeno iz skupine pomišljajev in pik. Ko pošiljate sporočilo s telegrafom, črtice in pike predstavljajo dolge in kratke signale.
Telegraf in Morsejeva abeceda … Morse je bil prvi patentiral "svoj" izum leta 1840, čeprav so bile podobne naprave izumljene v Rusiji in Angliji pred njim. Ampak koga briga zdaj … Telegraf in abecedaMorsejeva abeceda je imela zelo velik vpliv na svet, saj je omogočala skoraj takojšen prenos sporočil na celinske razdalje.
Enoabecedna zamenjava
Zgoraj opisana ROTN in Morsejeva abeceda sta primera enoabecednih nadomestnih pisav. Predpona "mono" pomeni, da se med šifriranjem vsaka črka izvirnega sporočila nadomesti z drugo črko ali kodo iz edine šifrirne abecede.
Dešifriranje preprostih nadomestnih šifr ni težko in to je njihova glavna pomanjkljivost. Rešujejo se s preprostim štetjem ali frekvenčno analizo. Na primer, znano je, da so najpogosteje uporabljene črke ruskega jezika "o", "a", "i". Tako lahko domnevamo, da črke, ki se pojavljajo v šifriranem besedilu, najpogosteje pomenijo bodisi "o", ali "a" ali "in". Na podlagi teh premislekov je mogoče sporočilo dešifrirati tudi brez računalniškega iskanja.
Znano je, da je Marija I., škotska kraljica od leta 1561 do 1567, uporabljala zelo zapleteno enoabecedno nadomestno šifro z več kombinacijami. Kljub temu so njeni sovražniki uspeli razvozlati sporočila in informacije so bile dovolj, da so kraljico obsodile na smrt.
Gronsfeldova šifra ali večabecedna zamenjava
Enostavne šifre kriptografija razglasi za neuporabne. Zato so bili mnogi od njih izboljšani. Gronsfeldova šifra je modifikacija Cezarjeve šifre. Ta metoda je veliko bolj odporna na vdiranje in je v tem, da je vsak znak kodirane informacije šifriran z eno od različnih abeced, ki se ciklično ponavljajo. Lahko rečemo, da je to večdimenzionalna aplikacijanajpreprostejša nadomestna šifra. Pravzaprav je šifra Gronsfeld zelo podobna šifri Vigenère, o kateri razpravljamo spodaj.
algoritem šifriranja ADFGX
To je najbolj znana šifra iz prve svetovne vojne, ki so jo uporabljali Nemci. Šifra je dobila ime, ker je šifrirni algoritem vse šifrograme pripeljal do menjave teh črk. Izbira samih črk je bila odvisna od njihove priročnosti pri prenosu po telegrafskih linijah. Vsaka črka v šifri je predstavljena z dvema. Poglejmo si bolj zanimivo različico kvadrata ADFGX, ki vključuje številke in se imenuje ADFGVX.
| A | D | F | G | V | X | |
| A | J | Q | A | 5 | H | D |
| D | 2 | E | R | V | 9 | Z |
| F | 8 | Y | jaz | 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 kvadratni algoritem je naslednji:
- Izberi naključno n črk za stolpce in vrstice.
- Izdelava matrike N x N.
- V matriko vnesite abecedo, številke, znake, naključno raztresene po celicah.
Naredimo podoben kvadrat za ruski jezik. Na primer, ustvarimo kvadrat 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 | jaz |
| G | R | M | O | Yu | P |
| D | F | T | T | S | U |
Ta matrika izgleda čudno, ker vrstica celic vsebuje dve črki. To je sprejemljivo, pomen sporočila se ne izgubi. Lahko se enostavno obnovi. Šifrirajte frazo "Compact cipher" s to tabelo:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| fraza | K | O | M | P | A | K | T | N | S | Y | Ш | & | F | R |
| Šifra | bw | gv | gb | kje | ag | bw | db | ab | dg | pekel | wa | pekel | bb | ha |
Tako je končno šifrirano sporočilo videti takole: "bvgvgbgdagbvdbabdgvdvaadbbga". Seveda so Nemci izvedli podobno linijo skozi več šifrantov. In na koncu se je izkazalo zelo stabilnoče želite vdreti šifrirano sporočilo.
Vigenèreova šifra
Ta šifra je za red velikosti bolj odporna proti razpokanju kot enoabecedna, čeprav je preprosta šifra za zamenjavo besedila. Vendar je bilo zaradi robustnega algoritma dolgo časa nemogoče vdreti. Prva omemba sega v 16. stoletje. Vigenère (francoski diplomat) je napačno pripisan kot njegov izumitelj. Da bi bolje razumeli, kaj je na kocki, si oglejte Vigenèrovo tabelo (Vigenèrov kvadrat, tabula recta) za ruski jezik.
Začnimo kodirati frazo "Kasperovich se smeji". Toda za uspešno šifriranje je potrebna ključna beseda - naj bo "geslo". Zdaj pa začnimo s šifriranjem. Da to naredimo, napišemo ključ tolikokrat, da število črk iz njega ustreza številu črk v šifrirani frazi, tako da ponovimo ključ ali prerežemo:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| fraza: | K | A | С | P | E | R | O | B | & | W | С | M | E | E | T | С | jaz |
| Ključ | P | A | R | O | L | b | P | A | R | O | L | b | P | A | R | O | L |
Sedaj z uporabo Vigenèrove tabele, kot v koordinatni ravnini, iščemo celico, ki je presečišče parov črk, in dobimo: K + P=b, A + A=B, C + P=C itd.
| 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 |
Ugotovili smo, da se "Kasperovich smeji"="bvusnyugschzh eykhzhgal".
Zlomiti Vigenèrovo šifro je tako težko, ker mora analiza frekvence vedeti dolžino ključne besede, da deluje. Torej je kramp naključno vrgel dolžino ključne besede in poskusiti vdreti skrivno sporočilo.
Omeniti je treba tudi, da je poleg povsem naključnega ključa mogoče uporabiti popolnoma drugačno Vigenèrovo tabelo. V tem primeru je Vigenèrov kvadrat sestavljen iz po vrsti napisane ruske abecede s premikom za eno. Kar nas napotuje na šifro ROT1. In tako kot v Cezarjevi šifri je lahko odmik karkoli. Poleg tega ni nujno, da je vrstni red črk po abecedi. V tem primeru je lahko ključna tabela sama, ne da bi vedeli katere, bo sporočilo nemogoče prebrati, tudi če poznamo ključ.
Kode
Pravi kode so sestavljene iz ujemanja za vsakobesede ločene kode. Za delo z njimi so potrebne tako imenovane šifrantke. Pravzaprav je to isti slovar, ki vsebuje le prevode besed v kode. Tipičen in poenostavljen primer kod je tabela ASCII – mednarodna šifra preprostih znakov.
Glavna prednost kod je, da jih je zelo težko razvozlati. Frekvenčna analiza skoraj ne deluje, ko so vdrti. Slabost kod so pravzaprav knjige same. Prvič, njihova priprava je zapleten in drag proces. Drugič, za sovražnike se spremenijo v želeni predmet in prestrezanje celo dela knjige vas prisili, da popolnoma spremenite vse kode.
V 20. stoletju so številne države uporabljale kode za prenos tajnih podatkov in po določenem obdobju spreminjale šifrant. In tudi aktivno so lovili knjige sosedov in nasprotnikov.
Enigma
Vsi vedo, da je bila Enigma glavni nacistov šifrirni stroj med drugo svetovno vojno. Struktura Enigme vključuje kombinacijo električnih in mehanskih vezij. Kako se bo šifra izkazala, je odvisno od začetne konfiguracije Enigme. Hkrati Enigma med delovanjem samodejno spremeni svojo konfiguracijo in šifrira eno sporočilo na več načinov po celotni dolžini.
V nasprotju z najpreprostejšimi šiframi je "Enigma" dala trilijone možnih kombinacij, zaradi česar je razbijanje šifriranih informacij skoraj nemogoče. Po drugi strani so imeli nacisti za vsak dan pripravljeno določeno kombinacijo, ki so jouporablja na določen dan za pošiljanje sporočil. Zato, tudi če je Enigma padla v sovražnikove roke, ni naredila ničesar za dešifriranje sporočil, ne da bi vsak dan vnesla pravilno konfiguracijo.
Hack "Enigma" je bil aktivno preizkušen med celotno Hitlerjevo vojaško kampanjo. V Angliji so leta 1936 za to zgradili eno prvih računalniških naprav (Turingov stroj), ki je v prihodnosti postal prototip računalnikov. Njegova naloga je bila simulirati delovanje več deset Enigm hkrati in skozi njih voditi prestrežena nacistična sporočila. Toda celo Turingov stroj je le občasno uspel razbiti sporočilo.
Šifriranje z javnim ključem
Najbolj priljubljen algoritm za šifriranje, ki se uporablja povsod v tehnologiji in računalniških sistemih. Njegovo bistvo je praviloma v prisotnosti dveh ključev, od katerih se eden prenaša javno, drugi pa skrivni (zasebni). Javni ključ se uporablja za šifriranje sporočila, zasebni ključ pa za dešifriranje.
Javni ključ je največkrat zelo veliko število, ki ima samo dva delitelja, če ne štejemo enega in števila samo. Ta dva delitelja skupaj tvorita skrivni ključ.
Upoštevajmo preprost primer. Naj bo javni ključ 905. Njegovi delitelji so številke 1, 5, 181 in 905. Potem bo skrivni ključ na primer številka 5181. Ali praviš, da je preveč enostavno? Kaj pa če v vlogibo javna številka številka s 60 števkami? Matematično težko izračunati delilnike velikega števila.
Za bolj nazoren primer si predstavljajte, da dvigujete denar na bankomatu. Pri branju kartice se osebni podatki šifrirajo z določenim javnim ključem, na strani banke pa se podatki dešifrirajo s tajnim ključem. In ta javni ključ se lahko spremeni za vsako operacijo. In ni načinov za hitro iskanje ključnih delilnikov, ko ga prestrežete.
trajnost pisave
Kriptografska moč algoritma za šifriranje je sposobnost upreti se vdoru. Ta parameter je najpomembnejši za vsako šifriranje. Očitno je preprosta nadomestna šifra, ki jo lahko dešifrira katera koli elektronska naprava, ena najbolj nestabilnih.
Danes ni enotnih standardov, po katerih bi bilo mogoče oceniti moč šifre. To je naporen in dolg proces. Vendar pa obstajajo številne komisije, ki so izdelale standarde na tem področju. Na primer, minimalne zahteve za napredni standard šifriranja ali algoritem šifriranja AES, ki ga je razvil NIST USA.
Za referenco: Vernamova šifra je priznana kot najbolj odporna šifra proti zlomu. Hkrati je njegova prednost v tem, da je po svojem algoritmu najpreprostejša šifra.
