Рис. 13 Шифртекст, созданный с помощью шифра Виженера.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 52Следующая ⇒

Рис. 12 Чарльз Бэббидж

Отсутствие финансовой поддержки со стороны правительства означало, что Бэббидж никогда не сможет закончить «разностную машину № 2». Трагедия заключалась в том, что машина Бэббиджа являлась как бы ступенькой на пути создания аналитической машины.

Аналитическая машина могла не просто рассчитывать определенный набор таблиц, а решать различные математические задачи в зависимости от задаваемых ей инструкций. Фактически аналитическая машина являлась прототипом современных компьютеров. В ее конструкцию входили «хранилище» (память) и «мельница» (процессор), благодаря которым она могла принимать решения и повторять выполнение команд, что эквивалентно командам «If… then…» и «цикл» в современном программировании.

Столетием позже, во время Второй мировой войны, первые электронные воплощения машины Бэббиджа оказали значительное влияние на криптоанализ, однако и при жизни Бэббидж внес существенный вклад в этом направлении: ему удалось взломать шифр Виженера, и это стало величайшим достижением в криптоанализе с тех пор, как арабские ученые в девятом веке взломали одноалфавитный шифр, изобретя частотный анализ. Для этого Бэббиджу не потребовалось проводить никаких вычислений или сложных выкладок. Единственное, что оказалось необходимым, это сообразительность.

Бэббидж заинтересовался шифрами в очень юном возрасте. Позднее он вспоминал, как его детское увлечение временами доставляло ему неприятности: «Старшие ребята придумывали шифры, но если мне попадалось хотя бы несколько слов, то я, как правило, находил ключ. Последствия этого бывали подчас болезненны: владельцы раскрытых шифров иногда задавали мне трепку, хотя виной всему была их собственная глупость». Эти колотушки не обескураживали Бэббиджа; криптоанализ по-прежнему пленял его. В своей автобиографии он писал: «…дешифрование, на мой взгляд, является одним из самых захватывающих искусств».

Очень скоро он приобрел известность в лондонском обществе как дешифровальщик, готовый взяться за любое зашифрованное сообщение, и к нему стали обращаться со всевозможными задачами. Так, Бэббидж помог отчаявшемуся биографу, пытающемуся дешифровать стенографические записи Джона Флемстида, первого королевского астронома Англии. Он также пришел на помощь историку, разгадывающему шифр Генриетты-Марии, жены Карла I. В 1854 году Бэббидж сотрудничал с адвокатом и использовал криптоанализ, чтобы представить в судебном разбирательстве решающее доказательство. За эти годы он собрал значительную картотеку зашифрованных сообщений, которые он собирался использовать в качестве основы для авторитетной книги по криптоанализу под названием «Основные принципы дешифрования». В книге были бы даны по два примера каждого вида шифра; на одном из примеров было бы показано, как взломать шифр, а второй предназначался бы в качестве упражнения для читателя. К сожалению, как это случилось и со множеством других его грандиозных замыслов, книга не была закончена.

Несмотря на то что большинство криптоаналитиков уже оставили всякую надежду когда-либо взломать шифр Виженера, Бэббиджа побудил попытаться дешифровать его обмен письмами с Джоном Холом Бруком Твэйтсом, дантистом из Бристоля, имевшим довольно наивное представление о шифрах. В 1854 году Твэйтс заявил, что он придумал новый шифр, который по сути был аналогичен шифру Виженера. Он написал в «Джорнел оф зе Сэсайети оф Артс» с намерением запатентовать свою идею, явно не осознавая, что опоздал на несколько столетий. Бэббидж написал в журнал, указав, что «данный шифр… известен уже очень давно и его можно найти во многих книгах». Твэйтс был непримирим и потребовал от Бэббиджа, чтобы тот раскрыл его шифр. Можно ли было взломать этот шифр или нет, никак не зависело от того, был ли он старым или новым, но любопытство Бэббиджа было достаточно разбужено, чтобы попробовать найти слабое место в шифре Виженера.

Взламывание сложного шифра напоминает восхождение по обрывистой отвесной скале. Криптоаналитик стремится отыскать любую трещинку или выступ, которые могли бы дать хоть сколь-нибудь мельчайшую зацепку. В одноалфавитном шифре криптоаналитик будет отталкиваться от частотности появления букв, потому что чаще всего встречающиеся буквы, как, например, е , t и а , будут просто бросаться в глаза, независимо от того, как они были замаскированы. В многоалфавитном же шифре Виженера буквы появляются более равномерно, поскольку для перехода от одного шифралфавита к другому применяется ключевое слово. Поэтому на первый взгляд поверхность скалы кажется совершенно ровной.

Вспомните, что исключительная стойкость шифра Виженера обеспечивается тем, что одна и та же буква будет зашифрована различными способами. Например, если ключевым будет слово KING , тогда каждая буква в открытом тексте может быть зашифрована четырьмя различными способами, потому что в ключевом слове содержится четыре буквы. Как показано в таблице 7, каждая буква ключевого слова задает различные шифралфавиты в квадрате Виженера. Здесь в квадрате выделен столбец е , чтобы показать, почему зашифровывание, в зависимости от того, какой буквой ключевого слова задается шифрование, происходит различным образом:

Если для зашифровывания буквы е используется К из слова KING , то в шифртексте будет стоять буква О .

Если для зашифровывания буквы е используется I из слова KING , то в шифртексте будет стоять буква М .

Если для зашифровывания буквы е используется N из слова KING , то в шифртексте будет стоять буква R .

Если для зашифровывания буквы е используется G из слова KING , то в шифртексте будет стоять буква К .

Точно так же различными способами будут зашифрованы и цельте слова: слово the , например, в зависимости от его положения относительно ключевого слова, может быть зашифровано как DPR , BUK , CNO или ZRM . Хотя это и усложняет проведение криптоанализа, но он все же возможен. Следует отметить следующий важный, момент: если существует всего лишь четыре способа зашифровывания слова the , и если в исходном тексте это слово появляется несколько раз, то некоторые из этих четырех возможных зашифрованных слов почти наверняка встретятся в шифртексте. Это показано в следующем примере, где строка The Sun and the Man in the Moon была зашифрована с помощью шифра Виженера и ключевого слова KING .

Слово the зашифровывается как DPR в первом случае и как BUK во втором и третьем случаях. Причина повторного появления BUK заключается в том, что второе the отстоит от третьего the на восемь букв, а восемь кратно длине ключевого слова, которое состоит из четырех букв. Другими словами, второе the было зашифровано в соответствии с тем, как оно располагается относительно ключевого слова (the находится прямо под ING ), и к тому моменту, как мы дойдем до третьего the, ключевое слово повторится точно два раза.

Таблица 7 Квадрат Виженера, применяемый совместно с ключевым словом KING. Ключевое слово задает четыре различных шифралфавита, так что буква е может быть зашифрована как О, М, R или К.

Бэббидж понял, что такой характер повторения дает ему точку опоры, которая необходима, чтобы раскрыть шифр Виженера. Он сумел определить ряд сравнительно простых действий, следуя которым любой криптоаналитик сможет взломать до того момента нераскрываемый шифр. Чтобы продемонстрировать его блистательный метод, представим себе, что у нас есть перехваченный шифртекст, представленный на рисунке 13. Мы знаем, что он был зашифрован с помощью шифра Виженера, но нам ничего не известно об исходном сообщении, и ключевое слово представляет для нас загадку.

Первый этап криптоанализа Бэббиджа заключался в том, чтобы отыскать последовательности букв, которые появляются в шифртексте более одного раза. Существуют две причины, почему могут возникнуть такие повторения. Первая, и наиболее вероятная, состоит в том, что одна и та же последовательность букв в открытом тексте была зашифрована с помощью одной и той же части ключа. Но есть также определенная, хотя и незначительная, вероятность того, что две разных последовательности букв в открытом тексте, зашифрованных различными частями ключа, случайно образуют идентичные последовательности в шифртексте.

Если мы ограничимся только длинными последовательностями, например, как в данном случае, когда будем рассматривать повторяющиеся последовательности, только если они состоят из четырех или более букв, то вторая причина станет практически нереализуемой и ее можно будет в расчет не принимать. В таблице 8 приведены эти повторяющиеся последовательности, а также указаны интервалы между повторениями этих последовательностей. К примеру, последовательность Е-F-I-Q появляется в первой строке шифртекста, а затем в пятой строке; интервал составляет 95 букв.

Ключевое слово, помимо того что оно служит для преобразования открытого текста в зашифрованный, используется также получателем, чтобы расшифровать зашифрованный текст. Поэтому, если бы мы смогли определить ключевое слово, то дешифровать текст было бы очень просто. На этом этапе у нас нет пока достаточно информации, чтобы подобрать ключевое слово, но таблица 8 дает несколько очень ценных подсказок о его длине. Здесь перечислены, какие последовательности повторяются и интервал между этими повторениями, а остальная часть таблицы посвящена определению множителей интервала между повторениями — чисел, на которые можно разделить нацело интервал между повторениями.

Например, последовательность W-C–X-Y-M повторяется через 20 букв, так что множителями будут числа 1, 2, 4, 5, 10 и 20, поскольку на них 20 делится без остатка. Эти множители означают наличие шести возможностей:

(1) Длина ключа составляется 1 букву, и он повторяется 20 раз.

(2) Длина ключа составляется 2 буквы, и он повторяется 10 раз.

(3) Длина ключа составляется 4 буквы, и он повторяется 5 раз.

(4) Длина ключа составляется 5 букв, и он повторяется 4 раза.

(5) Длина ключа составляется 10 букв, и он повторяется 2 раза.

(6) Длина ключа составляется 20 букв, и он повторяется 1 раз.

Первая возможность может быть исключена, так как ключ, длина которого составляет всего 1 букву, сразу же приводит к одноалфавитному шифру; для шифрования всего текста будет использоваться только одна строка квадрата Виженера, и шифралфавит не будет меняться. Крайне маловероятно, чтобы криптограф так поступил. Чтобы показать все другие возможности, в соответствующей колонке таблицы 8 поставлен символ Ѵ. Каждый символ Ѵ указывает возможную длину ключа.

Чтобы определить, какова длина ключа, то есть будет ли она составлять 2,4, 5,10 или 20 букв, нам понадобится рассмотреть множители и всех остальных интервалов между повторениями. Поскольку, по всей видимости, длина ключевого слова составляет 20 букв или меньше, в таблице 8 для всех этих интервалов указаны те множители, которые не превышают 20. Здесь явно прослеживается тенденция делимости интервалов на 5. Фактически на 5 делятся все интервалы. Первая повторяющаяся последовательность, Е-F-I-Q , может быть объяснена следующим образом: ключевое слово длиной 5 букв девятнадцать раз повторяется между первой и второй последовательностями. Вторая повторяющаяся последовательность, Р-S-D-L-Р , может быть объяснена тем, что между первой и второй последовательностями ключевое слово длиной 5 букв повторилось только один раз.

Третья повторяющаяся последовательность, W-С-Х-Y-М , может быть объяснена тем, что ключевое слово длиной 5 букв между первой и второй последовательностями повторилось четыре раза. Четвертая повторяющаяся последовательность, Е-Т-R-L , может быть объяснена тем, что ключевое слово длиной 5 букв между первой и второй последовательностями повторилось двадцать четыре раза. Короче говоря, все указывает на наличие пятибуквенного ключевого слова.

Предположим, что длина ключевого слова действительно составляет 5 букв; тогда следующий этап будет заключаться в том, чтобы найти эти буквы. Пока обозначим ключевое слово в виде L1-L2-L3-L4-L5 , где L 1 будет первой буквой ключевого слова, L2 — второй, и так далее. Тогда процесс шифрования начнется с зашифровывания первой буквы открытого текста в соответствии с первой буквой ключевого слова Буква определяет строку квадрата Виженера и, тем самым, задает одноалфавитный шифр замены для первой буквы открытого текста. Однако когда наступает время для зашифровывания второй буквы открытого текста, криптограф должен использовать L2 , чтобы определить другую строку квадрата Виженера, задавая тем самым уже иной одноалфавитный шифр замены. Третья буква открытого текста будет зашифровываться в соответствии с L3 , четвертая — в соответствии с L4 , а пятая — в соответствии с L5 . Каждая буква ключевого слова задает для шифрования свой отличающийся шифралфавит. Но затем шестая буква открытого текста будет опять зашифровываться в соответствии с L1 , седьмая буква — в соответствии с L2 , и далее цикл повторяется. Другими словами, в нашем случае многоалфавитный шифр состоит из пяти одноалфавитных шифров, причем каждый одноалфавитный шифр отвечает за шифрование 1/5 части всего сообщения. Но самое главное состоит в том, что нам уже известно, как проводить криптоанализ одноалфавитных шифров.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США