История криптографии

Информационная безопасность может показаться современной проблемой, но пока существовала цивилизация, существовала необходимость не допускать попадания конфиденциальной информации в чужие руки. Криптография всегда играла здесь решающую роль, поскольку те, кто владеет информацией, шифруют ее, чтобы контролировать, кто может ее прочитать, а те, кому нужна информация, находят новые способы взломать код.

Начало криптографии

Криптография восходит к глубокой древности. Еще в 2000 году до нашей эры египтяне использовали сложные и загадочные системы иероглифов для украшения гробниц, не столько для того, чтобы скрыть смысл, сколько для того, чтобы сделать своих умерших дворян более загадочными. Есть также свидетельства того, что месопотамцы шифровали клинописный текст, чтобы скрыть информацию, в то время как евреи V века до нашей эры использовали простые шифры, заменяя первую букву алфавита, предпоследнюю — второй и так далее. Спартанцы той же эпохи придумали бесхитростную систему, записывая послания на тонких листах папируса, обернутых вокруг жезла или «скитала». Лист будет развернут, зашифровав сообщение, и его можно будет расшифровать, только если еще раз обернуть вокруг скитала того же диаметра. Это позволило спартанцам конфиденциально отправлять и получать секретные военные планы.

Со временем методы стали более изощренными. Во втором веке до нашей эры греческий ученый Полибий разложил алфавит в виде сетки пять на пять квадратов, а затем предписал использовать факелы или сигналы руками для передачи зашифрованных сообщений, координата за координатой. У Юлия Цезаря был свой собственный шифр, сдвигающий каждую букву сообщения на две позиции дальше по алфавиту.

Создавать коды — это одно, а взламывать их — совсем другое. Великим пионером криптоанализа – изучения и взлома шифрования – был арабский эрудит аль-Кинди, который в 9 веке нашей эры применил научные методы, используя частоту использования букв в языке как средство взлома шифра. . Его работа послужила основой для работы Ибн ад-Дурайхима, который в 13 веке дал подробные описания новых систем, которые включали более сложные замены букв — систем, которые было бы гораздо труднее взломать.

Криптография у власти

Италия в 15 веке была одним из величайших очагов интриг в истории, поскольку различные итальянские города-государства боролись за власть. Суды Рима, Флоренции и Милана широко использовали криптографию, а в Венеции были свои секретари, обученные шифровать и расшифровывать сообщения, передаваемые дожу и от него. По всей Европе методы стали более изощренными. Флорентинец, уроженец Генуи, Леон Баттиста Альберти разработал систему полиалфавитного обоснования с использованием двух медных дисков, на каждом из которых был нанесен алфавит. В 1518 году немецкий монах Триметий представил сложную криптографическую таблицу Tabula Recta, которая была расширена итальянским криптологом Джованом Баттистой Беллазо, а впоследствии французским дипломатом Бализе де Виженере. Эти таблицы определили криптографию на следующие 400 лет.

К 17 веку криптография приобрела национальное значение. В 1628 году Анри, принц Конде, осадил гугенотский город Реальмон на юге Франции. Закодированное сообщение из осажденного города было перехвачено и расшифровано местным математиком Антуаном Россиньолем, что выявило отсутствие у гугенотов боеприпасов. Последующая капитуляция привлекла внимание кардинала Ришелье, который поставил Россиньоля на службу Людовику XIV. Там Россиньоль и его сын разработали новый код, известный как Великий Шифр, и руководили агентством по взлому кодов «Кабинет Нуар». В течение нескольких десятилетий так называемая Черная палата стала обязательным атрибутом любого европейского суда.

Криптография на войне

Криптография должна была сыграть решающую роль в наполеоновских войнах 1803–1815 годов. Будучи смущенным количеством сообщений, перехваченных британскими войсками, Наполеон попросил французскую армию создать новый, невзламываемый код, известный как Кодекс армии Португалии. . Активно использовавшийся к весне 1811 года код был взломан в ноябре английским офицером майором Джорджем Сковеллом — всего за два дня, вооруженный лишь руководством по криптографии и горсткой перехваченных сообщений. Французы ответили в начале 1812 года новым кодом, Великим Парижским шифром, состоящим из более чем 1400 цифр, которые могли заменять слова или части слов в миллионах перестановок. Работа Сковелла дала Веллингтону тактическое преимущество. Теперь майору было поручено взломать новый код.

В течение года он сделал это. Шифр мог показаться неуязвимым, но использовавшие его французские офицеры успокоились и шифровали только части сообщения, а остальные части оставляли в виде открытого текста. Это дало Сковеллу достаточно информации, чтобы понять, что представляли собой некоторые из зашифрованных слов, и чем больше сообщений собирал Сковелл, тем больше шифров он взломал. К июлю было взломано достаточно шифра, чтобы британцы могли расшифровать сообщение французского командующего в Испании о подкреплениях, что позволило Веллингтону упредить их прибытие и одержать победу в Саламанке. После этого Веллингтон мог планировать Иберийскую кампанию, имея почти полную информацию о планах Франции, что позволило ему вести армии Наполеона через северную Испанию к поражению.

Криптография в эпоху машин

Развитие телеграфа в 1830-е годы произвело революцию в средствах связи как в коммерческой, так и в военной сфере. С изобретением радио в 1894 году беспроводная связь в реальном времени стала реальностью. Тем не менее, хотя телеграф и радиосвязь стали иметь решающее значение для дипломатии, шпионажа и войны, шифрование и дешифрование по-прежнему выполнялись вручную или с использованием простых роторных устройств, таких как колесо Джефферсона 1785 года. Система, использующая 26 колес, навинченных на железный шпиндель, которые можно было собирать ежедневно в любом порядке, оставалась основой шифрования США на протяжении большей части 150 лет.

Однако с окончанием Первой мировой войны криптография вступила в век машин. В 1915 году два голландских военно-морских офицера создали механизированную роторную систему, а к 1919 году подобные системы были продемонстрированы в США Хьюгом Хеберном, в Голландии Хьюго Кохом и в Германии Артуром Шербиусом. Машина Шербиуса, продемонстрированная в Берне в 1923 году, была принята на вооружение ВМС Германии в 1926 году и немецкой армии в 1928 году. Шербиус назвал ее «Энигма».

Криптография сыграла решающую роль во время Первой мировой войны, когда работа дешифровального офиса Британского Адмиралтейства, Комната 40, привела непосредственно к сражениям при Ютландии и Доггер-банке и, благодаря расшифровке телеграммы немецкого дипломата, к проникновению Соединенных Штатов. в войну. Однако во время Второй мировой войны ситуация стала абсолютно критической. Изолированная от оккупированной нацистами Европы, Великобритания зависела от атлантических конвоев и находилась под постоянной угрозой со стороны немецких подводных лодок. Подводные лодки действовали индивидуально, но, обнаружив конвой, вступили в контакт с другими подводными лодками, используя радио для организации высокоскоординированных атак. Эти сообщения были зашифрованы машинами «Энигма» ВМС Германии, поэтому взлом «Энигмы» стал вопросом выживания.

Система «Энигма» немецкой армии была фактически взломана в 1938 году Марио Реевским в Польше, и поляки передали свой опыт и передали новаторские декодирующие машины «Бомба» незадолго до немецкого вторжения. Однако если армейские машины «Энигма» использовали три ротора из набора из пяти для шифрования и дешифрования сообщений в течение дня, то военно-морские силы использовали три из восьми. Более того, у ВМФ были более сложные процедуры по настройке ключей сообщений, в которых подробно описывались начальные положения ротора в начале шифрования.

В Блетчли-парке в Англии Алан Тьюринг и Гордон Вейхман проделали значительную работу над польской бомбой и создали новую версию: машину для взлома кода, которая могла определять набор используемых в течение дня роторов и их положения из шпаргалки – секции открытого текста, который, как полагают, соответствует перехваченному зашифрованному тексту. Тем временем Тьюринг, Макс Ньюман и Томми Флауэрс создали «Колосс» — первый в мире программируемый электронный цифровой компьютер — и таким образом взломали сложные шифры, используемые немецким верховным командованием. Вместе «Бомба» и «Колосс» Тьюринга помогли переломить ход войны, сократив ее на многие месяцы и спасая многие тысячи жизней.

Криптография встречает компьютерный век

Появление компьютера и использование компьютеров для хранения конфиденциальной информации создали новые проблемы для криптографии. Компьютерные технологии позволили организациям более эффективно хранить, защищать и анализировать данные, а также открыли новые подходы к взлому кода. В 1949 году в статье Клода Шеннона «Теория связи секретных систем» была создана базовая теория математической криптографии в компьютерный век. В 1976 году Уитфилд Диффи и Марти Хеллман представили концепции шифрования с асимметричным ключом и открытого ключа. Эта идея была революционной: система, которая использовала не один ключ для шифрования и дешифрования, а две пары математически связанных ключей, каждый из которых мог расшифровывать сообщения, зашифрованные другим. Их работа легла в основу криптосистемы RSA, которая по сей день лежит в основе большинства криптографических систем.

Правительства требовали нового уровня безопасности. В 1979 году IBM при участии АНБ разработала стандарт шифрования данных (DES) — передовой 56-битный стандарт шифрования, который был настолько продвинутым, что даже суперкомпьютеры не могли его взломать. Этот стандарт оставался государственным стандартом США почти 20 лет, пока в 1997 году его не заменил современный стандарт расширенного шифрования (AES). В своей самой слабой 128-битной форме AES потребовалось бы для взлома компьютеров второго времени в степени 55 лет.

Сегодня мы принимаем эти вещи как должное. Компании, приобретающие новые ноутбуки и настольные ПК HP, могут защитить свои данные с помощью встроенного в Windows 10 Professional шифрования Bitlocker, которое использует AES в сочетании с ключом, встроенным в чип Trusted Platform Module системы, для блокировки данных на жестком диске. Это безопасность, о которой правительства пятьдесят лет назад не могли и мечтать. Между тем, процессоры сетевой безопасности HP Atalia дают некоторым крупнейшим корпорациям мира уверенность в том, что их данные находятся в безопасности, что является обязательным условием при работе с конфиденциальной финансовой информацией. Хотя непрерывный рост вычислительной мощности делает сегодняшние угрозы безопасности еще более серьезными, наши технологии шифрования остаются сильными. Мы прошли долгий путь от иероглифов и спартанских сказок, но по-прежнему обеспечиваем безопасность информации.

Основное изображение автор Адам Фостер. Изображение машины Enigma, автор: Кори Доктороу. Все изображения использованы по лицензиям Creative Commons – спасибо фотографам!