Криптография в Древности

ПРОЕКТ

По информатике

«Тайна за семью печатями»

 

 

Выполнил:

Станешевский Данил

ученик 9 "в" класса

Руководитель:

                                                    Зацепина Ю.Б.

учитель информатики

 

Содержание

	Введение ……………………………………………………………..	3
	Криптография в древности …………………………………………	5
	Зарождение русской тайнописи …………………………………….	10
	Современная криптография ………………………………………...	14
	Криптоанализ ………………………………………………………..	15
	Тайны, которые до сих пор не раскрыты …………………………..	16
	Разработка собственного шифра …………………………………...	19
	Заключение …………………………………………………………..	20
	Использованные источники информации …………………………	21

 

Кто владеет информацией,

тот владеет миром

 

 

Введение.

       Люди очень давно осознали, что информация имеет ценность. Тысячи лет короли, королевы и полководцы управляли своими странами и командовали своими армиями, опираясь на надежно и эффективно действующую связь. В то же время все они осознавали последствия того, что произойдет, если их сообщения попадут не в те руки, если вражескому государству будут выданы ценные секреты, а жизненно важная информация окажется у противника.

И именно опасение того, что враги перехватят сообщение, послужило причиной активного развития кодов и шифров — способов скрытия содержания сообщения таким образом, чтобы прочитать его смог только тот, кому оно адресовано. Сначала ими пользовались пираты, отмечая расположение кладов, алхимики, купцы, заговорщики. впоследствии - дипломаты, стремящиеся сохранить тайны переговоров, военачальники, скрывающие от противника отданные распоряжения, разведчики и другие.

Рассказывают, как один царь обрил голову гонца, написал на ней послание и отослал гонца к союзнику лишь тогда, когда волосы его на голове отросли. Развитие химии дало удобное средство тайнописи: симпатические чернила, записи которыми не видны до тех пор, пока бумагу не нагреют или обработают каким-нибудь химикатом.

 Криптография (от греч.)– наука о методах шифрования информации с целью её защиты от незаконных пользователе. Наукой не установлен точный исторический период, когда появилась криптография, каковы были ее первоначальные формы и кто был ее создателем. Американский криптограф Л. Д. Смит подчеркивает, что криптография по возрасту старше египетских пирамид. Другой американец — Флетчер Пратт в своей книге «История шифров и кодов» дает такое определение криптографии: «Криптография – искусство шифрования — это процесс выражения слов, передающих смысл только немногим лицам, которым известен этот секрет». Из подобного определения следует, что всякое письмо, написанное на неизвестном для того или иного человека языке, является шифрованным письмом, то есть любой алфавит может стать шифром.

Актуальность проекта обусловлена тем, что в наши дни информация приобрела коммерческую ценность и стала обычным товаром. Её продают и покупают, производят, хранят, транспортируют и, следовательно, воруют и подделывают. В результате возникла необходимость защиты важной информации. Поэтому криптография в современном мире информационных технологий особенно необходима.

Цель проекта: Познакомиться с основными понятиями криптографии и некоторыми шифрами прошедших веков и узнать, каким образом происходит шифрование с помощью этих шифров.

Задачи:

1. Изучить учебную литературу по данной теме

2. Рассмотреть различные способы шифрования текстов.

3. Расширить кругозор сверстников, развить их познавательную активность, познакомив с тайными шифрами.

4. Показать практическую значимость криптографии

Гипотеза: Без тайн не могут нормально существовать не только государства, но и группы простых людей - без них нельзя выиграть сражение или выгодно продать товар, одолеть своих политических противников в жесткой борьбе за власть или сохранить первенство в технологии.

 

Методы исследования:

· Изучение литературы

· Опрос

Криптография в Древности

Появление письменности стало одним из переломных моментов в истории человечества, дало мощный импульс к развитию знаний в самых разных областях. Но как только человек понял, что может передавать свои мысли в виде графических символов, он тут же начал искать способы делать это тайно, чтобы лишь избранные могли прочесть написанное. Родились первые алгоритмы шифрования, а вместе с ними стали появляться и диковинные приспособления, которые служили ключом к пониманию зашифрованного текста.

Сама история криптографии насчитывает около 4-х тысяч лет.

Уже в исторических документах древних цивилизаций — Индии, Египта, Месопотамии — имеются сведения о системах и способах составления шифрованного письма.

В древнеиндийских рукописях приводится более 60 способов письма. Среди них есть и такие, которые можно рассматривать как криптографические, то есть обеспечивающие секретность переписки. Так, встречается описание системы замены гласных букв согласными, и наоборот. В этих рукописях упоминается о тайнописи как об одном из 64 искусств, которым должны овладеть и женщины.

Один из самых старых шифрованных текстов Месопотамии представляет собой табличку, написанную клинописью и содержащую рецепт изготовления глазури для гончарных изделий. Автор этой клинописи, стремясь скрыть содержание написанного, использовал редко употребляемые знаки, игнорировал некоторые гласные и согласные, вместо имен употребил цифры.

Использовалась тайнопись и в рукописных памятниках Древнего Египта. Здесь шифровались религиозные тексты и медицинские рецепты.

Сохранились достоверные сведения о системах шифров, применявшихся в Древней Греции. Там криптография широко использовалась в разных областях деятельности. Так, Плутарх сообщает, что жрецы хранили в форме тайнописи свои прорицания. Однако наиболее широкое применение криптография получила в государственной сфере. Во все времена криптография была одним из основных орудий в межгосударственной борьбе, надежным средством сокрытия политических, дипломатических, экономических и иных секретов государства, с одной стороны, и средством проникновения в секреты государства–противника — с другой.

 

Основной принцип шифрования в древности – принцип замены. Рассмотрим самые известные.

Атбаш

Некоторые фрагменты библейских текстов зашифрованы с помощью шифра, который назывался атбаш. Правило зашифрования состояло в замене i-й буквы алфавита буквой с номером n − i + 1, где n — число букв в алфавите. Происхождение слова атбаш объясняется принципом замены букв. Это слово составлено из букв Алеф, Тае, Бет, Шит, то есть первой и последней, второй и предпоследней букв древнесемитского алфавита.

В древней Спарте в V-IV веках до н.э. существовала тайнопись и шифровальный прибор, получивший название "табличек Энея"

Табличка Энея

На небольшой табличке горизонтально располагался алфавит, а по ее боковым сторонам имелись выемки для наматывания нити. При зашифровании нить закреплялась у одной из сторон таблички и наматывалась на нее. На нити делались отметки (например, узелки) в местах, которые находились напротив букв данного текста. По алфавиту можно было двигаться лишь в одну сторону, то есть делать по одной отметке на каждом витке. После зашифрования нить сматывалась и передавалась адресату. Этот шифр представляет собой шифр замены букв открытого текста знаками, которые означали расстояния между отметками на нити. Ключом являлись геометрические размеры таблички и порядок расположения букв алфавита. Это был довольно надежный шифр, история не сохранила документов, подтверждающих сведения о методах его вскрытия.

Скитала

А другие греки того времени для шифрования применяли прибор под названием "Скитала" (сцитала). Его способ заменять одну букву другой встречался вплоть до наших времен.

На этот посох наматывалась по спирали полоска пергамента с зашифрованным посланием. Смысл такого «гаджета» был в том, что прочитать эту полоску мог лишь обладатель скиталы аналогичного размера. При правильном размере витка буквы послания совпадали, и получался связный текст. Устройство было очень простым и практичным, хотя особо надежным его назвать никак нельзя.

Согласно легенде, этот «шифр» сумел разгадать еще Аристотель, а в 1841 году в июльском журнале Graham’s Magazine его редактор Эдгар Аллан По опубликовал статью «Несколько слов о тайнописи», в которой рассказал про скиталу и поведал об остроумном методе дешифровки скиталы любого диаметра.

По словам родоначальника детективного жанра, для «взлома» скиталы нужно взять, скажем, шестифутовый конус и намотать на него ленту с текстом, а затем перемещать вдоль длины конуса, пока текст не станет читаемым. Страсть Эдгара По к различным головоломкам и шифрам нашла свое отражение не только в его бессмертных произведениях. Будучи редактором журнала, он вел активное общение с читателями, призывая присылать ему ребусы и зашифрованные послания, которые он старался разгадывать совместно с подписчиками издания, совершенствуя тем самым свои навыки в криптологии.

 

Шифр Цезаря

Криптография сыграла значительную роль в укреплении могущества Римской империи. В частности, особая роль в обеспечении государственной тайны принадлежит новому способу шифрования, изобретенному Юлием Цезарем и изложенному им в «Записках о галльской войне» (I в. до н. э.).

Шифр Цезаря — один из древнейших шифров. При шифровании каждый символ заменяется другим, отстоящим от него в алфавите на фиксированное число позиций. Шифр Цезаря можно классифицировать как шифр подстановки, при более узкой классификации — шифр простой замены.

Шифр назван в честь римского императора Гая Юлия Цезаря, использовавшего его для секретной переписки.

Например, шифрование с использованием ключа k = 3. Буква С «сдвигается» на три буквы вперед и становится буквой «Ф». Твердый знак, перемещённый на три буквы вперед, становится буквой «э», и так далее.

 

	1	2	3	4	5
1	A	B	C	D	E
2	F	G	H	I,J	K
3	L	M	N	O	P
4	Q	R	S	T	U
5	V	W	X	Y	Z

Квадрат Полибия

Греческий писатель Полибий использовал систему сигнализации, которая была широко принята как метод шифрования. Он записывал буквы алфавита в квадратную таблицу и заменял их координатами: парами чисел (i, j), где i — номер строки, j — номер столбца. Применительно к латинскому алфавиту квадрат Полибия имеет следующий вид.

Пары (i, j) передавались с помощью факелов. Например, для передачи буквы О нужно было взять 3 факела в правую руку и 4 факела — в левую.

Шифр Виженера

В средневековье над изобретением тайнописи трудились многие выдающиеся люди, поставившие развитие криптографии на высокую ступень совершенства - голландский государственный деятель Гуго Гроций, английский философ Р.Бэкон. В XVII в. простой французский писец Антуан Ровсиньоль опередил свое время, составив шифр, не раскрытый на протяжении двух веков и получивший название "великого шифра". "Великий шифр" включал в себя буквы, слова, слоги, - всего объемом около 600 величин, которым придавалось несколько значений пропорционально повторяемости в тексте.

Обычное замещение текста — слишком слабый способ шифрования, который очень просто разгадывается с помощью банальной логики и статистики употребления тех или иных букв в языке. Помните, как лихо расшифровал подобный шифр сыщик Шерлок Холмс в рассказе «Пляшущие человечки» Артура Конан Дойля? Аналогично можно было бы расшифровать шифр Цезаря. Но с шифром Виженера у великого сыщика не вышло бы так просто разгадать загадку, ведь одна и та же буква в кодируемом сообщении могла иметь разные подстановки.

Интересно, что человек, давший имя этому шифру, никакого отношения к нему не имел. На самом деле его автором был итальянский математик Джованни Батиста Беллазо. Его труды и изучил Блез де Виженер во время своей двухлетней дипломатической миссии в Риме. Вникнув в простой, но эффективный принцип шифрования, дипломат сумел преподнести эту идею, показав ее комиссии Генриха III во Франции.

Суть нового принципа шифрования заключалась в том, что величина сдвига для замещения букв была переменной и определялась ключевым словом или фразой. Долгое время этот метод считался неуязвимым для разгадывания, и даже авторитеты в области математики признавали его надежность. Так, легендарный автор приключений «Алисы в зазеркалье» и «Алисы в стране чудес», писатель-математик Льюис Кэрролл в своей статье «Алфавитный шифр» прямо и категорично называет шифр Виженера «невзламываемым». Эта статья вышла в детском журнале в 1868 году, но даже спустя полвека после статьи Чарльза Латуиджа Доджсона (это настоящее имя автора сказок про Алису) научно-популярный американский журнал Scientific American продолжал утверждать, что шифр Виженера невозможно взломать.

Для расшифровки шифра Виженера использовалась специальная таблица, которая называлась tabula recta.

Линейка Сен-Сира

 

Еще одним примером полиаофавитных шифров является «Линейка Сен-Сира» Её название произошло от названия военного училища, которое в свое время организовал Наполеон Бонапарт. Это высшее учебное заведение выпустило немало известных личностей — маршалов и военачальников. В военной академии Сен-Сир придумали простое и оригинальное устройство, состоящее из двух частей — алфавитной линейки и подвижного бегунка с написанным алфавитом и прорезью. Принцип шифрования этой линейкой был очень простым и основывался на замещении букв алфавита. Но, в отличие от шифра Цезаря, где общий сдвиг букв при письме был одним и тем же (например, вместо, А — Б, вместо В — Г и так далее), в линейке Сен-Сира был реализован шифр замещения с переменным сдвигом, так называемый шифр Блеза де Виженера, французского дипломата, жившего в шестнадцатом столетии.

Линейка Сен-Сира — это своего рода механическая таблица Виженера. Пользоваться линейкой Сен-Сира несложно. Предположим, вы хотите закодировать текст MORTALENEMY ключевым словом POST.

Многократно пишем это ключевое слово, чтобы получившееся выражение было по длине таким же, как шифруемый текст. Получается так:

MORTALENEMY

POSTPOSTPOS

На линейке подбираем положение бегунка, чтобы начало алфавита совпадало с буквой P и смотрим, какая буква соответствует первой букве шифруемого текста М. Это — буква B. Аналогичным образом букве O соответствует буква С, R меняется на J и так далее. В результате мы получаем зашифрованное слово: BCJMPZWGTAQ

Шифровальный диск

Еще один значительный шаг вперед криптография сделала благодаря труду Леона Альберти. Известный философ, живописец, архитектор, он в 1466 г. написал труд о шифрах. В этой работе был предложен шифр, основанный на использовании шифровального диска. Сам Альберти назвал его шифром, «достойным королей».

Шифровальный диск представлял собой пару соосных дисков разного диаметра (см. рисунок). Больший из них — неподвижный, его окружность разделена на 24 равных сектора, в которые вписаны 20 букв латинского алфавита в их естественном порядке и 4 цифры (от 1 до 4). При этом из 24-буквенного алфавита были удалены 4 буквы, без которых можно было обойтись, подобно тому, как в русском языке обходятся без Ъ, Ё, И. Меньший диск — подвижный, по его окружности, разбитой также на 24 сектора, были вписаны все буквы смешанного латинского алфавита.

Имея два таких прибора, корреспонденты договаривались о первой индексной букве на подвижном диске. При шифровании сообщения отправитель ставил индексную букву против любой буквы большего диска. Он информировал корреспондента о таком положении диска, записывая эту букву внешнего диска в качестве первой буквы шифртекста. Очередная буква открытого текста отыскивалась на неподвижном диске и стоящая против нее буква меньшего диска являлась результатом ее зашифрования. После того как были зашифрованы несколько букв текста, положение индексной буквы изменялось, о чем также каким-либо образом передавалось корреспонденту.

Такой шифр имел две особенности, которые делают изобретение Альберти событием в истории криптографии. Во-первых, в отличие от шифров простой замены шифровальный диск использовал не один, а несколько алфавитов для зашифрования. Такие шифры получили название многоалфавитных. Во-вторых, шифровальный диск позволял использовать так называемые коды с перешифрованием, которые получили широкое распространение лишь в конце XIX века, то есть спустя четыре столетия после изобретения Альберти.

       Для этой цели на внешнем диске имелись цифры. Альберти составил код, состоящий из 336 кодовых групп, занумерованных от 11 до 4444. Каждому кодовому обозначению соответствовала некоторая законченная фраза. Когда такая фраза встречалась в открытом сообщении, она заменялась соответствующим кодовым обозначением, а с помощью диска цифры зашифровывались как обычные знаки открытого текста, превращаясь в буквы.

 

Поворотная решетка

Кардано принадлежит идея поворотной решетки как средства шифрования. Изначально обычная решетка представляла собой лист из твердого материала, в котором через неправильные интервалы сделаны прямоугольные вырезы высотой для одной строчки и различной длины. Накладывая эту решетку на лист писчей бумаги, можно было записывать в вырезы секретное сообщение. После этого, сняв решетку, нужно было заполнить оставшиеся свободные места на листе бумаги неким текстом, маскирующим секретное сообщение. Подобным стеганографическим методом маскировки сообщения пользовались многие известные исторические лица, например кардинал Ришелье во Франции и русский дипломат и писатель А. Грибоедов. Так, Ришелье использовал прямоугольник размера 7×10. Для длинных сообщений прямоугольник использовался несколько раз. Прорези трафарета размещались в позициях: (1, 8), (2, 9), (3, 6), (4, 5), (4, 6). (5, 1), (5, 6), (5, 7), (5, 9), (6, 2), (6, 10), (7, 9), (7, 10).

Текст выглядит как невинное любовное письмо, однако используя трафарет Ришелье, получит зловещую команду: «YOU KILL AT ONCE».