Tangu zamani, cipher imekuwa ikitumika kutunza siri. Moja ya mifumo ya zamani zaidi ya upangaji, habari kuhusu ambayo historia imetuletea, inazunguka. Ilitumiwa na Wagiriki wa zamani hadi karne ya 5 KK. Katika siku hizo, Sparta, ikiungwa mkono na Uajemi, ilifanya vita dhidi ya Athene. Jenerali wa Spartan Lysander alianza kuwashuku Waajemi wa mchezo mara mbili. Alihitaji haraka habari ya kweli juu ya nia yao. Wakati wa hatari zaidi, mtumwa mjumbe alifika kutoka kambi ya Uajemi na barua rasmi. Baada ya kusoma barua hiyo, Lysander alidai mkanda kutoka kwa mjumbe. Inageuka kuwa kwenye ukanda huu rafiki mwaminifu (sasa tunaweza kusema "wakala wa siri") Lysandra aliandika ujumbe uliosimbwa. Kwenye ukanda wa mjumbe, barua anuwai ziliandikwa bila mpangilio, ambazo hazikujumuisha maneno yoyote. Kwa kuongezea, herufi hazijaandikwa kando ya kiuno, bali kote. Lysander alichukua silinda ya mbao ya kipenyo fulani (kutangatanga), akajifunga ukanda wa mjumbe kuzunguka kwa njia ambayo kingo za ukanda huo zinafungwa, na ujumbe ambao alikuwa akiusubiri ulikuwa umewekwa kwenye ukanda kando ya genatrix ya silinda. Ilibadilika kuwa Waajemi walikuwa wakipanga kupanga Waaspartan na kisu cha kushangaza nyuma na kuwaua wafuasi wa Lysander. Baada ya kupokea ujumbe huu, Lysander bila kutarajia na kwa siri alitua karibu na eneo la wanajeshi wa Uajemi na kwa pigo ghafla akawashinda. Hii ni moja wapo ya visa vya kwanza kujulikana katika historia ambayo ujumbe wa siri ulicheza jukumu muhimu sana.
Ilikuwa maandishi ya ruhusa, maandishi ya maandishi ambayo yana barua za wazi zilizopangwa upya kulingana na sheria fulani, lakini haijulikani kwa watu wa nje. Mfumo wa fumbo hapa ni ruhusa ya herufi, vitendo ni upepo wa ukanda karibu na kuzunguka. Kitufe cha cipher ni kipenyo cha kutangatanga. Ni wazi kwamba mtumaji na mpokeaji wa ujumbe lazima awe na kamba za kipenyo sawa. Hii inalingana na sheria kwamba kitufe cha usimbuaji lazima kijulikane kwa mtumaji na mpokeaji. Kutangatanga ni aina rahisi zaidi ya cipher. Inatosha kuchukua upotofu kadhaa wa kipenyo anuwai, na baada ya kumaliza ukanda kwenye moja yao, maandishi wazi yangeonekana. Mfumo huu wa usimbuaji ulifutwa katika nyakati za zamani. Ukanda huo ulijeruhiwa juu ya tanga la kupendeza na taper kidogo. Ambapo kipenyo cha sehemu ya msalaba ya skitala conical iko karibu na kipenyo kinachotumiwa kwa usimbuaji, ujumbe husomwa kwa sehemu, baada ya hapo ukanda umejeruhiwa karibu na skitala ya kipenyo kinachohitajika.
Julius Kaisari alitumia sana vifaranga vya aina tofauti (badala ya vipandikizi), ambaye hata anafikiriwa kuwa mwanzilishi wa mojawapo ya maandishi haya. Wazo la mpangilio wa Kaisari lilikuwa kwamba kwenye karatasi (papyrus au ngozi) alfabeti mbili za lugha ambayo ujumbe utaandikwa zimeandikwa moja chini ya nyingine. Walakini, alfabeti ya pili imeandikwa chini ya ya kwanza na fulani (inayojulikana tu kwa mtumaji na mpokeaji, zamu). Kwa msaidizi wa Kaisari, mabadiliko haya ni sawa na nafasi tatu. Badala ya barua inayolingana inayolingana, ambayo huchukuliwa kutoka kwa herufi ya kwanza (juu), herufi ya chini ya herufi chini ya barua hii imeandikwa kwenye ujumbe (ciphertext). Kwa kawaida, sasa mfumo kama huo wa cipher unaweza kuvunjika kwa urahisi hata na mtu asiye na kawaida, lakini wakati huo Kaisari cipher alizingatiwa kuwa haivunjiki.
Cipher ngumu zaidi ilibuniwa na Wagiriki wa zamani. Waliandika alfabeti kwa njia ya jedwali 5 x 5, wakimaanisha safu na nguzo zilizo na alama (ambayo ni, waliwahesabu) na wakaandika alama mbili badala ya barua ya wazi. Ikiwa wahusika hawa wamepewa ujumbe kama kizuizi kimoja, basi na ujumbe mfupi kwa meza moja maalum, maandishi kama haya ni thabiti sana, hata kulingana na dhana za kisasa. Wazo hili, ambalo lina umri wa karibu miaka elfu mbili, lilitumika katika maandishi tata wakati wa Vita vya Kwanza vya Ulimwengu.
Kuanguka kwa Dola ya Kirumi kuliambatana na kupungua kwa maandishi. Historia haijahifadhi habari yoyote muhimu juu ya ukuzaji na utumiaji wa fumbo katika miaka ya mapema na ya kati. Na miaka elfu moja tu baadaye, ufichaji wa kumbukumbu unafufuka huko Uropa. Karne ya kumi na sita nchini Italia ni karne ya fitina, njama na machafuko. Familia za Borgia na Medici zinashindana kwa nguvu ya kisiasa na kifedha. Katika mazingira kama haya, vifungu na nambari huwa muhimu.
Mnamo 1518, Abbot Trithemius, mtawa wa Kibenediktini anayeishi Ujerumani, alichapisha kitabu kwa Kilatini kiitwacho Polygraphy. Kilikuwa kitabu cha kwanza juu ya sanaa ya usimbuaji na hivi karibuni kilitafsiriwa kwa Kifaransa na Kijerumani.
Mnamo 1556, daktari na mtaalam wa hesabu kutoka Milan Girolamo Cardano alichapisha kazi inayoelezea mfumo wa usimbuaji aliyoanzisha, ambao uliingia katika historia kama "Cardano Lattice". Ni kipande cha kadibodi ngumu na mashimo yaliyokatwa kwa mpangilio. Ufuo wa Cardano ulikuwa matumizi ya kwanza ya kifaa cha idhini.
Ilizingatiwa nguvu kali kabisa hata katika nusu ya pili ya karne iliyopita, na kiwango cha juu cha kutosha cha ukuzaji wa hesabu. Kwa hivyo, katika riwaya ya Jules Verne "Mathias Sandor", hafla za kushangaza zinaibuka karibu na barua ndogo iliyotumwa na njiwa, lakini kwa bahati mbaya ikaanguka mikononi mwa adui wa kisiasa. Kusoma barua hii, alikwenda kwa mwandishi wa barua hiyo kama mtumishi ili kupata gridi ya siri nyumbani kwake. Katika riwaya, hakuna mtu aliye na wazo la kujaribu kusimbua barua bila ufunguo, kwa kuzingatia tu ufahamu wa mfumo uliowekwa wa maandishi. Kwa njia, barua iliyoingiliwa ilionekana kama meza ya herufi 6 x 6, ambayo ilikuwa kosa kubwa la msimbuaji. Ikiwa barua hiyo hiyo ingeandikwa kwa kamba bila nafasi na idadi kamili ya barua kwa msaada wa nyongeza haikuwa 36, decryptor bado italazimika kujaribu nadharia juu ya mfumo wa usimbuaji uliotumika.
Unaweza kuhesabu idadi ya chaguzi za usimbuaji zinazotolewa na kimiani ya 6 x 6 ya Cardano. Kufafanua kimiani kama hii kwa makumi ya mamilioni ya miaka! Uvumbuzi wa Cardano umeonekana kuwa mkali sana. Kwa msingi wake, wakati wa Vita vya Kidunia vya pili, mojawapo ya vikosi vya majini vya kudumu huko Great Britain viliundwa.
Walakini, kwa sasa, njia zimebuniwa ambazo huruhusu, chini ya hali fulani, kufafanua mfumo kama huo haraka vya kutosha.
Ubaya wa kimiani hii ni hitaji la kuficha kimiani yenyewe kutoka kwa wageni. Ingawa katika hali zingine inawezekana kukumbuka eneo la nafasi na mpangilio wa nambari zao, uzoefu unaonyesha kuwa kumbukumbu ya mtu, haswa wakati mfumo hautumiwi sana, haiwezi kutegemewa. Katika riwaya "Matthias Sandor" mpito wa wavu mikononi mwa adui ulikuwa na athari mbaya zaidi kwa mwandishi wa barua hiyo na kwa shirika lote la mapinduzi ambalo alikuwa mwanachama. Kwa hivyo, wakati mwingine, mifumo dhaifu ya usimbuaji, lakini rahisi kupona kutoka kwa kumbukumbu inaweza kuwa bora.
Watu wawili wangeweza kudai jina la "baba wa fumbo la kisasa" na mafanikio sawa. Wao ni Giovanni Battista Porta wa Italia na Mfaransa Blaise de Vigenère.
Mnamo 1565, Giovanni Porta, mtaalam wa hesabu kutoka Naples, alichapisha mfumo wa msingi wa uandishi ambao uliruhusu herufi yoyote ya maandishi kubadilishwa na herufi kubwa kwa njia kumi na moja tofauti. Kwa hili, alfabeti 11 za maandishi huchukuliwa, kila moja yao hutambuliwa na jozi ya herufi ambazo zinaamua ni alfabeti ipi inapaswa kutumiwa kuchukua nafasi ya herufi ya maandishi na herufi kubwa. Unapotumia alfabeti za bandari, pamoja na kuwa na alfabeti 11, unahitaji pia kuwa na neno kuu linalofafanua herufi sawa ya herufi katika kila hatua ya usimbuaji.
Meza ya Giovanni Porta
Kawaida maandishi katika ujumbe huandikwa kwa kipande kimoja. Kwenye laini za mawasiliano ya kiufundi, kawaida hupitishwa kwa njia ya vikundi vyenye tarakimu tano, vilivyotengwa kutoka kwa kila mmoja na nafasi, vikundi kumi kwa kila mstari.
Mfumo wa Bandari una uimara mkubwa sana, haswa wakati wa kuchagua na kuandika alfabeti bila mpangilio, hata kulingana na vigezo vya kisasa. Lakini pia ina shida: waandishi wote wawili lazima wawe na meza ngumu zaidi ambazo zinapaswa kuwekwa kutoka kwa macho ya kupendeza. Kwa kuongezea, unahitaji kwa njia fulani kukubaliana juu ya neno kuu, ambalo linapaswa pia kuwa la siri.
Shida hizi zilitatuliwa na mwanadiplomasia Vigenère. Huko Roma, alifahamiana na kazi za Trithemius na Cardano, na mnamo 1585 alichapisha kitabu chake "A Treatise on Ciphers." Kama njia ya Bandari, njia ya Vigenère ni msingi wa meza. Faida kuu ya njia ya Vigenere ni unyenyekevu wake. Kama mfumo wa Bandari, mfumo wa Vigenère unahitaji neno kuu (au kifungu) cha usimbuaji, herufi ambazo zinaamua ni ipi kati ya alfabeti 26 za herufi kila barua maalum ya hati miliki itasimbwa na. Barua ya maandishi muhimu inafafanua safu, i.e. alfabeti maalum ya cipher. Barua ya maandishi yenyewe iko ndani ya meza inayolingana na barua ya maandishi. Mfumo wa Vigenere hutumia vibali 26 tu na ni duni kwa nguvu kwa mfumo wa Bandari. Lakini meza ya Vigenere ni rahisi kuirejesha kutoka kwa kumbukumbu kabla ya usimbuaji, kisha uharibu. Utulivu wa mfumo unaweza kuongezeka kwa kukubaliana sio kwa neno muhimu, lakini kwa kifungu kirefu cha ufunguo, basi kipindi cha utumiaji wa alfabeti za cipher kitakuwa ngumu zaidi kuamua.
Vigenère cipher
Mifumo yote ya usimbuaji kabla ya karne ya ishirini ilikuwa ya mwongozo. Kwa kiwango kidogo cha ubadilishaji wa siri, hii haikuwa hasara. Kila kitu kilibadilika na ujio wa telegraph na redio. Pamoja na kuongezeka kwa kiwango cha ubadilishaji wa ujumbe mfupi na njia za kiufundi za mawasiliano, ufikiaji wa watu wasioidhinishwa kwa ujumbe uliosambazwa umekuwa rahisi zaidi. Mahitaji ya ugumu wa vitambaa, kasi ya usimbuaji (usimbuaji) wa habari umeongezeka sana. Ilikuwa ni lazima kuifanya kazi hii kuwa mitambo.
Baada ya Vita vya Kwanza vya Ulimwengu, biashara ya usimbuaji ilianza kukuza haraka. Mifumo mpya ya usimbuaji inaendelea kutengenezwa, mashine zinatengenezwa ambazo zinaharakisha mchakato wa usimbuaji fiche. Maarufu zaidi ilikuwa mashine ya ufundi wa mitambo "Hagelin". Kampuni ya utengenezaji wa mashine hizi ilianzishwa na Msweden Boris Hagelin na bado ipo leo. Hagelin ilikuwa kompakt, rahisi kutumia, na ilitoa nguvu ya hali ya juu. Mashine hii ya siri ilitekeleza kanuni ya uingizwaji, na idadi ya herufi za maandishi zilizotumiwa ilizidi ile ya mfumo wa Bandari, na mabadiliko kutoka kwa herufi moja ya herufi kwenda nyingine yalifanywa kwa njia ya uwongo.
Gari Hagellin C-48
Kitaalam, operesheni ya mashine ilitumia kanuni za utendaji wa kuongeza mashine na mashine za moja kwa moja za mitambo. Baadaye, mashine hii ilipata maboresho, kihesabu na kiufundi. Hii iliongeza uimara na utumiaji wa mfumo. Mfumo huo ulifanikiwa sana wakati wa mabadiliko ya teknolojia ya kompyuta, kanuni zilizowekwa huko Hagelin zilitengenezwa kielektroniki.
Chaguo jingine la utekelezaji wa kibadilisho kilikuwa mashine za diski, ambazo tangu kuanzishwa kwao zilikuwa za elektroniki. Kifaa kuu cha usimbuaji kwenye gari kilikuwa seti ya disks (kutoka vipande 3 hadi 6), iliyowekwa kwenye mhimili mmoja, lakini sio ngumu, na kwa njia ambayo disks zinaweza kuzunguka mhimili kwa uhuru kwa kila mmoja. Diski hiyo ilikuwa na besi mbili, zilizotengenezwa na bakelite, ambayo vituo vya mawasiliano vilibanwa kulingana na idadi ya herufi za alfabeti. Katika kesi hii, mawasiliano ya msingi mmoja yalikuwa yameunganishwa kwa umeme ndani na mawasiliano ya kituo kingine kwa jozi kwa njia ya kiholela. Anwani za pato la kila diski, isipokuwa ile ya mwisho, zimeunganishwa kupitia sahani za mawasiliano zisizohamishika kwa anwani za pembejeo za diski inayofuata. Kwa kuongezea, kila diski ina bomba na protrusions na depressions, ambazo kwa pamoja huamua asili ya mwendo wa kila diski katika kila mzunguko wa usimbuaji. Katika kila mzunguko wa saa, usimbuaji hufanywa na kusukuma voltage kupitia mawasiliano ya pembejeo ya mfumo wa kubadilisha unaolingana na barua ya wazi. Katika pato la mfumo wa kubadilisha, voltage inaonekana kwenye mawasiliano, ambayo inalingana na barua ya sasa ya maandishi. Baada ya mzunguko mmoja wa usimbuaji kumalizika, disks huzungushwa kwa moja kwa moja kwa hatua moja au kadhaa (katika kesi hii, diski zingine zinaweza kuwa wavivu kabisa kwa kila hatua). Sheria ya mwendo imedhamiriwa na usanidi wa flanges za diski na inaweza kuzingatiwa kuwa ya uwongo. Mashine hizi zilienea, na maoni nyuma yao pia yaligunduliwa kwa elektroniki wakati wa ujio wa enzi ya kompyuta ya elektroniki. Nguvu ya vitambaa vilivyotengenezwa na mashine kama hizo pia ilikuwa ya juu sana.
Wakati wa Vita vya Kidunia vya pili, mashine ya diski ya Enigma ilitumika kusimba mawasiliano ya Hitler na Rommel. Moja ya gari ilianguka mikononi mwa ujasusi wa Uingereza kwa muda mfupi. Baada ya kutengeneza nakala halisi yake, Waingereza waliweza kusimba mawasiliano ya siri.
Swali lifuatalo linafaa: inawezekana kuunda nguvu kali kabisa, i.e. moja ambayo ingefunuliwa hata kinadharia. Baba wa cybernetics, Norbert Wiener, alisema: "Sehemu yoyote ya maandishi ya muda mrefu inaweza kufutwa kila wakati, mradi mpinzani ana muda wa kutosha wa hii … Kitambulisho chochote kinaweza kufutwa ikiwa tu kuna hitaji la haraka na habari ambayo inapaswa kupatikana ina thamani ya gharama. njia za juhudi na wakati ". Ikiwa tunazungumza juu ya maandishi yaliyotengenezwa kulingana na algorithm yoyote haswa na isiyoeleweka, bila kujali ni ngumu gani, basi hii ndio kesi.
Walakini, mtaalam wa hesabu wa Amerika na mtaalam wa usindikaji wa habari Claude Shannon alionyesha kuwa cipher kali kabisa inaweza kuundwa. Wakati huo huo, hakuna tofauti ya kiutendaji kati ya cipher yenye nguvu kabisa na kile kinachoitwa nguvu ya nguvu (inayotekelezwa kwa kutumia algorithms tata zilizoendelea). Chipher kali kabisa inapaswa kuzalishwa na kutumiwa kama ifuatavyo:
- kipengee kimezalishwa bila kutumia algorithm yoyote, lakini kwa njia ya nasibu kabisa (kutupa sarafu, kufungua kadi bila mpangilio kutoka kwa staha iliyochanganywa vizuri, na kutengeneza mlolongo wa nambari za nasibu na jenereta ya nambari bila mpangilio kwenye diode ya kelele, nk..);
- urefu wa maandishi hayapaswi kuzidi urefu wa maandishi yaliyotengenezwa, i.e. tabia moja ndogo itatumika kusimbua mhusika mmoja wa maandishi wazi.
Kwa kawaida, katika kesi hii masharti yote ya utunzaji sahihi wa vifungu lazima yatimizwe na, juu ya yote, maandishi hayawezi kusimbwa tena na maandishi ambayo tayari yametumika mara moja.
Vipengele vyenye nguvu kabisa hutumiwa katika hali ambapo haiwezekani kabisa ya utenguaji na adui wa mawasiliano lazima ihakikishwe. Hasa, maandishi kama hayo hutumiwa na mawakala haramu wanaofanya kazi kwenye eneo la adui na kutumia maandishi ya maandishi. Daftari lina kurasa zilizo na safu za nambari, zilizochaguliwa bila mpangilio na kuitwa block cipher.
Njia za usimbuaji ni tofauti, lakini moja ya rahisi ni yafuatayo. Herufi za alfabeti zimehesabiwa na nambari mbili A - 01, B - 02 … Z - 32. Kisha ujumbe "Tayari kukutana" unaonekana kama huu:
maandishi wazi - TAYARI KUKUTANA;
maandishi wazi ya dijiti - 0415191503 11 03181917062406;
block cipher - 1123583145 94 37074189752975;
maandishi - 1538674646 05 30155096714371.
Katika kesi hii, maandishi hayo hupatikana kwa kuongeza nambari ya maandishi wazi ya dijiti na block cipher modulo 10 (i.e., kitengo cha uhamisho, ikiwa kipo, hakizingatiwi). Nakala iliyokusudiwa kupitishwa kwa njia ya kiufundi ya mawasiliano ina aina ya vikundi vyenye tarakimu tano, katika kesi hii inapaswa kuonekana kama: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (tarakimu 4 za mwisho zimeongezwa kiholela na hazizingatiwi). Kwa kawaida, ni muhimu kumjulisha mpokeaji ni ukurasa gani wa daftari la cipher unatumiwa. Hii imefanywa mahali penye uamuzi wa maandishi wazi (kwa idadi). Baada ya usimbuaji fiche, ukurasa uliotumiwa wa cipherpad umevunjwa na kuharibiwa. Wakati wa kusimbua kriptogramu iliyopokelewa, kisanduku kile kile lazima kitolewe modulo ya 10 kutoka kwa maandishi. Kwa kawaida, daftari kama hiyo lazima ihifadhiwe vizuri na kwa siri, kwani ukweli wa uwepo wake, ikiwa itajulikana kwa adui, inamaanisha kutofaulu kwa wakala.
Kuwasili kwa vifaa vya elektroniki vya kompyuta, haswa kompyuta za kibinafsi, kuliashiria enzi mpya katika ukuzaji wa usimbuaji. Miongoni mwa faida nyingi za vifaa vya aina ya kompyuta, zifuatazo zinaweza kuzingatiwa:
a) kasi kubwa sana ya usindikaji habari, b) uwezo wa kuingia haraka na kusimba maandishi yaliyotayarishwa hapo awali, c) uwezekano wa kutumia algorithms ngumu na ngumu sana ya usimbuaji, d) utangamano mzuri na vifaa vya kisasa vya mawasiliano, e) taswira ya haraka ya maandishi na uwezo wa kuchapisha haraka au kuifuta, f) uwezo wa kuwa na kompyuta fiche programu anuwai na kuzuia ufikiaji wao
watu wasioidhinishwa wanaotumia mfumo wa nywila au kinga ya ndani ya crypto, g) ulimwengu wa nyenzo iliyosimbwa (kwa mfano, chini ya hali fulani, algorithm ya usimbuaji wa kompyuta inaweza kusimba sio habari ya herufi tu, bali pia mazungumzo ya simu, nyaraka za picha na vifaa vya video).
Walakini, ikumbukwe kwamba katika kuandaa ulinzi wa habari wakati wa ukuzaji wake, uhifadhi, usafirishaji na usindikaji, njia ya kimfumo inapaswa kufuatwa. Kuna njia nyingi zinazowezekana za kuvuja kwa habari, na hata kinga nzuri ya crypto haihakikishi usalama wake isipokuwa hatua zingine zichukuliwa kuilinda.
Marejeo:
Adamenko M. Misingi ya cryptology ya kitabia. Siri za fiche na nambari. M.: Vyombo vya habari vya DMK, 2012 S. 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Kitabu cha Ciphers. M.: Avanta +, 2009 S. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
