1. Появление шифров

Вообще все шифры могут быть разделены на два вида: перестановка и замена. При перестановке буквы сообщения просто переставляются, образовывая анаграмму. Для очень короткого сообщения, которое складывается, например, из одного слова, такой способ достаточно ненадежный, поскольку существует крайне ограниченное число возможных способов перестановки букв. Так, 3 буквы могут быть расставлены всего лишь 6 разными способами. Однако по мере увеличения численности букв количество возможных перестановок стремительно растет, и возобновить исходное сообщение становится невозможно, если неизвестен точный способ шифрования. Например, если фраза состоит из 35 букв, то количество их разных перестановок составляет больше 50 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

Если бы один человек смог проверять одну перестановку в секунду, и если бы все люди на Земле работали круглые сутки, чтобы проверить все возможные перестановки, нужно было бы времени в тысячу раз больше, чем срок существования Вселенной.

Создается впечатление, что случайная перестановка букв гарантирует очень высокую степень безопасности, поскольку для противника дешифровать даже короткое предложение окажется невыполнимым. Однако при перестановке может образоваться невероятно сложная анаграмма, и если буквы случайно, ни с того, ни с сего перепутаются, то ни получатель, ни перехватчик не смогут ее расшифровать. Поэтому способ перестановки букв должен быть предварительно обсужден отправителем сообщения и его получателем, но вместе с тем сохраняться в тайне от противника.

Первым шифровальным устройством, которое дошло до нас и реализовывало шифр перестановки, была так называемая «скитала» или «сцитала» (около VI-V ст. до н.э.), которая использовалась в античный период спартанцами.

Скитала представляла собой деревянный цилиндр, вокруг которого наматывалась полоска кожи или пергамента. Отправитель писал сообщение по всей длине скиталы, а затем разматывал полоску, на которой после этого оставался бессмысленный набор букв. Таким образом сообщение оказывалось зашифрованным. Вестник брал эту полоску и прятал сообщение, используя полоску как пояс, буквами вовнутрь, то есть кроме криптографии использовалась также и стеганография. Чтобы получить исходное сообщение, адресат просто наматывал полоску кожи вокруг скиталы того же диаметра, какой был и у скиталы отправителя.

В 404 году до н.э. к спартанскому полководцу Лисандру привели одного из 5-ти вестников, который остался живым после крайне опасного путешествия из Персии, был окровавлен и едва держался на ногах. Он передал свой пояс Лисандру, который намотал его вокруг своей скиталы и прочитал, что персидский военачальник Фарнабаз собирается напасть на него. Благодаря скитале Лисандр успел подготовиться к нападению и отбил его.

Греческий историк Плутарх так описал этот способ шифрования: «Отправляя к месту службы начальника флота или сухопутного войска, эфоры вручают отъезжающему круглую палку. Другую, совершенно одинаковой длины и толщины, оставляют себе. Эти палки и называют скиталами. Когда эфорам нужно сообщить какую-нибудь важную тайну, они вырезают длинную и узкую, вроде ремня, полосу папируса, плотно, без промежутков наматывают ее на свою скиталу и пишут на нем текст. Затем снимают полосу и без палки отправляют ее военачальнику. Так как буквы на ней стоят без всякой связи, разбросаны в беспорядке, прочитать написанное он может, только взяв свою скиталу и намотав на нее вырезанную полосу, чтобы, водя глазами вокруг палки и переходя от предыдущего к последующему, иметь перед собой связное сообщение».

Это то же самое, что и буквы писать не подряд, а через определенное число, по кругу до тех пор, пока весь текст не закончится. Сообщение «ВЫСТУПАЙТЕ» при окружности палочки в 3 буквы даст шифровку «ВУТИПЕСАТЙ».

Для прочтения шифровки нужно было не только знать систему засекречивания, но и иметь ключ в виде палки определенного диаметра. Зная тип шифра, но не имея ключ, расшифровать сообщение было бы сложно. Шифр был достаточно популярен в Спарте и многократно совершенствовался в более поздние времена. О его важном значении и большом распространении говорит свидетельство Плутарха в «Сравнительных жизнеописаниях», когда историк сообщает о жизни греческого полководца Алкивиада: «Однако Лисандр обратил внимание на эти слова не раньше, чем получил из дома скиталу с приказанием отделаться от Алкивиада… »

Этот нехитрый способ часто использовался из-за своей простоты и возможности оперативного расшифровывания сообщений. В то же время стойкость данного шифра была небольшой, потому что позже Архимед предложил устройство («антискитала»), с помощью которого расшифровка подобного сообщения без нужного цилиндра была достаточно простой и быстрой. Ремень наматывали на коническое «копье» и двигали верх и вниз до тех пор, пока не находили нужный диаметр, а текст сообщения становился понятным.

Альтернативным шифру перестановки был шифр замены, в котором каждая буква в исходном тексте замещалась другой буквой. Одно из первых описаний шифра замены было приведено в трактате «Камасутра», написанном в IV веке н.э. священником-брамином Ватсьяяной Малланага, но основанному на манускриптах, которые относятся к IV веку до н.э.

В соответствии с «Камасутрой» женщины должны владеть 64 искусствами, такие как приготовление еды и напитков, искусство одевания, массажа, приготовления ароматов. В этот список также входили менее очевидные искусства: колдовство, игра в шахматы, переплетное дело и плотничество. Под номером 45 в списке находилось искусство тайнописи «mlecchita-vikalpa», предназначенное для того, чтобы помочь женщинам скрыть подробности своих любовных связей.

Один из таких способов заключался в том, чтобы расположить попарно буквы алфавита случайным образом, а затем замещать каждую букву в исходном сообщении ее парной (симметричной). Если применить этот принцип к латинскому алфавиту, то можно составить такую таблицу (линейку) шифрования:

D A M H I K O Z S U W Y

X B T V G J C L N E Q F P

Тогда вместо слова «UKRAINE» отправитель напишет слово «QJNBGRS».

На Ближнем Востоке один из первых шифров замены был разработан древними евреями и назывался «темура» – «обмен». 22 буквы еврейского алфавита делились на две части, причем одна содержалась над другой; потом верхние буквы замещались на нижние или наоборот. Можно было установить всевозможные комбинации в зависимости от места деления алфавита и направления перемещаемых букв.

Самый простой способ заключался в делении алфавита посередине так, чтобы первые две буквы, «А» и «Б», совпадали с двумя последними, «Т» и «Ш». Эти буквы и дали название методу шифровки – «Атбаш» (англ. Atbash). Это был простой шифр одноалфавитной замены для еврейского алфавита. Таблица (линейка) шифровки этим методом для латинского алфавита будет выглядеть таким образом:

A B C D E F G H I J K L M

Z Y X W V U T S R Q P O N

Видим, что в этом шифре замена имеет симметричный вид. Таким образом слово «UZHGOROD» превращалось в слово «FASTLILW».

Другой шифр «Альбам» заключался в разбивке алфавита на две части и расположении одной части под другой, но применялось другое направление расстановки букв:

A B C D E F G H I J K L M

N O P Q R S T U V W X Y Z

Слово «UZHGOROD» превращалось уже в слово «HMUTBEBQ».

Первое документально подтверждено использование шифра замены в военных целях появилось в «Записках о галльской войне» (лат. Commentarii de Bello Gallico) Гая Юлия Цезаря (I века до н.э.). Цезарь описывал, как он послал сообщение Цицерону, который находился в осаде и был на грани капитуляции. В этих листьях латинские буквы были заменены греческими, потому враг его не смог бы понять.

Цезарь так часто пользовался тайнописью, что Марко Валерий Проб написал целый трактат о применяемых им шифрах, который, к сожалению, не дошел до наших дней. Однако благодаря произведению Гая Транквилла Светония «Жизнь 12 Цезарей», написанному во ІІ веке н.э., у нас есть подробное описание одно из шифров замены, которые применялись Юлием Цезарем. Он просто замещал каждую букву в послании буквой, которая находилась в алфавите на три позиции дальше.

Вот как об этом сообщает Рощу Светоний: «Существуют и его письма Цицерону и письма к близким о домашних делах: у них, если нужно было сообщить что-либо негласно, он пользовался тайнописью, то есть менял буквы так, чтобы из них не состояло ни одно слово. Чтобы разобрать и прочитать их, нужно читать каждый раз четвертую букву вместо первой».

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

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

Сначала выписывался алфавит в естественном порядке, а затем под ним выписывался тот же алфавит, но с сдвигом на 3 буквы влево. При зашифровании буква «А» замещалась буквой «D», «B» замещалась на «E», «C» – на «F» и так далее. Таким образом слово «UZHGOROD» превращалось в шифротекст «XCKJRURG», а «UKRAINE» – в «XNUDLQH». Получатель зашифрованного сообщения искал эти буквы в нижней строке и по буквам над ними возобновлял исходное слово. Ключом в шифре Цезаря была величина сдвига нижней строки алфавита, то есть цифра 3. Наследник Юлия Цезаря – Цезарь Август – использовал тот же шифр, но с ключом сдвига 4.

Уже в IV веке до н.э. делались попытки «механизации» криптологического дела, связанные в первую очередь с именем древнегреческого полководца Энея Тактики, защитника Трои, друга Гектора. Он создал так называемый «диск Энея», который получил в Древней Греции широкое применение. В диске диаметром 10-15 см и толщиной 1-2 см высверливались отверстия, которые соответствовали буквам алфавита, через которые протягивалась нить в соответствии с буквами шифрованного текста. Для расшифровывания нить вытягивали, получая обратную последовательность букв. Этот примитивный на первый взгляд способ шифрования был достаточно эффективен, потому что противнику, который перехватил сообщение, было неизвестно, какая буква отвечает каждому отверстию. Кроме того, если возникала опасность перехвата сообщения, нить можно было легко порвать, тем самым уничтожив его.

Идея Энея была использована при создании и других оригинальных шифров замены. В частности, в одном из вариантов вместо диска использовалась линейка с количеством отверстий, равным количеству букв алфавита. Каждое отверстие соответствовало своей букве, а буквы по отверстиям располагались в произвольном порядке. К линейке была прикреплена катушка с намотанной на нее нитью. Рядом с катушкой была прорезь.

При шифровании нить протягивалась через прорезь, а затем через отверстие, которое отвечало первой букве шифрованного текста, при этом на нити завязывался узелок в месте прохождения ее через отверстие. Потом нить возвращалась в прорезь и аналогично зашифровывалась вторая буква текста и так далее.

По окончании шифровки нить вытягивалась и передавалась получателю сообщения. Тот, имея идентичную линейку, протягивал нить через прорез к отверстиям, обусловленным узлами, и возобновлял исходный текст по буквам отверстий.