Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Информационные технологии
Размещена 23.12.2015. Последняя правка: 15.01.2016.

История развития криптографических способов шифрования информации

Ермакова Дарья Сергеевна

бакалавр

Уральский федеральный университет

студент

Бывальцев Сергей Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры Информационных технологий и автоматизации проектирования, Уральский Федеральный Университет


Аннотация:
Данная статья показывает эволюцию способов защиты информации, а именно - криптографию. Начиная с древних времен люди учились зашифровывать информацию, начиная с простейших способов и постепенно, по прошествии веков, все более усложняя способы шифрования. Криптография активно развивается и до сих пор, а в наш век информационных технологий потребность в ней стала очевидна. Статья содержит основные способы шифрования и наиболее знаменитые шифры различных эпох.


Abstract:
This article shows the evolution of the means of protecting information, namely - cryptography. Since ancient times, people have learned to encrypt the information, starting with the simplest of ways, and gradually, after centuries, more complicating encryption methods. Cryptography is actively developed and is still, in our age of information technologies the need for it became apparent. The article contains the basic methods of encryption and the most famous ciphers of different eras.


Ключевые слова:
криптография; одноалфавитные шифры; шифр перестановки; многоалфавитные шифры

Keywords:
cryptography; monoalphabetic ciphers; transposition cipher; multi-alphabet codes


УДК 003.26.09

Данная статья содержит основные этапы развития криптографических шифров, а также наиболее известные их представителей.

Криптография во все времена являлась важным аспектом, но если в древности она использовалась преимущественно в военных целях, то начиная со средних веков и до нашего времени стала важной частью жизни простых людей. В современном информационном мире, когда личная информация человека может стать достоянием общественности, очень важно защищать свои данные и различные криптографические шифры могут стать хорошим помощником.

Основная цель статьи: Показать основные виды шифров и хронологию их создания.

В большинстве официальных документов криптография (в переводе с греческого — «тайнопись») определяется как наука, которая обеспечивает секретность сообщения. Считается что человеком, написавшим первый научный труд о криптографии, считается Эней Тактик, завершивший свой земной путь задолго до Рождества Христова. Эней Тактик — один из самых ранних греческих авторов, писавший об искусстве войны. Он был политическим деятелем и полководцем Аркадийского союза. Происходил из Стимфала год жизни датируется. IV веком до н. э. Этот великий тактик и полководец изобрел несколько способов шифрования в числе которых диск Энея, линейка Энея и книжный шифр. Рассмотрим эти шифры немного подробнее:

1. Диск Энея - это диск, имеющий диаметр 10—15 сантиметров. В диске есть отверстия, количество которых совпадает с числом букв алфавита. Для того, чтобы записать сообщение, нужно было протянуть нитку через соответствующие буквам исходного сообщения отверстия в диске. При прочтении сообщения, получатель вытягивал нитку, получая нужные буквы, но в обратном порядке. Недостатком этого шифра является то, что недоброжелатель может прочитать сообщение, если перехватит диск. В связи с этим создатель имел способ мгновенного уничтожения сообщения — это достигалось за счет вырывания нити из катушки в центре диска.

2. Линейка Энея является линейкой, в которой сделаны отверстия, количество которых равняется количеству букв алфавита. Также в этом приборе для шифрования имеется катушка и прорезь. Для того, чтобы зашифровать сообщение необходимо протянуть нить через прорезь и отверстие, каждая буква сообщения шифруется узелком на нитке. Чтобы дешифровать сообщение, нужно иметь собственно нить с зашифрованным сообщением и линейку, в которой отверстия располагаются аналогично. Благодаря этому, даже если недоброжелатель и будет знать алгоритм шифрования, но при этом у него не будет ключа или линейки, то прочитать исходное сообщение невозможно. За это качество линейку Энея можно назвать первым по-настоящему криптографическим инструментом, который реализует шифр замены.

3. Книжный шифр – является одной из техник тайнописи. Эней описал ее в своём сочинении «О перенесении осады». Энеем была выдвинута идея делать почти незаметные дырки около букв в книгах или других документах. Подобным этому шифром во времена Первой мировой войны пользовались немецкие.

Эней Тактик был не единственным, кто желал зашифровать свои важные данные, также предпринимались попытки шифровать данные в Индии и Месопотамии. Для этого ими применялись простейшие шифры (похожие на египетский и Древне Китайский). Древне Китайский шифр, в свою очередь, и можно назвать действительно надежной системой защиты, с помощью которой можно было зашифровать данные. В этом шифре использовались элементы китайского алфавита, которые символизировали определенную мысль, которая в свою очередь шифровала истинный смысл сообщения. Писцы Древнего Египта для сокрытия истинного значения сообщения использовали изощренные способы письма, они привлекали внимание к себе и в тоже время отвлекали от смысла текста.

В подавляющем большинстве случаев шифрование информации применяется в военных целях. В военных кругах особо известен шифр «Скитала», его применяли военачальники Спарты в войне против Афин (время использования датируется V веком до н. э.). Шифр «Скитала» - это прибор, который необходим для использования перестановочного способа шифрования. Этот прибор состоит из цилиндра и узкой полоски пергамента. Пергамент обматывается вокруг цилиндра по спиральной траектории, на которой записывалось сообщение.

Довольно известным методом шифрования является квадрат Полибия. Этот шифр был создан во II веке до н. э. в Древней Греции. Этот шифр заключался в следующем: буквы алфавита записывались в квадрат 5 на 5, столбцы и строки которого нумеровались числами от 1 до 5, в каждую клетку квадрата записывалась буква (если пользоваться греческим алфавитом, то одна ячейка квадрата будет пустой т.к. в количество букв греческого алфавита – 24), после записи в квадрат, с помощью оптического телеграфа передавались номера строки и столбца, которые соответствовали символу исходного сообщения (на каждую букву сообщения нужно было два сигнала, а именно: число факелов - это разрядность буквы по горизонтали и вертикали.

Еще более знаменитым и часто используемым в современное время, можно по праву назвать шифр Цезаря. Шифр Цезаря представляет собой шифр подстановки, в котором каждая буква исходного сообщения заменяется на букву, находящуюся на некотором, постоянном для всего сообщения, удалении (т.е. смещение на определенное число букв) позиций левее или правее исходной буквы в алфавите. Пример: При сдвиге вправо на 3 (именно таким сдвигом пользовался Цезарь) A станет D, B-E и так далее.

Активное развитие криптография получила в средние века. Это связано с тем, что шифрование активно использовалось большим количеством дипломатов и купцов. Наиболее известным шифром этого времени считается кодекс Copiale. Кодекс Copiale представляет собой красиво оформленную 105-страничную рукопись в зеленом переплете с золотым глазетом и содержащую водяные знаки. Кодекс Copiale является шифром, который не был расшифрован до сих пор.

Рукопись кодекса была записана непонятными символами, диакритическими знаками и буквами греческого и латинского алфавитов. Единственными надписями, которые могли быть прочитаны, были «Copiales 3» в конце рукописи и «Philipp 1866» на форзаце. По первой из надписей рукопись и получила своё название. «Филипп» — предположительно имя её владельца

Если в эпоху Средних веков криптография активно развивалась, то эпоху Возрождения можно назвать ее золотым веком. Методы шифрования эпохи возрождения внесли огромный вклад в криптографическую науку. В это время был открыт новый класс шифров, получивший название шифр многоалфавитной замены. Этот новый шифр обеспечивал очень высокую стойкость шифра, а также представлял собой большую область для дальнейшего развития и улучшения. В эпоху Возрождения особый упор был собственно на шифры, а не на устройства для шифрования. Некоторые из созданных шифров были настолько устойчивыми, что расшифровать их смогли только через несколько веков. Многие шифры, созданные именно в эпоху Возрождения, в будущем стали основой абсолютно новых методов шифрования. Вот некоторые наиболее известные из них:

1. Шифровальный диск Леона Альберти – представитель шифров многоалфавитной замены. Для шифрования используются не один алфавит, как в обычной замене, а несколько. Собственно шифрование заключался в нахождении буквы исходного сообщения на внешнем диске и замене её на букву с внутреннего диска, стоящую под ней. После этого внутренний диск сдвигался на одну позицию и шифрование второй буквы производилось уже по абсолютно новому алфавиту. Ключом для этого шифра будет порядок расположения букв на внутреннем диске и  начальное положение внутреннего диска относительно внешнего диска.

2. Шифр Тритемия – способ шифрования, использующий алфавитную таблицу  для многоалфавитного шифрования наиболее простым способом, а именно: первая буква исходного сообщения шифруется с помощью первого алфавита, вторая — вторым и т. д. В этой таблице не было отдельного алфавита для исходного сообщения, специально для этого нужен был алфавит первой строки. Этот шифр очень сложно дешифровать из-за того, что с каждой буквой задействуется новый алфавит т.е. посимвольное шифрование намного сложнее, чем шифр Альберти. Шифр Тритемия – первый в своем роде нетривиальный пример периодического шифра. Периодический шифр есть многоалфавитный шифр, правило шифрования которого состоит в использовании периодически повторяющейся последовательности простых замен.

3. Номенклатор - это шифр, который был создан одним средневековым чиновником. Он представляет собой маленькую книгу с большими омофоническими таблицами замены. Изначально шифр ограничивался именами важных людей того времени. Чуть позже этот шифр был дополнен наиболее распространенными словами и географическими названиями. На основе номенклатора впоследствии был составлен Великий Шифр Россиньоля, которым пользовался сам король Франции Людовик XIV Номенклаторы в свое время являлись стандартными для всей дипломатической корреспонденции, тайных сообщений и помимо этого были главным средством антиполитической конспирации с начала XV до конца XVIII. Но правительственные криптографические аналитики к середине XVI научились дешифровывать номенклаторы. Обычным выходом из этой ситуации было увеличение объёмов таблиц. К закату эпохи номенклаторов некоторые из них имели до 50 000 символов.

Человеком, внесший большой вклад в криптографию эпохи возрождения внес Фрэнсис Бэкон, описавший семь методов скрытого текста. Его шифр базируется на двоичном кодировании алфавита символами «A» и «B», которым можно сопоставить «0» и «1». Затем секретное послание «прячется» в открытом тексте, с помощью одного из способов сокрытия сообщений.

Данные шифры используются и в наше время, криптографические шифры особенно актуальны в наш век- век высоких технологий, когда передача информации происходит через интернет. Люди и организации стали заботиться еще больше о безопасности своих личных данных вследствие чего рост развития криптографии наращивает обороты.
Необычайно быстрое развитие криптографических шифров пришлось на годы Первой и Второй мировых войн. Оно и понятно, ведь очень важно скрывать стратегически важную информацию от врагов. В наше время это также актуально, всвязи с неспокойной обстановкой в мире, взять к примеру ситуацию с террористической организацией ИГИЛ, с которой борется мировое сообщество, в том числе и Россия. Для обеспечения наиболее эффективных мер противодействия очень важен факт внезапности, то есть неожиданные атаки гораздо эффективнее для дезориентирования противников, нежели те, которые ему заранее известны.
Помимо военных действий защищать свою важную, конфеденциальную информацию необходимо и на мировой политической арене. Особенно, если учитывать геополитические отношения в мире, еоторые в последние годы весьма накалились между некоторыми субъектами. Взять к примеру произошедшую в 2015 году череду хакерских атак на США, совершенные хакерами некоего государства. Официальных заявлений о происхождении этих хакеров не поступало, однако нападениям подвергались стратегически важные даные: личные данные важных людей, промышленные секреты и планы разработки оружия из правительственных и частных компьютеров. Возвращаясь к написанному выше, учитывая ситуацию с ИГИЛ, если будут известны новейшие виды оружия, то это можети привести к увеличению затронутых в военном конфликте лиц, увеличению жерт и т.д. Ко всему прочему - это ослабит государство, поэтому необходимо хранить подобную информацию в секрете и максимально защищать ее. Криптографические шифры - один из эшелонов эффективной защиты этой информации.

Библиографический список:

1. Брокгауза Ф.А. и Ефрона И.А. Энциклопедический словарь. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон, 1890—1907.
2. В. Нечаев. Элементы криптографии (Основы теории защиты информации). М.: "Высшая школа", 1999.
3. Криптография в Древнем мире [электронный ресурс] // Электронная статья. URL: http://kryptography.narod.ru/drevny_mir.html
4. Ященко В.В. (ред.) - Введение в криптографию [электронный ресурс]: подгот. по 3-му печ. изд. 2001г.СПб.: Питер, уникальный идентификатор d63395c8-a780-11dc-945c-d34917fee0be




Рецензии:

23.12.2015, 15:00 Клинков Георгий Тодоров
Рецензия: Статья рекомендуется к публикации после уточнение...Основания: 1/Актуальность проблематики по отношению геополитической ситуации в мире... 2/Широкие возможности историографского подхода по отношение етапного анализа возникновения криптографии... 3/Болшие возможности методического приложения криптографии в периодах ведения мировых войн...

26.12.2015 19:19 Ответ на рецензию автора Ермакова Дарья Сергеевна:
Спасибо большое, постараюсь в кратчайшие сроки внести изменения в статью

4.02.2016, 5:42 Эрштейн Леонид Борисович
Рецензия: А я не рекомендую эту статью к публикации. Основания: Это студенческий реферат, а не научная статья. Где здесь мысли автора? Что он лично открыл, прибавил, нашел. Если это историческое исследование, то где ссылки на архивы в которых автор обнаружил новые данные по истории криптографии. Человек взял четыре источника и написал текст, это информативно, но не ново и информативно плохо, ибо коротко. Нельзя публиковать студенческие рефераты в качестве научных статей.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх