Шифрование и дешифрование Печать

Вернуться к оглавлению

Шифрование и дешифрование - система передачи и приема сообщений, где смысл сообщения кодируют и раскрывают с помощью шифра.
encryption

К шифрованию прибегают довольно часто: в военном деле, на дипломатической службе, вообще в тех случаях, когда нужно сохранить в тайне содержание переписки или устного сообщения.

Шифров существует множество. Есть и чисто профессиональные: шифр простой подстановки, дробные, так называемые диаграммные, триграммные, и n-граммные, разнообразные типы кодов.

А шифр, который удалось прочитать Шерлоку Холмсу в рассказе «Пляшущие человечки»? Его заинтересовали странные записки с пляшущими человечками. Знаменитый сыщик сразу понял, что перед ним шифр, и начал искать ключ. Вскоре ключ был найден, и Шерлок Холмс, разгадав значение каждой фигурки-буквы, прочитал странные записки. Мало того, тем же самым шифром он написал письмо преступнику, и преступник попал в руки правосудия.

В любой тайнописи, в любом шифре обычно есть только одно-единственное правильное решение, один-единственный ключ, который и стараются сохранить в секрете.

В принципе любая система шифрования может быть решена простым перебором всех возможных в каждом конкретном случае ключей. Но перебирать придется до тех пор, пока не отыщется тот единственный ключ, который и поможет тайнописи заговорить.

Но это процесс длительный и трудоемкий. Чтобы облегчить кодирование и дешифровку, была создана специальная теория секретных систем. В ней изучают стандартные типы кодов и шифров, а также способы их расшифровки.

Самый простой шифр - подстановка. В нем каждая буква меняется на определенный символ, обычно на какую-то иную букву. Подстановка бывает и более сложной: диаграммной, трехграммной, многограммной когда вместо одной буквы используют сочетания из двух, трех и более букв.

Иногда при кодировании сообщение делится на группы букв или других символов определенной, фиксированной, длины. И для каждой такой группы применяется одна и та же перестановка.

Сообщения кодируют и перемешанным алфавитом с последующей многократной подстановкой. Работают и с шифром простой подстановки, но производимой с помощью перемешанного алфавита из 25 букв, записанных в виде квадрата - 5 рядов по 5 букв в каждом.

В матричной системе, которую часто применяют в шифровании, буквы нумеруют от 0 до 25 и рассматривают их как элементы своеобразного алгебраического кольца.

Каждому шифру и коду соответствует особый ключ. Так, в матричной системе ключом является определенная матрица. Для некоторых шифров ключ выбирается случайно и независимо среди чисел 0, 1, …, 25.

Бывают шифры, где ключом служит текст, имеющий смысл. Такой шифр называют шифром «бегущего ключа». Бывают шифры с автоключом, т. е. ключом, заложенным в самом шифре. В общем, сколько шифров, столько и способов дешифровки.

Теория секретных систем детально изучает коды и шифры. С ее помощью измеряют количество секретности и объем ключей. Кроме того, эта теория анализирует сложности шифрования и дешифровки, разрастания числа ошибок в сообщении, если, например, допущена ошибка хотя бы в одной букве, увеличение объема секретной информации при шифровании и многие другие вопросы. Среди них очень серьезный - оценка надежности секретной системы и возможность создания идеальных секретных систем.

Американский ученый Клод Шеннон задался целью найти ключ к шифровке, где могут быть только 26 возможностей перебора ключа. Только 26 - очень мало. Эти 26 вариантов ключей, из которых только один единственный верный, надо использовать при помощи простой подстановки, заменяя каждую из 26 букв английского алфавита другой буквой того же алфавита. Ученый получил довольно внушительное число - 1012. Триллион! Сколько же лет придется искать ключ к шифру?

Очень и очень долго. И при условии, чрезвычайно льготном для воображаемого противника: когда Клод Шеннон предполагал, что противник сконструировал электронное устройство для испытаний ключей, работающее со скоростью один ключ в одну микросекунду, а верный ключ противник выберет примерно после половины всех возможных испытаний.

Вот наглядное доказательство, какой гигантский разрыв существует между решением проблемы дешифровки с помощью перебора ключей и ее практическим использованием.

Схема общей секретной системы. В шифровании, в криптографии давно применяют многие методы математики.

Тот же американский кибернетик Клод Шеннон попытался разработать схему общей секретной системы. Каким бы шифром ни пользовались, какую бы систему шифрования ни при меняли, принципиально система выглядит совершенно одинаково.

Всегда есть два конца в системе: передающий и принимающий. На передающем конце всегда два источника информации: первый - источник сообщения (то, что надо передать). Второй - источник ключей (тот, кто говорит, в каком ключе надо вести шифрование, выбирая один конкретный ключ из всех ключей данной системы). Этими двумя источниками пользуется шифровальщик, переводящий сообщение в криптограмму-тайнопись.

Готовая криптограмма передается по каналу связи. Каналы связи могут быть самые разные: и посыльные, и телефон, и Интернет, и радио ... На приемном конце другой шифровальщик с помощью ключа восстанавливает по криптограмме сообщение, расшифровывает его. Вот один из многочисленных примеров, взятых из этой области.

Сколько же ключей приходится перебирать ученым-дешифровальщикам забытых письменностей и языков! Сколько труда и терпения, а подчас и отчаяния вложено в их титаническую работу! Известно, что знаменитый Раулинсон, прочитавший глиняные таблицы вавилонян, писал в 1850 году: «Я должен чистосердечно признаться, что, когда, установив каждый вавилонский знак и каждое вавилонское слово, для которого я мог найти опору в трехъязычных надписях, я пытался применить приобретенные сведения для интерпретации ассирийских надписей, я неоднократно испытывал искушение раз и навсегда прекратить свои изыскания, ибо совершенно отчаивался достигнуть когда-либо хоть сколько-нибудь удовлетворительного результата».

И не день, не год - годы понадобились немецкому филологу Г. Ф. Гротефенду, положившему начало расшифровке клинописи, чтобы стала понятной вавилонская надпись Ксеркса: «Ксеркс, царь великий, царь царей, Дария царя сын, Ахеменид».

Применить для дешифровки древних рукописей вычислительные машины помог статистический метод. Суть его состоит в том, что ученые должны точно знать, какие знаки встречаются в непрочитанных рукописях и закономерности появления разных знаков.

Придет время, и ученые-дешифровальщики с помощью математической системы тайнописи и вычислительных устройств заставят заговорить не одну пока еще «немую» древнюю запись. И эти «мертвые», «забытые» письменности расскажут людям о народах давно прошедших веков, об их быте, культуре, жизни.

Например, вычислительной машине поручили разобраться в неразгаданных текстах XI-XII веков, найденных на территории современной Монголии,- киданьских письменах. Работы, проводившиеся ранее, предположительно относили киданьскую письменность к тюркским или тунгусо-монгольским языкам. Машина, проглотив обширные тексты и изучив языковые закономерности, подтвердила, что язык некогда могущественного государства киданей близок к монгольскому.

Проблема дешифровки древних письменностей важна не только сама по себе - как дешифровка исторических систем письма. Специалисты рассматривают эту частную задачу в общей проблеме, названной ими проблемой формального исследования языка.

К проблеме шифрования примыкают исследования по расшифровке кодов, которые выдвигает изучение и практическое применение различного рода самоорганизующихся систем. Мы уже знаем, как важны для них информационные связи и преобразования. Преобразования же осуществляются в кодовой форме. Причем код - и носитель информации, и организатор управления.

Решить некоторые задачи шифрования важно и для функционирования компьютеров. Например, методы шифрованной защиты программ и операционных систем компьютера позволяют сохранять секретность данных при передаче их по каналам связи, закрывают доступ к способам расшифровки того, что делает машина, какую задачу она решает. Созданы и специальные программы - одни для дешифровки, другие для борьбы с дешифровкой.