Леон Баттиста Альберти

КРИПТОГРАФИЯ
Азы шифрования
и
история развития
Содержание
• Ведение
• Механизмы простейших шифров
– замена
– перестановка
– дробление
• Учёные
–
–
–
–
–
–
–
–
Леон Баттиста Альберти
Джироламо Кардано
Томас Джефферсон
Алан Тьюринг
Клод Шеннон
Мартин Хеллман
Владимир Александрович Котельников
Иван Яковлевич Верченко
• Программы на языке Delphi
Введение
КРИПТОГРАФИЯ, или криптология, наука и искусство
передачи сообщений в таком виде, чтобы их нельзя
было прочитать без специального секретного ключа.
Слово «криптограф» происходит от древнегреческих
слов kryptos 'секрет' и graphos 'писание'. Исходное
сообщение называется в криптографии открытым
текстом, или клером. Засекреченное (зашифрованное)
сообщение
называется
шифротекстом,
или
шифрограммой, или криптограммой.
Процедура шифрования обычно включает в себя
использование определенного алгоритма и ключа.
Алгоритм – это определенный способ засекречивания
сообщения, например компьютерная программа или
список инструкций. Ключ же конкретизирует процедуру
засекречивания.
Механизмы простейших
шифров
ЗАМЕНА
ПРЕСТАНОВКА
ДРОБЛЕНИЕ
ЗАМЕНА
Один из способов шифрования – простая
замена, при которой каждая буква открытого
текста заменяется на какую-то букву алфавита
(возможно, на ту же самую). Для этого
отправитель сообщения должен знать, на
какую букву в шифротексте следует заменить
каждую букву открытого текста. Часто это
делается путем сведения нужных соответствий
букв в виде двух алфавитов. Шифрограмма
получается путем замены каждой буквы
открытого
текста
на
записанную
непосредственно
под
ней
букву
шифровального алфавита.
ПЕРЕСТАНОВКА
методперестановки
перестановкивсеназывается
перестановкой
ВЭтот
шифре
буквы открытого
текста
столбцов,без
но изменений,
можно избрать
и другие «маршруты»
остаются
но переставляются
согласно
перестановки,
например
выписывать
шифротекст
заранее
оговоренному
правилу.
Здесь также
может
следуя по диагонали
направо или
справа
использоваться
ключ, (слева
управляющий
процедурой
налево, или же чередуя
левоеслово
и правоеможет
направления)
шифрования.
Ключевое
быть
или по спирали
и т.п.
Кроме того,
буквы шифротекста
использовано
для
получения
шифровальной
числовой
могут записываться впутем
виде нумерации
различных геометрических
последовательности
букв ключевого
фигур или
любыми другими
из них
слова
(относительно
друг способами.
друга) в Один
порядке
их
состоит в двойном
шифровании
путем повторной
следования
слева направо
в стандартном
алфавите.
перестановки
столбцов.
При этом и в первом,
и во
Далее
под числовой
последовательностью
в строках,
втором по длине
блокахключевому
перестановки
можетоткрытый
быть
равных
слову, записан
использовано
одно
и то же текст
ключевое
слово, хотя
текст.
В процессе
шифрования
выписывается
уже
лучше
использовать
разные
ключевыеопределяемом
слова. Такой
по
отдельным
столбцам
в порядке,
шифр, числовой
называющийся
двойной перестановкой,
данной
последовательностью.
получил широкое распространение в XX в.
ДРОБЛЕНИЕ
Третьим
основным
шифрования
Сначала
шифровальная
Далее всоставляется
процессе алгоритмом
шифрования
подтаблица
каждой
является
Притекста
этом каждой
букве
размером
5x5
(т.н. полибианский
буквой дробление.
открытого
в квадрат),
столбик
открытого
текстаее
сопоставляется
более одного–
куда
построчно
вписывается
записываются
табличные шифровальный
координаты
символа
после
чего ради
символы
номер строки
и, ниже,
номер
столбца,
а затем
алфавит
с шифротекста,
ключевой
фразой,
причем
того,
перемешиваются
(переставляются)
в
получившаяся
цифровая
последовательность
чтобы
общее порядке.
число букв
алфавита
не
определенном
Ниже
приведена
переводится25,сбуква
помощью
той же
таблицы
превышало
J
опускается
(поскольку
система,
демонстрирующая
процедуру
обратно
в
буквенную
форму,
но
на
этот раз
эта
буква,
с
одной
стороны,
дробления
с использованием
она читается
уже в строчку. знаменитого
При таком
малоупотребительна
вавторство
английских
ас
шифра
Bifid,
которого
шифровании
координата
строки итекстах,
координата
приписывается
французскому
криптографу
другой
– вполне
может
быть
буквой
столбца
каждой
буквызаменена
оказываются
Феликсу
Мари Деластеллю.
I,разъединенными,
без какого-либо
урона
для смысла).
что характерно
именно для
раздробляющего шифра.
УЧЁНЫЕ
 Леон Баттиста Альберти
 Джироламо Кардано
 Томас Джефферсон
 Алан Тьюринг
 Клод Шеннон
 Мартин Хеллман
 Владимир Александрович Котельников
 Иван Яковлевич Верченко
Леон Баттиста Альберти
Леон Баттиста Альберти ─ незаконорожденный отпрыск
Вернулся
в Римфлорентийского
после реставрации
папской
власти
в
влиятельного
купеческого
рода
Альберти
сентябре
1443;
с того
времени
главным
объектом
роился14
февраля
1404
года в Генуе.
Образование
его научных
стали архитектура
и
получил
в Падуе винтересов
школе педагога-гуманиста
Гаспарино
математика.
Написал в середине
Баррицы,
где познакомился
с древними1440-х
языками и
Математические
забавы,университете,
в который затронул
математикой,
и в Болонском
где изучал
ряд проблемправо,
физики,
геометрии
и астрономии,
а
каноническое
греческую
литературу
и философию.
в начале
1450-х
свою работу произведений.
Десять книг о
Сочинил
ряд литературных
зодчестве, где обобщил античный и
По окончании
университета
в 1428составил
несколькотрактат
лет провел
современный
опыт. Позже
О во
Франции; побывал
в Нидерландах
и Германии.
В 1432
принципах
состовления
кодов – первый
научный
вернулся
в Италию и получил
должность
абревиатора
труд
по криптографии.
Выступил
как архитектор(секретаря) римской курии.
После восстания в Риме в
практик.
конце мая – начале
июня
1434ввслед
Умер
в Риме
1472.за папой Евгением IV
бежал во Флоренцию .
Джироламо Кардано
Джироламо Кардано родился в Павии 24 сентября 1501. Сын
Фацио Кардано, известного адвоката. В 1526 Джероламо
Кардано
изобрел
шифр,Вернулся
называемый
окончил
Падуанский
университет.
в Милан, читал
лекциирешеткой,
по математике.
в провинции,
в 1539 был
илиПрактиковал
трафаретом,
в котором
принят в Коллегию врачей.
секретное послание оказывалось сокрыто
Книга Кардано «О тонких материях» служила популярным
внутри
болееидлинного
и всовершенно
учебником
по статике
гидростатике
течение всего XVII в.
Кардано
был страстным
любителем азартных
игр. текста.
«Побочным
невинно
выглядевшего
открытого
продуктом» его любви к игре в кости стала книга «Об
Секретное
сообщение
можно
азартных
играх», содержащая
начала
теориибыло
вероятности,
обнаружить,
наложив
на открытый
формулировку
закона
больших чисел,
некоторыетекст
вопросы
комбинаторики.
Труд Кардано
«Великое
искусство» стал
лист
пергаментной
бумаги
с
прорезями
краеугольным камнем современной алгебры.
(трафарет).
Cлова,
появлявшиеся
в где в
В 1562 Кардано
был назначен
профессором
в Болонью,
1570 его
арестовала и
инквизиция.
Остаток
жизни провел в
прорезях,
составляли
секретное
Риме, пытаясь
добиться прощения.
послание.
Умер Кардано в Риме 21 сентября 1576.
Томас Джефферсон
ВТомас
90 годах
Джефферсон
XVIII века родился
Томас Джефферсон
13 апреля 1743
изобрел
годаизвестное
в графстве
шифровальное
Албемарл. Он устройства
происходил– из
«цилиндр
семьи богатого
Джефферсона».
виргинского
Это
землевладельца.
Получив
детстве
разностороннее
устройство состояло
из 25 в- 36
вращаемых
дисков,
образование,
Джефферсон
ужеНа
в юные
годы
приобрел
широкую
закрепленных
на общей оси.
каждый
диск
была нанесена
известность
в своей родной алфавитная
колонии Виргинии.
В 26-летнем
своя
(причем перемешанная)
последовательность.
возрасте
он был избран
При шифровании
текст депутатом
разбивалсяВиргинской
на группы, законодательной
длина которых
ассамблеи. Джефферсон
выступал активным
участником
соответствовала
числу используемых
дисков. Каждая
группа
освободительного
движения колоний,
вылившегося
войну
открытого текста устанавливалась
на цилиндре
в рядв (в
однуза
независимость
США 1775-1783
гг. Ввыбирался
1775 г. Он был
избран
строку), а в качестве
шифротекста
любой
из
депутатом
Континентального
принявшего
остальных
25 рядов.
Дешифровщик конгресса,
совершал ту
же процедуру,
впоследствии
решение
об отделении
североамериканских
но в обратном
порядке:
на цилиндре
поочередно
колоний от Англии.
В 1776-1779
гг. он,шифротекста,
член законодательного
устанавливалась
в ряд
каждая группа
после чего
собрания
Виргинии,
входил в 25
состав
комиссии
пересмотру
просматривались
остальные
рядов
с цельюпо
определить,
законов
штата.
В 1779-1781
гг. он
занимал
постшифра,
губернатора
какой
из них
содержит
открытый
текст.
Этот тип
в свое
Виргинии.
В
1790-1793
гг.─
находился
на
посту
государственного
время являвшийся одной из лучших криптографических систем,
секретаря в первом
правительстве
Джорджа
Вашингтона. В 1796
называется
мультиплексной
системой.
г. он был избран вице-президентом, а затем в 1800 и 1804 гг., Такие
устройстваСША.
применялись
до конца
Второй
президентом
Джефферсон
скончался
на Мировой
89-м годувойны.
жизни 4
июля 1826 г.
Алан Тьюринг
После
Алан Матисон
начала Второй
Тьюринг
мировой
родилсявойны
в Лондоне
Тьюринг
23 июня
полностью
1912.
перешел
Учился на
в Шерборнской
работу в Блечли-Парк.
школе, гдеИспользуя
проявил незурядные
более ранние
польские
способности
к математике
совместно
ипредложил
химии,
с У.Уэлчманом
затем
в Кингзраскрыл
В послевоенные
Тьюринг
продолжал
сотрудничество
После
того
какнаработки,
фонгоды
Нейман
в США
план
созданиясо
колледже
шифры
германских
Кембриджского
создав
университета,
дешифровочную
который
машину
окончил
Школой
шифров
иВВС,
кодов,
а лаборатория
в Манчестере
компьютера
EDVAC,
аналогичные
работы
были
развернуты
в«Бомба»,
1934.
В 1936-1938
а квовлеченной
концу-1939
в Принстонском
самостятельно
университете
взломалядерного
гораздо
в США,
оказалась
в
работы
британского
всложный
Великобритании
в Национальной
физической
более
где его
научным
шифр,
руковдителем
использовавшийся
был
американский
варестован
шифровальных
логик
проекта.
31
марта
1952
Тьюринг
был
по В
лаборатории,
где
Тьюринг
проработал
с
1945
по
1948.
машинах
А.Чёрч
(1903-1995).
«Энигма»,
которыми
После получения
былиТогда
оснащены
докторской
германские
степени
обвинению
в гомосексуализме.
же он был
лишен
мае
1948
г.
М.Ньюмен
предложил
ему
пост
преподавателя
подводные
Тьюрингклодки.
отклонил
После
предложение
первого успеха
Дж.
противостояние
фон Неймана
доступа
секретной
информации
и уволен
из Блечли-с
«Энигмой»
вВСША
иученый
вернулся
еще
внесколько
Кембридж,
лет,
где
но,
получил
начиная с
и остаться
заместителя
директора
вычислительной
лаборатории
Парка.продолжалось
1953
имел
проблемы
со
службой
весны
стипендию
1943г., весь
Кингз-колледжа
информационный
для обмен
занятий
логикой
и ВМС
Манчестерского
университета,
к германских
этому
времени
безопасности,
связанные
с егозанявшего
зарубежными
контактами
и
легко
теорией
расшифровывался
посещая
союзниками,
одновременно
квычислительной
этому
семинары
времени
уже
лидирующие
позиции
в разработке
поездкой
вчисел,
Грецию,
а также
подвергся
травле
в местной
использовавшими
Л.Витгенштейна
электронную
по философии
технику.
математики.
Тьюринг
В занимался
это
прессе.
Все
это стало
причиной
тяжелого
кризиса.
8же
июня
техники
в Великобритании.
В 1951
Тьюринг
был
избран
время
также
началось
разработкой
его
конфиденциальное
шифров
для
переписки
сотрудничество
Черчилля
ис
1954
Тьюринг
был
найден
мертвым
в
своем
доме
в
членом
Лондонского
королевского
общества.
Рузвельта,
правительственной
проведя
период
Школой
с
ноября
кодов
1942
и
шифров
по
мартв 1943
Блечлив США.
Уилмслоу близ Манчестера. Смерть наступила
от
Былотравления
Парке,
удостоен
гдезвания
он
ещекавалера
до войны
Ордена
участвовал
Британской
в работах
империи
по
цианидом
и была
признана
самоубийством.
раскрытию
4-йнемецких
степени. шифров.
Клод Шеннон
Весной
1940 года
он защитил
и получил
звания
Клод Эльвуд
Шеннон
родилсядиссертации
в Петоски, штат
Мичиган,
30
магистра
и доктора
математики; Все
эти―
годы
апреляэлектротехники
1916 года. Его отец
был бизнесменом,
а мать
Шеннон работал в различных
областях, главным образом - в
учителем.
теории16
информации,
началом
которой
послужила
его
статья
Первые
лет
своей
жизни
Клод
провел
в
Гэйлорде,
окончив
"Математическая
теория
связи".
Занятияпри
Шеннона
проблемами
местную
школу
в
1932
году
и
показав
этом
склонность
информации и шума имеликмножество
различных приложений. К
механике.
примеру, в статье "Теория защищенной связи" он связал
В 1932
он поступилсвпроблемой
университет
Мичигана.
В 1936 он стал
криптографию
передачи
информации
по
бакалавром
по (роль
электротехнике
и математике.
зашумленному
каналу
шума в этом
случае играет ключ
криптосистемы).
Эта работа
привела
в дальнейшем
к тому, что
В 1936 он получил
должность
лаборанта
на отделении
Шеннон
был назначен
консультантом правительства
США по
электротехники
в Массачусетском
Технологическом
вопросам
криптографии.
Институте.
Ему были
присуждены
почетные
степени
университетов
Он изучал
символическую
логику
и булеву
алгебру наУэйла
(магистр,
1954), Мичигана
Принстона
(1962),что
Эдинбурга
математических
курсах(1961),
в Мичигане
и понимал,
это
(1964),
Питтсбурга
Оксфорда
(1970), абинарных
также ряда
других, а
именно
то, что(1964),
требуется
для описания
систем.
кроме
того
наград
и медалей. в
Он
развил
эти- множество
идеи в 1937научных
году, будучи
в Нью-Йорке,
Лабораториях
Белла
и затем,
в своей
Клод Шеннон
умер 24
февраля
2001вернувшись,
года в возрасте
84 лет.
дипломной работе в Массачусетсе.
Мартин Хеллман
Мартин Хеллман — американский криптограф,
один из основоположников теории
асимметричных криптосистем.
Получил степень бакалавра в Нью-Йоркском
университете (1966), степень магистра (1967)
и доктора философии (1969) в Стэнфордском
университете.
После работы в Уотсоновском
исследовательском центре IBM и МИТ, в
1971 г. вернулся в Стэнфорд, где преподавал
и занимался исследованиями до 1996 г.
В 1976 г. в соавторстве с Мерклем и Диффи
изобрёл первую асимметричную
криптосистему.
Автор 5 патентов США. Один из активных
сторонников либерализации в сфере
криптографии.
Владимир Александрович Котельников
После
возвращения
в Москву
из эвакуации
вчеткое
1943
году
ВВ1941
году
В.А.Котельников
сформулировал
В.А.Котельников
крупный
организатор
отечественной
науки.
С
1941
году
руководимая
им
лаборатория
была
лаборатория
В.А.Котельникова
перешла
в году
ведомство
После
окончания
аспирантуры
в а1933
положение
о
том,
каким
требованиям
должна
Владимир
Александрович
Котельников
родился
6
1970
по
1975
год
он
был
вице-президентом,
затем
стал
первым
В 1953
году
в
возрасте
45
лет
Котельников
был
избран
эвакуирована
в
Уфу,
где
вошла
в
эвакуированный
НКВД
СССР.
В.А.Котельников,
оставаясь
преподавать
в МЭИ,
удовлетворять
математически
недешифруемая
система
и
сентября
1908
года
в
Казани
в
семье
профессора
вице-президентом
АН
СССР
(1975-1988).
На
протяжении
всего
ранее
из
Ленинграда
Государственный
союзный
сразу
действительным
членом
Академии
наук
СССР.
поступил
накурировал
работу
вСекцию
Центральный
научнодано
доказательство
невозможности
ее
дешифровки.
В 1944
году
В.А.Котельников
перешел
на
работу
в МЭИ,
этого
периода
он
физико-технических
и
Казанского
университета,
выдающегося
русского
промышленно-экспериментальный
институт
№
56
Данная
работа
иСССР.
"теорема
отсчетов"
(теорема
исследовательский
институт
связи
Наркомата
связи
Вматематических
1953
году
В.А.Котельников
становится
заместителем
где
проработал
до
1980
года.
наук
АН
С
1988
года
он
являлся
советником
механика
и
математика
Котельникова
Александра
Министерства
электропромышленности.
Вглавного
указанном
Котельникова)
явились
основополагающими
в
развитии
СССР
на
должность
инженера,
затем
Президиума
РАН.
директора
только
что
учрежденного
Института
Петровича
В
1926
году
поступил
на
Электротехнический
Активно
занимаясь
вопросами
радиосвязи,
институте
В.А.Котельников
руководил
сначала
группой,
отечественной
криптографии.
Созданные
под
инженера.
Позже
стал
заведующим
лабораторией
факультет
МВТУНачатые
имени
Н.Э.Баумана.
радиотехники
и
электроники
АН
СССР,
затем
- егопо
В течение
многих
лет В.А.Котельников
являлся
главным
редактором
В.А.Котельников
внес
существенные
а
затем
лабораторией.
до
Войны
работы
руководством
В.А.Котельникова
недешифруемые
системы
Института
радио
Наркомата
связи
СССР,
выделившегося
журнала
"Радиотехника
и
электроника",
возглавлял
Научный
усовершенствования
в
технику
приема
слабых
директором
(1954-1987)
и
с
1987
года
- почетным
В 1931
году
окончил
Московский
энергетический
институт
созданию
новых
систем
связи,
защищенных
от
связи
с успехом
использовались
в
1942-1945
годах
для
из
ЦНИИСа
(1933-1941).
совет
попо
проблеме
"Радиоастрономия".
На в
сигналов.
этих
исследований
иАкадемии
получил
диплом
инженера-электрика
по
директором.
Снаук
1968
год
В.А.продолжились
Котельников
возможного
прослушивания,
успешно
связи
Москвы
с Результаты
фронтами,
в1990
действующей
армии,были
а также
протяжении
ряда
лет
он
возглавлял
Совет
по
международному
В.А.Котельникову
принадлежит
ряд
серьезных
обобщены
в его
докторской
диссертации,
которую
он
специальности
"радиотехника".
Как
одного
изсвязи
лучших
Уфе.
Производство
разработанной
аппаратуры
было
во
время
принятия
капитуляции
Германии
для
был
также
профессором,
заведующим
кафедрой
сотрудничеству
в области
исследования
и 1953
использования
инженерных
разработок,
выполненных
в предвоенные
защитил
в
1947
году.
С
1947
по
год№В209
выпускников,
его
оставили
в
аспирантуре
МЭИ.
том
советской
делегации
с
Москвой.
За
достигнутые
налажено
в
блокадном
Ленинграде
на
заводе
Московского
физико-технического
института.
космического
пространства
"Интеркосмос".
годы
и в также
период
Великой
Отечественной
войны.
Под его
В.А.Котельников
отдал
много
сил
длябыл
организации
и
результаты
В.А.Котельников
дважды
удостоен
же
году
до
начала
занятий
в аспирантуре
он
несколько
при
непосредственном
участии
руководством
была
уникальная
В 1973
-1980
годах
В.А.Котельников
был
Председателем
Государственной
(Сталинской)
премии
I степени
-иВерховного
в главным
1943 и
развитию
ОКБработал
МЭИ:
был
первым
директором
месяцев
входе
НИИ
Связи
Красной
Армии.
В.А.Котельникова.
Всоздана
этих
работ
ему аппаратура
пришлось
радиосвязи,
установленная
на линии
Москва
Совета
РСФСР.
1946
годах.
конструктором
этой
организации,
которая
решить много
научных,
технических
и сразу
Хабаровск.
включилась
работу
ракетно-космической
Умер
ввМоскве
напо
97-м
году
жизни.
организационных
проблем.
программе СССР.
Иван Яковлевич Верченко
ВойнаЯковлевич
застала его
в Ростовском
университете.
Будучи
в
Иван
Верченко
родился
он 11 сентября
1907
В течение
времени
читал
эвакуации,
ондлительного
перешел
работу вВерченко
качестве инженерагода
в Донбассе
в семьена
рабочего-электрика.
Окончив в
в МГУ,
руководил
кафедрой
конструктора
один
из авиационных
в
1922
году лекции
школу,на
Иван
продолжал
учебу
в заводов,
ФЗУ, получил
математического
анализа
в МГПИ
имени на
составе
которого в 1943
году
вернулся
Москву.
Здесь
квалификацию
лаборанта-химика
ивработал
Потемкина.За
времягде
руководства
4-мнеожиданного
факультетом
он снова встретился
совсвоим
университетским
динамитном
заводе,
результате
ВКШ
И. Я. Верченко
награжден
орденом
наставником,
пригласившим
его в заочную
взрыва
лишился
почти
побыл
локоть
правой
руки. Карьера
Трудового
Красного
знамени,
избран
членомдокторантуру.
Блестящая
защита
докторской
лаборанта-химика
закончилась.
корреспондентом
Российской
Академии
диссертации
в подготовившись,
1946 году привлекла
к Ивану
Яковлевичу
Самостоятельно
в 1929
году он
поступил
образования.
Под
его руководством
был чего
внимание
руководства
Спецслужбы,
вбыли
результате
на мехмат
МГУ, где его
способности
замечены
новый
пятигодичный
учебный
план.
он составлен
оказался вА.
знаменитой
«Марфинской
шарашке».
академиком
Н. Колмогоровым,
под
руководством
Работая там,
онУмер
внес15
существенный
вклад
в дипломную
разработку
ноября
1995сначала
г.
которого
он впоследствии
защитил
принципов
криптографической
защиты телефонной
работу,
а затем
и кандидатскую диссертацию
в области
аппаратуры, однакотеории
в 1953 функций.
году был уволен Лаврентием
Берия.
Программы на языке Delphi
ПРОСТАЯ ЗАМЕНА
ПЕРЕСТАНОВКА
ДРОБЛЕНИЕ
КОНЕЦ
ВЕРНУТЬСЯ
ВЫЙТИ