Nevoja për të kriptuar korrespondencën lindi në botën e lashtë dhe u shfaqën shifra të thjeshta zëvendësuese. Mesazhet e koduara përcaktuan fatin e shumë betejave dhe ndikuan në rrjedhën e historisë. Me kalimin e kohës, njerëzit shpikën metoda gjithnjë e më të avancuara të kriptimit.
Kodi dhe shifra janë, meqë ra fjala, koncepte të ndryshme. E para nënkupton zëvendësimin e çdo fjale në mesazh me një fjalë kodi. E dyta është të kriptoni çdo simbol informacioni duke përdorur një algoritëm specifik.
Pasi matematika filloi të kodonte informacionin dhe u zhvillua teoria e kriptografisë, shkencëtarët zbuluan shumë veti të dobishme të kësaj shkence të aplikuar. Për shembull, algoritmet e deshifrimit kanë ndihmuar në zbulimin e gjuhëve të vdekura si egjiptianishtja e lashtë ose latinishtja.
Steganografi
Steganografia është më e vjetër se kodimi dhe kriptimi. Ky art ka ekzistuar për një kohë shumë të gjatë. Fjalë për fjalë do të thotë "shkrim i fshehur" ose "shkrim shifror". Megjithëse steganografia nuk i plotëson plotësisht përkufizimet e një kodi ose shifrimi, ajo synon të fshehë informacionin nga të huajt.sy.
Steganografia është shifra më e thjeshtë. Shënimet e gëlltitura të mbuluara me dyll janë shembuj tipikë, ose një mesazh në një kokë të rruar që fshihet nën flokët e rritur. Shembulli më i qartë i steganografisë është metoda e përshkruar në shumë libra anglezë (dhe jo vetëm) me detektivë, kur mesazhet transmetohen përmes një gazete, ku shkronjat janë shënuar në mënyrë të padukshme.
Disavantazhi kryesor i steganografisë është se një i huaj i vëmendshëm mund ta vërejë atë. Prandaj, për të parandaluar që mesazhi sekret të lexohet lehtësisht, përdoren metoda të kriptimit dhe kodimit në lidhje me steganografinë.
ROT1 dhe shifra e Cezarit
Emri i këtij shifra është RROTATE 1 shkronjë përpara dhe është i njohur për shumë nxënës. Është një shifër e thjeshtë zëvendësimi. Thelbi i saj qëndron në faktin se çdo shkronjë është e koduar duke u zhvendosur në mënyrë alfabetike me 1 shkronjë përpara. A -> B, B -> C, …, Z -> A. Për shembull, ne kodojmë shprehjen "Nastya jonë qan me zë të lartë" dhe marrim "përgjithshme Obtua dspnlp rmbsheu".
Shifri ROT1 mund të përgjithësohet në një numër arbitrar zhvendosjesh, atëherë quhet ROTN, ku N është numri me të cilin duhet të zhvendoset kriptimi i shkronjave. Në këtë formë, shifra është e njohur që në kohët e lashta dhe quhet "shifror i Cezarit".
Siferi i Cezarit është shumë i thjeshtë dhe i shpejtë, por është një shifër i thjeshtë me një ndryshim dhe për këtë arsye është i lehtë për t'u thyer. Duke pasur një disavantazh të tillë, është i përshtatshëm vetëm për shaka fëminore.
Shifrat e transpozicionit ose të ndërrimit
Këto lloje të shifrave të thjeshta të ndërrimit janë më serioze dhe janë përdorur në mënyrë aktive jo shumë kohë më parë. Gjatë Luftës Civile Amerikane dhe Luftës së Parë Botërore, u përdor për të dërguar mesazhe. Algoritmi i tij konsiston në rirregullimin e shkronjave në vende - shkruani mesazhin në rend të kundërt ose riorganizoni shkronjat në çifte. Për shembull, le të kodojmë shprehjen "Kodi Morse është gjithashtu një shifër" -> "akubza ezrom - hedgehog rfish".
Me një algoritëm të mirë që përcaktonte permutacione arbitrare për çdo karakter ose grup prej tyre, shifra u bë rezistente ndaj plasaritjeve të thjeshta. Por! Vetëm në kohën e duhur. Meqenëse shifra thyhet lehtësisht nga forca e thjeshtë brutale ose përshtatja e fjalorit, sot çdo smartphone mund të përballojë deshifrimin e tij. Prandaj, me ardhjen e kompjuterëve, ky shifër kaloi edhe në kategorinë e fëmijëve.
Kodi Morse
ABC është një mjet shkëmbimi informacioni dhe detyra kryesore e tij është të bëjë mesazhet më të lehta dhe më të kuptueshme për transmetim. Edhe pse kjo është në kundërshtim me atë për të cilën synohet enkriptimi. Sidoqoftë, funksionon si shifrat më të thjeshta. Në sistemin Morse, çdo shkronjë, numër dhe shenjë pikësimi ka kodin e vet, të përbërë nga një grup vijash dhe pikash. Kur dërgoni një mesazh duke përdorur telegrafin, vizat dhe pikat përfaqësojnë sinjale të gjata dhe të shkurtra.
Telegrafi dhe kodi Morse… Morse ishte ai që patentoi i pari shpikjen "e tij" në 1840, megjithëse pajisje të ngjashme ishin shpikur në Rusi dhe Angli para tij. Po kujt i intereson tani… Telegrafi dhe alfabetiKodi Morse pati një ndikim shumë të madh në botë, duke lejuar transmetimin pothuajse të menjëhershëm të mesazheve në distanca kontinentale.
Zëvendësim monoalfabetik
Kodi ROTN dhe Morse i përshkruar më sipër janë shembuj të shkronjave zëvendësuese monoalfabetike. Parashtesa "mono" do të thotë që gjatë kriptimit, çdo shkronjë e mesazhit origjinal zëvendësohet nga një shkronjë ose kod tjetër nga i vetmi alfabet i enkriptimit.
Deshifrimi i shifrave të thjeshta të zëvendësimit nuk është i vështirë, dhe kjo është pengesa e tyre kryesore. Ato zgjidhen me numërim të thjeshtë ose analizë të frekuencës. Për shembull, dihet se shkronjat më të përdorura të gjuhës ruse janë "o", "a", "i". Kështu, mund të supozohet se në tekstin e shifruar shkronjat që ndodhin më shpesh nënkuptojnë ose "o", ose "a", ose "dhe". Bazuar në këto konsiderata, mesazhi mund të deshifrohet edhe pa një kërkim kompjuterik.
Dihet se Maria I, Mbretëresha e Skocezëve nga viti 1561 deri në 1567, përdori një shifër shumë komplekse zëvendësimi monoalfabetik me disa kombinime. Megjithatë, armiqtë e saj ishin në gjendje të deshifronin mesazhet dhe informacioni ishte i mjaftueshëm për ta dënuar mbretëreshën me vdekje.
shifror Gronsfeld, ose zëvendësim polialfabetik
Shifrat e thjeshtë shpallen të padobishëm nga kriptografia. Prandaj, shumë prej tyre janë përmirësuar. Shifra Gronsfeld është një modifikim i shifrës së Cezarit. Kjo metodë është shumë më rezistente ndaj hakerimit dhe qëndron në faktin se çdo karakter i informacionit të koduar është i koduar duke përdorur një nga alfabetet e ndryshme, të cilat përsëriten në mënyrë ciklike. Mund të thuhet se ky është një aplikacion shumëdimensionalshifra më e thjeshtë e zëvendësimit. Në fakt, shifra Gronsfeld është shumë e ngjashme me shifrën Vigenère të diskutuar më poshtë.
algoritmi i enkriptimit ADFGX
Ky është shifra më e famshme e Luftës së Parë Botërore e përdorur nga gjermanët. Shifra mori emrin e saj sepse algoritmi i enkriptimit i çoi të gjitha shifrimet në alternimin e këtyre shkronjave. Zgjedhja e vetë letrave u përcaktua nga komoditeti i tyre kur transmetoheshin përmes linjave telegrafike. Çdo shkronjë në shifër përfaqësohet nga dy. Le të shohim një version më interesant të katrorit ADFGX që përfshin numra dhe quhet ADFGVX.
| A | D | F | G | V | X | |
| A | J | Q | A | 5 | H | D |
| D | 2 | E | R | V | 9 | Z |
| F | 8 | Y | I | N | K | V |
| G | U | P | B | F | 6 | O |
| V | 4 | G | X | S | 3 | T |
| X | W | L | Q | 7 | C | 0 |
Algoritmi katror i ADFGX është si më poshtë:
- Zgjidh n shkronja të rastësishme për kolonat dhe rreshtat.
- Ndërtimi i një matrice N x N.
- Fut alfabetin, numrat, karakteret e shpërndara rastësisht nëpër qeliza në matricë.
Le të bëjmë një katror të ngjashëm për gjuhën ruse. Për shembull, le të krijojmë një katror ABCD:
| A | B | B | G | D | |
| A | E/E | N | b/b | A | I/Y |
| B | W | V/F | G/R | З | D |
| B | Sh/Sh | B | L | X | I |
| G | R | M | O | Ju | P |
| D | F | T | T | S | U |
Kjo matricë duket e çuditshme sepse një rresht qelizash përmban dy shkronja. Kjo është e pranueshme, kuptimi i mesazhit nuk humbet. Mund të restaurohet lehtësisht. Kripto frazën "Shifër kompakt" duke përdorur këtë tabelë:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| Frazë | K | O | M | P | A | K | T | N | S | Y | Ш | & | F | R |
| shifror | bw | gv | gb | ku | ag | bw | db | ab | dg | ferr | wa | ferr | bb | ha |
Kështu, mesazhi përfundimtar i koduar duket kështu: "bvgvgbgdagbvdbabdgvdvaadbbga". Sigurisht, gjermanët kryen një linjë të ngjashme përmes disa shifrave të tjera. Dhe në fund doli shumë e qëndrueshmepër të thyer mesazhin e koduar.
shifror Vigenère
Ky shifër është një rend i madhësisë më rezistent ndaj plasaritjes sesa ato monoalfabetike, megjithëse është një shifër e thjeshtë zëvendësuese e tekstit. Megjithatë, për shkak të algoritmit të fuqishëm, për një kohë të gjatë u konsiderua e pamundur të hakohej. Përmendja e parë e tij daton në shekullin e 16-të. Vigenère (një diplomat francez) është vlerësuar gabimisht si shpikësi i tij. Për të kuptuar më mirë se çfarë është në rrezik, merrni parasysh tabelën Vigenère (katrori Vigenère, tabula recta) për gjuhën ruse.
Le të fillojmë të kodojmë frazën "Kasperovich qesh". Por që enkriptimi të ketë sukses, nevojitet një fjalë kyçe - le të jetë "fjalëkalimi". Tani le të fillojmë enkriptimin. Për ta bërë këtë, ne e shkruajmë çelësin aq herë sa numri i shkronjave prej tij korrespondon me numrin e shkronjave në frazën e koduar, duke përsëritur çelësin ose duke prerë:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| Fraza: | K | A | С | P | E | R | O | B | & | W | С | M | E | E | T | С | I |
| Çelësi | P | A | R | O | L | b | P | A | R | O | L | b | P | A | R | O | L |
Tani, duke përdorur tabelën Vigenère, si në planin koordinativ, ne po kërkojmë një qelizë që është kryqëzimi i çifteve të shkronjave dhe marrim: K + P=b, A + A=B, C + P=C, etj.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| shifror: | b | B | B | Ju | С | N | Ju | G | Sch | F | E | Y | X | F | G | A | L |
Ne e kuptojmë se "Kasperovich laughs"="bvusnyugschzh eykhzhgal".
Të thyesh shifrën Vigenère është kaq e vështirë sepse analiza e frekuencës duhet të dijë gjatësinë e fjalës kyçe për të funksionuar. Pra, hakimi është të hedhësh në mënyrë të rastësishme gjatësinë e fjalës kyçe dhe të përpiqesh të thyesh mesazhin sekret.
Duhet përmendur gjithashtu se përveç një çelësi krejtësisht të rastësishëm, mund të përdoret një tabelë krejtësisht e ndryshme Vigenère. Në këtë rast, sheshi Vigenère përbëhet nga një alfabet rus i shkruar rresht pas rreshti me një zhvendosje prej një. E cila na referon te shifra ROT1. Dhe ashtu si në shifrën e Cezarit, kompensimi mund të jetë çdo gjë. Për më tepër, rendi i shkronjave nuk duhet të jetë alfabetik. Në këtë rast, vetë tabela mund të jetë çelësi, pa e ditur se cila do të jetë e pamundur të lexohet mesazhi, madje edhe duke ditur çelësin.
Kodet
Kodet reale përbëhen nga ndeshje për secilënfjalët e një kodi të veçantë. Për të punuar me ta, nevojiten të ashtuquajturat libra kodesh. Në fakt, ky është i njëjti fjalor, që përmban vetëm përkthime fjalësh në kode. Një shembull tipik dhe i thjeshtuar i kodeve është tabela ASCII - një shifër ndërkombëtare e karaktereve të thjeshta.
Përparësia kryesore e kodeve është se ato janë shumë të vështira për t'u deshifruar. Analiza e frekuencës pothuajse nuk funksionon kur ato hakerohen. Dobësia e kodeve janë, në fakt, vetë librat. Së pari, përgatitja e tyre është një proces kompleks dhe i kushtueshëm. Së dyti, për armiqtë ata kthehen në një objekt të dëshiruar dhe përgjimi qoftë edhe i një pjese të librit të detyron të ndryshosh plotësisht të gjitha kodet.
Në shekullin e 20-të, shumë shtete përdorën kode për të transferuar të dhëna sekrete, duke ndryshuar librin e kodeve pas një periudhe të caktuar. Dhe ata gjithashtu gjuanin në mënyrë aktive për librat e fqinjëve dhe kundërshtarëve.
Enigma
Të gjithë e dinë se Enigma ishte makina kryesore e shifrimit të nazistëve gjatë Luftës së Dytë Botërore. Struktura e Enigma përfshin një kombinim të qarqeve elektrike dhe mekanike. Se si do të dalë shifra varet nga konfigurimi fillestar i Enigma. Në të njëjtën kohë, Enigma ndryshon automatikisht konfigurimin e saj gjatë funksionimit, duke enkriptuar një mesazh në disa mënyra gjatë gjithë gjatësisë së tij.
Në ndryshim nga shifrat më të thjeshta, "Enigma" dha triliona kombinime të mundshme, të cilat e bënë thuajse të pamundur thyerjen e informacionit të koduar. Nga ana tjetër, nazistët kishin një kombinim të caktuar të përgatitur për çdo ditë, të cilën atapërdoret në një ditë të caktuar për të dërguar mesazhe. Prandaj, edhe nëse Enigma binte në duart e armikut, ajo nuk bëri asgjë për të deshifruar mesazhet pa futur konfigurimin e duhur çdo ditë.
Hack "Enigma" u provua në mënyrë aktive gjatë gjithë fushatës ushtarake të Hitlerit. Në Angli, në vitin 1936, për këtë u ndërtua një nga pajisjet e para kompjuterike (makina Turing), e cila u bë prototipi i kompjuterëve në të ardhmen. Detyra e tij ishte të simulonte funksionimin e disa dhjetëra enigmave njëkohësisht dhe të transmetonte mesazhe të përgjuara naziste përmes tyre. Por edhe makina Turing ishte vetëm herë pas here në gjendje të thyente mesazhin.
Kriptimi i çelësit publik
Algoritmet më të njohura të kriptimit, i cili përdoret kudo në teknologji dhe sisteme kompjuterike. Thelbi i tij qëndron, si rregull, në praninë e dy çelësave, njëri prej të cilëve transmetohet publikisht, dhe i dyti është sekret (privat). Çelësi publik përdoret për të enkriptuar mesazhin dhe çelësi privat përdoret për ta deshifruar atë.
Çelësi publik është më shpesh një numër shumë i madh që ka vetëm dy pjesëtues, pa llogaritur njërin dhe vetë numrin. Së bashku, këta dy pjesëtues formojnë një çelës sekret.
Le të shqyrtojmë një shembull të thjeshtë. Le të jetë çelësi publik 905. Pjesëtuesit e tij janë numrat 1, 5, 181 dhe 905. Atëherë çelësi sekret do të jetë, për shembull, numri 5181. A thua shumë e lehtë? Po sikur në rolNumri publik do të jetë një numër me 60 shifra? Matematikisht e vështirë për të llogaritur pjesëtuesit e një numri të madh.
Për një shembull më të gjallë, imagjinoni se po tërhiqni para nga një ATM. Gjatë leximit të kartës, të dhënat personale kodohen me një çelës të caktuar publik, dhe nga ana e bankës, informacioni deshifrohet me një çelës sekret. Dhe ky çelës publik mund të ndryshohet për çdo operacion. Dhe nuk ka mënyra për të gjetur shpejt pjesëtuesit kryesorë kur e kapni atë.
Qëndrueshmëria e shkronjave
Fuqia kriptografike e një algoritmi kriptimi është aftësia për t'i rezistuar hakerimit. Ky parametër është më i rëndësishmi për çdo kriptim. Natyrisht, shifra e thjeshtë e zëvendësimit, e cila mund të deshifrohet nga çdo pajisje elektronike, është një nga më të paqëndrueshmet.
Sot, nuk ka standarde uniforme me të cilat do të ishte e mundur të vlerësohej fuqia e shifrës. Ky është një proces i mundimshëm dhe i gjatë. Megjithatë, ka një sërë komisionesh që kanë prodhuar standarde në këtë fushë. Për shembull, kërkesat minimale për standardin e avancuar të enkriptimit ose algoritmin e enkriptimit AES të zhvilluar nga NIST USA.
Për referencë: shifra Vernam njihet si shifra më rezistente ndaj thyerjes. Në të njëjtën kohë, avantazhi i tij është se, sipas algoritmit të tij, është shifra më e thjeshtë.
