Шифры из прошлого: тайнопись и загадки докомпьютерной эпохи

Теоретически можно разгадать любой шифр. Для успешной расшифровки необходимо научиться пользоваться логикой — простейшие примеры логических выводов могут выглядеть так. Если текст засекречен с помощью подстановочного шифра, а первые шесть букв послания стоят перед восклицательным знаком, логично предположить, что это обращение "Привет!". Если в тексте есть слово из двух букв, то почти наверняка это предлог. И так далее. Конечно, это логика простейшего примера. При более сложных вариантах шифрования важна собственная интуиция, чтобы с помощью шестого чувства догадаться, какой же метод был применен. Проблема в том, что алгоритмов шифрования существует бесчисленное множество, к тому же могут применяться комбинации подходов, что значительно усложняет задачу.

Современные компьютерные системы многократно усложнили расшифровку данных. Часто разработчики какого-нибудь известного проекта, чтобы закрыть все дыры в собственном программном обеспечении, предлагают всем желающим попробовать свои силы в дешифровке. Так, например, в 2013 году основатель «ВКонтакте» Павел Дуров предложил всем желающим принять участие в расшифровке его переписки с братом Николаем в новом мессенджере Telegram.

В качестве вознаграждения победителю сулился приличный приз — 200 тысяч долларов. Спустя год никто так и не выполнил эту задачу (по крайней мере так говорится в официальном блоге проекта), а конкурс продолжили, увеличив награду до 300 тысяч за взлом протокола. Любопытной была реакция некоторых членов сообщества, которые сожалели о такой строгой формулировке задания и предлагали взломать сам сервер.

Безусловно, работа такого уровня стоит больших денег. Но не стоит думать, что в современных условиях дешифрованием могут заниматься только программисты и хакеры. К счастью, прошлый век оставил нам уйму загадок и полезной пищи для того, чтобы размять "серые клеточки". В этом материале мы собрали самые интересные методы шифрования докомпьютерной эпохи, а также неразгаданные послания от наших предков.

Появление письменности стало одним из переломных моментов в истории человечества, дало мощный импульс к развитию знаний в самых разных областях. Но как только человек понял, что может передавать свои мысли в виде графических символов, он тут же начал искать способы делать это тайно, чтобы лишь избранные могли прочесть написанное. Родились первые алгоритмы шифрования, а вместе с ними стали появляться и диковинные приспособления, которые служили ключом к пониманию зашифрованного текста.

⇡#Скитала: древнегреческая палочка-шифровалочка

В Древней Спарте использовали вот такую вот палицу, которая называется скитала (если верить сотрудникам музея Сен-Сир, где выставлена такая штука, она сделана приблизительно в пятом веке до нашей эры).

На этот посох наматывалась по спирали полоска пергамента с зашифрованным посланием. Смысл такого “гаджета” был в том, что прочитать эту полоску мог лишь обладатель скиталы аналогичного размера. При правильном размере витка буквы послания совпадали, и получался связный текст. Устройство было очень простым и практичным, хотя особо надежным его назвать никак нельзя.

Согласно легенде, этот “шифр” сумел разгадать еще Аристотель, а в 1841 году в июльском журнале Graham's Magazine его редактор Эдгар Аллан По опубликовал статью «Несколько слов о тайнописи» (A FEW WORDS ON SECRET WRITING), в которой рассказал про скиталу и поведал об остроумном методе дешифровки скиталы любого диаметра.

По словам родоначальника детективного жанра, для “взлома” скиталы нужно взять, скажем, шестифутовый конус и намотать на него ленту с текстом, а затем перемещать вдоль длины конуса, пока текст не станет читаемым. Страсть Эдгара По к различным головоломкам и шифрам нашла свое отражение не только в его бессмертных произведениях. Будучи редактором журнала, он вел активное общение с читателями, призывая присылать ему ребусы и зашифрованные послания, которые он старался разгадывать совместно с подписчиками издания, совершенствуя тем самым свои навыки в криптологии.

⇡#Линейка Сен-Сира: шифруем на коленках

На следующей фотографии вы можете наблюдать вещь, которая имеет определенное сходство с логарифмической линейкой (простое механическое устройство для математических расчетов).

Эта вещь и есть линейка, только шифровальная. Её название — “Линейка Сен-Сира” — произошло от названия военного училища, которое в свое время организовал Наполеон Бонапарт.

Это высшее учебное заведение выпустило немало известных личностей — маршалов и военачальников. Военному искусству здесь обучался сам Шарль де Голль, а некоторое время в ней учился и Жорж Шарль Дантес, кавалергард, чья пуля на дуэли оборвала жизнь известного поэта Александра Сергеевича Пушкина.

В военной академии Сен-Сир придумали простое и оригинальное устройство, состоящее из двух частей — алфавитной линейки и подвижного бегунка с написанным алфавитом и прорезью. Принцип шифрования этой линейкой был очень простым и основывался на замещении букв алфавита. Но, в отличие от шифра Цезаря, где общий сдвиг букв при письме был одним и тем же (например, вместо А — Б, вместо В — Г и так далее), в линейке Сен-Сира был реализован шифр замещения с переменным сдвигом, так называемый шифр Блеза де Виженера, французского дипломата, жившего в шестнадцатом столетии.

Блез де Виженер

Обычное замещение текста — слишком слабый способ шифрования, который очень просто разгадывается с помощью банальной логики и статистики употребления тех или иных букв в языке. Помните, как лихо расшифровал подобный шифр сыщик Шерлок Холмс в рассказе “Пляшущие человечки” Артура Конан Дойля? Аналогично можно было бы расшифровать шифр Цезаря. Но с шифром Виженера у великого сыщика не вышло бы так просто разгадать загадку, ведь одна и та же буква в кодируемом сообщении могла иметь разные подстановки.

Джованни Батиста Беллазо

Интересно, что человек, давший имя этому шифру, никакого отношения к нему не имел. На самом деле его автором был итальянский математик Джованни Батиста Беллазо. Его труды и изучил Блез де Виженер во время своей двухлетней дипломатической миссии в Риме. Вникнув в простой, но эффективный принцип шифрования, дипломат сумел преподнести эту идею, показав ее комиссии Генриха III во Франции.

Суть нового принципа шифрования заключалась в том, что величина сдвига для замещения букв была переменной и определялась ключевым словом или фразой. Долгое время этот метод считался неуязвимым для разгадывания, и даже авторитеты в области математики признавали его надежность. Так, легендарный автор приключений “Алисы в зазеркалье” и “Алисы в стране чудес”, писатель-математик Льюис Кэрролл в своей статье «Алфавитный шифр» прямо и категорично называет шифр Виженера “невзламываемым”. Эта статья вышла в детском журнале в 1868 году, но даже спустя полвека после статьи Чарльза Латуиджа Доджсона (это настоящее имя автора сказок про Алису) научно-популярный американский журнал Scientific American продолжал утверждать, что шифр Виженера невозможно взломать.

Для расшифровки шифра Виженера использовалась специальная таблица, которая называлась tabula recta.

Линейка Сен-Сира — это своего рода механическая таблица Виженера. Пользоваться линейкой Сен-Сира несложно. Предположим, вы хотите закодировать текст MORTALENEMY ключевым словом POST. Многократно пишем это ключевое слово, чтобы получившееся выражение было по длине таким же, как шифруемый текст. Получается так:

MORTALENEMY

POSTPOSTPOS

На линейке подбираем положение бегунка, чтобы начало алфавита совпадало с буквой P и смотрим, какая буква соответствует первой букве шифруемого текста М. Это — буква B. Аналогичным образом букве O соответствует буква С, R меняется на J и так далее. В результате мы получаем зашифрованное слово: BCJMPZWGTAQ.

Проверить свое понимание принципов работы с шифром Виженера можно с помощью онлайнового сервиса — шифратора, кодировщика и декодировщика данного метода.

Помимо скиталы, на основе таблицы Виженера (tabula recta) было создано множество карманных "склерозников" разных форм, которые упрощали тайнопись. Наряду с линейкой Сен-Сира, большой популярностью пользовались шифровальные круги, идею которых подсказал в своих трудах Леон Баттиста Альберти — итальянский учёный середины XV столетия.

Леон Баттиста Альберти

Во время войны Севера и Юга в США (1861–1865 годов) диск Альберти (иногда можно встретить название “колеса Альберти”) — кружок диаметром девять с половиной сантиметров — лежал в кармане у разведчиков и связистов. Шифровальный диск был сделан из плотной светло-желтой картонки и состоял из двух концентрических кругов, скрепленных посередине. Внутренний диск содержал буквы и окончания, а внешний включал в себя группу сигнальных цифр. Секретное устройство украшали буквы A.J.M. — инициалы главного начальника связи, генерала Альберта Дж. Майера.

Для отчетности каждый такой круг имел порядковый номер, который был закреплен за владельцем.

⇡#Решетка Кардано и как ее сделать самому

Часто так бывает, что талантливый человек входит в историю как автор какого-то одного открытия, а прочие его заслуги при этом остаются в тени. Наверное, то же самое можно сказать про Джероламо Кардано.

Джероламо Кардано

Даже если вы не разбираетесь в автомобилестроении, то наверняка слышали о каком-то карданном вале. Это такая деталь, которая передает крутящий момент от коробки передач или раздаточной коробки к редуктору переднего или заднего моста. Джероламо придумал этот шарнирный механизм, но, помимо “автомобильного” изобретения, у Кардано было много других блестящих идей, например о пользе переливания крови. Еще одно изобретение Кардано — шифрование по трафарету или решетке.

Решетка Кардано знакома каждому, кто хоть раз смотрел бессмертный советский сериал с Василием Ливановым в роли Шерлока Холмса. В заглавных титрах одной из серий этого фильма показана идея шифрования решеткой Кардано — из массы бессмысленных символов сквозь прорези в нужных местах решетки как будто проступал осмысленный текст.

Решетка Кардано может быть двух видов — простая и симметрично-поворотная. В первом случае для шифрования применяется трафарет с отверстиями, через которые "фильтруется" полезный текст. Другой вариант решетки, более интересный, состоит в том, чтобы использовать симметричный (квадратный) трафарет, который можно применять несколько раз, просто поворачивая его вокруг центра. Поворотная решетка Кардано позволяет записать текст массивом символов так, что результат будет выглядеть совершенно нечитаемым, например:

Решетка Кардано была очень практичной и удобной. Чтобы прочитать секретный текст, не нужно было "решать кроссворд" или тратить время на обучение секретному языку. Этим шифром предпочитали пользоваться многие известные личности, например кардинал Ришелье и русский драматург и дипломат Александр Грибоедов.

Сделать решетку Кардано очень легко даже за несколько минут. Возьмите тетрадный лист в клетку или разлинуйте квадрат, например со стороной в восемь клеток.

По центру квадрата проведите две перпендикулярные черты, отделив четыре зоны. Затем заполните каждую из зон номерами клеток. Нумерацию клеток следует начинать из угла и вести ее так, чтобы направление нумерации каждый раз было по часовой стрелке.

В каждой части квадрата есть набор цифр. Необходимо в произвольном порядке закрасить цифры от 1 до 16 так, чтобы числа не повторялись в разных частях решетки (например, если в первой зоне закрашена двойка, то в других зонах ее закрашивать уже не нужно).

Закрашенные клетки — это отверстия, которые необходимо вырезать. Квадратная решетка Кардано готова.

Приложите ее к листу и впишите текст. Затем поверните ее на 90 градусов и продолжайте писать текст, затем снова поверните и так до тех пор, пока весь квадрат под решеткой не будет заполнен текстом.

Чтобы вам было легче разобраться с принципом построения решетки, скачайте бесплатное приложение Владимира Беглецова “Шифратор решетки Кардано”. С помощью этой программы можно генерировать решетку разной размерности, а также кодировать и расшифровывать текстовое сообщение.