3.6. Криптология в XIX веке

В истории человечества XIX век характеризуется величайшими достижениями не только в области литературы и искусства, но и не менее выдающимися открытиями в науке и изобретениями в технике.

Развитие точных наук, в первую очередь математики и механики, привело к появлению не только новых систем шифрования, но и специальных механизмов, обеспечивающих быстрое шифрование сообщений. Значительное внимание в XIX веке стало уделяться и созданию теоретических основ методов дешифрования. Необходимо отметить, что начиная с 80-х годов XIX века во всех развитых государствах криптография признается наукой, изучаемой в высших учебных заведениях.

Старые и новые шифры

Начало XIX века связано с так называемыми наполеоновскими войнами, которые французский император Наполеон Бонапарт (Napoleon Bonaparte, 1769–1821) вел практически со всей Европой. Естественно, ведение войны потребовало изобретения новых систем шифрования, которые в условиях боевых действий должны были обеспечить управление войсками. В то же время именно из-за войны публикация каких-либо сведений о достижениях криптографов и тем более криптоаналитиков не представлялась возможной.

Лишь в 1819 году, через несколько лет после разгрома армий Наполеона, во Франции была опубликована энциклопедия, в которой рассматривались не только известные к тому времени системы шифрования, но также и методы дешифрования простейших шифров.

В XIX веке одновременно в нескольких европейских странах шла активная работа над созданием биграммных шифров. Так, например, в России над своим вариантом биграммного шифра работал П. Ф. Шиллинг, а в Британии — Чарльз Ветстоун.

Биграммный шифр, получивший впоследствии название «Двойной квадрат», британский ученый сэр Чарльз Ветстоун (Charles Wheatctone) предложил в 1854 году. Название другого биграммного шифра, придуманного в XIX веке, связано с именем министра почт при королеве Виктории барона Леона Плейфера (Lyon Playfair, 1818–1898), который приложил немало усилий к тому, чтобы этот шифр получил признание британской короны. Шифр «Playfair» использовался англичанами и во время Первой мировой войны уже в XX столетии.

Существенное влияние на развитие криптографии оказало изобретение телеграфа уже упоминавшимся американцем Сэмюэлем Морзе (Samuel Morse, 1791–1872) в 1844 году. Предприимчивые представители бизнеса мгновенно оценили все достоинства этого изобретения. В результате появился так называемый «Словарь для тайной корреспонденции: приспособлен для применения на электромагнитном телеграфе Морзе».

Вторая половина XIX века была ознаменована разгадкой шифра Виженера В 1863 году уже упоминавшийся офицер прусской армии Фридрих Казисски опубликовал книгу «Искусство тайнописи и дешифрования», в которой подробно описал метод вскрытия многоалфавитного шифра с повторяющимся паролем.

Как считают некоторые исследователи, свидетельства о привлечении в XIX веке крупных математиков для криптографической работы отсутствуют. Однако нельзя не упомянуть о том, что, например, в викторианской Англии к дешифровальной работе был привлечен известный математик и разгадыватель шифров Чарльз Бэббидж (Charles Babbage, 1791–1887). В 1883 году французский преподаватель математики Опост Кергоффс опубликовал серьезную научную работу под названием «Военная криптография», в которой предпринял попытку провести сравнительный анализ систем шифрования. При этом автор сформулировал требования к шифрам с учетом появления новых средств связи. В этой книге О. Кергоффс приходит к интересным выводам, которые сохраняют свое значение и для современной криптографии.

В 1890 году французский офицер Этьен Базери (Etienne Bazeries, 1846–1931) разгадал шифр французского короля Людовика XIV. Одним из результатов этого события явилась уже упоминавшаяся разгадка тайны человека в железной маске. Несомненным достижением неутомимого француза является и обоснование возможности дешифрования «шифра Россиньоля». Об этом он написал в своей работе «Раскрытые секретные шифры», которая увидела свет уже в XX веке, а именно в 1901 году. Помимо успехов в разгадывании шифров, Этьен Базери известен как автор нескольких собственных систем шифрования. В 1891 году он изобрел так называемый «цилиндр Базери», который по существу является механическим устройством для шифрования.

А. С. Пушкин и А. С. Грибоедов

Война с Наполеоном повлияла и на развитие российской криптографии. Новые шифры стали использовать не только офицеры действующей армии, но и дипломаты.

После победы над наполеоновской Францией многие достижения французских ученых, в том числе и криптографов, стали известны в России. Более того можно утверждать, что в первой половине XIX века шифры, как и другие французские «штучки», стали модными в среде российского дворянства. Следует признать, что в подавляющем большинстве шифры, использовавшиеся праздной российской аристократией, были примитивными и легко раскрываемыми. В то же время шифровальные системы, применявшиеся, например, сотрудниками дипломатических служб, имели намного более высокую степень защищенности.

По примеру своих европейских коллег шифрами пользовались и великие российские писатели, в том числе А. С. Пушкин и А. С. Грибоедов. Следует признать, что причины, побудившие признанных гениев российской и мировой литературы прибегнуть к шифрованию своих записей, были весьма различными.

Великий русский поэт Александр Сергеевич Пушкин (1799–1837) использовал шифрование при работе над десятой главой романа в стихах «Евгений Онегин». К сожалению, в наше время мало кто знает, сколько всего глав в этом бессмертном творении, хотя о том, что всего их было именно десять, можно узнать из школьных учебников литературы. В то же время история создания и уничтожения десятой главы «Евгения Онегина» окутана тайной. Как известно, 19 октября 1830 года А. С. Пушкин сжег рукопись десятой главы «Евгения Онегина», оставив для себя несколько зашифрованных строф.

Уже в XX веке исследователям удалось расшифровать сохранившиеся фрагменты первых семнадцати строф этой главы. Оказалось, что в них дается описание исторических событий и деятельности тайных обществ, предшествовавших восстанию декабристов на Сенатской площади в Санкт-Петербурге 25 декабря 1825 года. Причем эти фрагменты хроникального характера являлись только историческим введением, за которым должно было следовать дальнейшее развитие фабулы романа, конечно же с непременным участием его главного лица. По свидетельствам самого Пушкина, Онегин должен был попасть в число декабристов.

Сопоставив содержание сохранившихся строф, исторические условия, в которых поэт работал над «Евгением Онегиным», а также тот факт, что многие друзья А. С. Пушкина участвовали в восстании или поддерживали его, как и сам поэт, нетрудно догадаться, в каком именно свете в десятой главе описывались события, произошедшие всего лишь пять лет назад. Именно поэтому поэт сначала счел необходимым записывать строфы этой главы с помощью шифра, а затем решил ее уничтожить: в то время не только опубликовать, но и держать у себя в рукописи десятую главу «Евгения Онегина» даже в зашифрованном виде было невозможно.

Другой талантливый русский поэт той эпохи, Александр Сергеевич Грибоедов (1795–1829), находясь на дипломатической службе, для сокрытия содержания своей переписки также пользовался шифром. Исследователи творчества А. С. Грибоедова обратили внимание на то, что стиль некоторых его писем отличается от стиля, в котором написаны остальные послания поэта к его жене.

Криптоаналитики пришли к выводу, что эти письма содержали информацию, зашифрованную с помощью трафарета При использовании такого способа шифрования на бумагу с помощью трафарета наносится текст сообщения, а затем уже без трафарета текст дополняется так, чтобы получилось вполне невинное письмо.

Исследователи отмечают, что в те времена такой остроумный шифр обладал высокой степенью защиты, поскольку имея одно письмо, вскрыть шифр и прочитать открытый текст практически невозможно. В то же время при переписывании текста письма от руки буквы сдвигались, и даже имея трафарет, выделить текст шифровки также не представлялось возможным.

Первые шифровальные механизмы

Любой из рассмотренных в этой книге шифров является продуктом интеллектуальной деятельности человека. Однако любой желающий может на собственном опыте убедиться, что изобретать и разгадывать шифры — довольно утомительное занятие. К тому же для этого требуются особенные интеллектуальные способности. Поэтому подавляющее большинство людей, которые пользовались шифрами, не были их авторами, а применяли системы шифрования, придуманные другими, отличавшимися особыми способностями личностями.

Однако процесс шифрования и дешифрования сообщений для многих пользователей также был весьма трудоемким. Поэтому в криптологии, как и в любой сфере деятельности, для того чтобы облегчить труд людей, были придуманы сначала простейшие механизмы, а затем и специальные машины.

Справедливости ради следует упомянуть, что первый известный исследователям примитивный шифровальный механизм изобрел еще в XV столетии уже упоминавшийся итальянский архитектор Леон Альберти. Талантливый итальянец изготовил два медных диска, по окружности которых в отдельных секторах были выгравированы буквы алфавита и цифры. Диски располагались на одной оси так, что каждый из них мог вращаться самостоятельно.

Внешний вид шифровального диска Л. Альберти изображен на рис. 3.1.

Рис. 3.1 Внешний вид шифровального диска Л. Альберти

Если теперь букву «А» на внешнем диске расположить напротив буквы «А», выгравированной на внутреннем диске, а затем передвинуть внутренний диск на одну или несколько позиций, то пользователь получит шифрованный алфавит. Легко догадаться, что в данном случае речь идет о механическом варианте шифра Цезаря.

В XIX веке появились новые шифровальные механизмы и даже машины. О первой вычислительной машине, которую в 1823 году придумал в викторианской Англии привлеченный к дешифровальной работе известный математик и разгадыватель шифров Чарльз Бэббидж, уже рассказывалось в одном из разделов предыдущей главы.

Помимо этого, в XIX веке были созданы и стали широко использоваться более простые, но весьма эффективные механические устройства для шифрования. Одно из таких устройств придумал в 1817 году американец Дециус Вэдсворд (Decius Wadsworth). Его шифровальный механизм имел два диска, которые дополнялись приводным механизмом, вращающим диски в случайно выбранном направлении. На похожем принципе была основана работа шифратора, который в 1867 году изобрел британский ученый сэр Чарльз Ветстоун (Charles Wheatctone).

Однако намного более хитроумным, чем рассмотренные ранее устройства, был шифровальный механизм, который в разное время и на разных континентах придумали два разных человека Менее известным из них был уже неоднократно упоминавшийся французский криптоаналитик Этьен Базери, который в 1891 году продемонстрировал устройство для шифрования, впоследствии названное «цилиндром Базери». Однако почти за сто лет до Э. Базери подобный механизм сконструировал американский изобретатель Томас Джефферсон (Thomas Jefferson, 1743–1826). Это был тот самый Томас Джефферсон, который написал Декларацию независимости и стал третьим президентом США. Кстати, устройство, подобное шифратору Джефферсона, использовалось для шифрования сообщений в годы Гражданской войны в США (1861–1865).

Внешний вид шифратора Т. Джефферсона изображен на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Внешний вид шифратора Т. Джефферсона

Главной деталью этих устройств был вал, состоящий из 25 пронумерованных и независимо вращающихся вокруг своей оси дисков или колесиков. На ребре каждого из дисков были нанесены буквы алфавита расположенные в случайном, индивидуальном для каждого диска порядке.

При шифровании сообщения шифровальщик в первую очередь должен был разместить все диски на оси в заранее оговоренном порядке. Например, сначала диск 12, потом диск 7, за ним диск 3 и так далее. Затем каждый из них проворачивался вокруг своей оси так, чтобы в результате в одном ряду можно было прочитать первые 25 букв открытого текста. Теперь 25 букв в любой другой строке могли служить шифром для этого фрагмента текста. Точно таким же образом шифровалась и оставшаяся часть сообщения.

При дешифровке текста дешифровщик располагал диски на оси своей машины в том же заранее оговоренном порядке, что и на машине шифровальщика Затем в одной строке набирал первые 25 букв криптограммы, а потом искал строку, в которой можно было прочитать открытый текст. И так до расшифровки всего сообщения.

Необходимо отметить, что поворачивающиеся диски представляли значительный шаг вперед в развитии шифрования. В полной мере значение этого изобретения проявилось при попытках криптоаналитиков разгадать коды шифровальной машины «Энигма».

Тайны книг и чисел

Конечно же без цифр и чисел нашу современную жизнь представить просто невозможно. С их помощью в повседневной жизни мы сохраняем в памяти, на бумаге, в компьютере самую разную информацию, начиная от количества мелочи в кармане до результатов спортивного матча.

Отдельными числами можно заменять буквы, создавая шифры, которые трудно разгадать. Поэтому неудивительно, что к одним из самых распространенных и интересных шифров относятся шифры, при использовании которых криптограммы выглядят как набор ничего не значащих цифр. Специалисты называют такие шифры числовыми.

Из всех цифровых или числовых шифров наибольшую известность в XIX веке получил один из них, так до конца и не раскрытый. С его помощью было зашифровано сообщение о месте, где, вероятно, был зарыт клад.

В 1885 году в городе Линдсбург, расположенном в американском штате Вирджиния, была напечатана маленькая брошюрка, в которой излагалась «достоверная информация, касающаяся клада, зарытого в 1819 и 1821 годах в Бедфорд-кантри, возле местечка Буфорд в Вирджинии».

История этого удивительного клада, если он вообще когда-либо существовал, весьма примечательна. По утверждению автора книги, некто Томас Бел (Thomas Beale) в январе 1820 года якобы поселился на несколько месяцев в одной из гостиниц Линдсбурга В 1822 году он ненадолго вернулся и оставил хозяину гостиницы Роберту Моррису на хранение окованный железом сундучок, закрытый на замок. Еще через год Т Бел прислал гостеприимному Моррису письма в котором сообщал, что если за сундучком никто не приедет в течение 10 лет, то Моррис может открыть его сам. Поскольку желающие заполучить сундук в указанный срок не появились, то в 1845 году Моррис наконец-то открыл его. На дне сундучка лежало письмо от Бела, в котором он описывал, как закопал большое количество золота. Помимо письма, в сундучке лежали три зашифрованных сообщения, представлявших собой три длинных перечня чисел, которые впоследствии получили название шифра Бела.

Первое из этих сообщений, по утверждению Бела, содержало подробную инструкцию о том, как найти место, где был зарыт клад. Во втором описывалось содержимое клада. В третьей шифровке были сведения о человеке, которому следовало отдать определенную часть клада.

Добропорядочный Моррис рассказал эту историю одному из своих приятелей, который после смерти Морриса опубликовал ее в указанной брошюре. По утверждению автора книги, этот клад так и не был обнаружен.

Имя того приятеля осталось неизвестным. Однако можно предположить, что он был способным разгадывателем шифров, поскольку догадался, что числа в каждом из зашифрованных текстов представляют буквы алфавита и что одна и та же буква может быть заменена разными числами. Так, например, второй шифрованный текст состоял из более чем 750 чисел от 2 до 1005, которые часто повторялись. Автор брошюры предположил, что ключом к этим шифрам может быть книга или какой-либо длинный текст. Теперь оставалось только найти книгу, которую Бел использовал, и загадка шифра была бы разгадана Однако это была совсем не простая задача.

После просмотра сотен книг и отдельных текстов неутомимому исследователю стало понятно, что ключом ко второму шифрованному тексту была Декларация независимости, один из самых знаменитейших текстов в истории США, автором которого был уже упоминавшийся Томас Джефферсон, третий президент США.

Итак, второй текст начинался числами 115,73 и 24. Сто пятнадцатое слово в Декларации независимости начинается на букву I, семьдесят третье — на букву Н, а двадцать четвертое — на букву А и так далее. В результате дешифровки открытый текст начинался словами «I have deposited…». После дешифровки всей криптограммы ее содержание можно было перевести так: «Я уложил примерно в четырех милях от Буфорда, в яме на глубине шесть футов (1 фут — 30,5 см)… золото и серебро, упакованное в железные сосуды с металлическими кольцами».

Сразу после публикации упомянутой книжки деревеньку Буфорд буквально заполонили толпы кладоискателей. В радиусе 6,5 километра от нее вся земля была перекопана. Многие искатели кладов при поисках применяли последние достижения техники. Так, например, Джордж и Клейтон Харт, которые посвятили свои жизни разгадке шифров Бела, при первом же подозрении, что они нашли нужное место, даже использовали динамит. Но все было напрасно.

До настоящего времени никто никакой клад в окрестностях Буфорда не нашел. Также не были обнаружены книги или тексты, которые помогли бы разгадать шифры, которыми были зашифрованы Белом оставшиеся два документа Идет ли в данном случае речь о простом мошенничестве или о необычайно замысловатом коде? Кто знает. Возможно, и по нынешний день этот клад остается зарытым где-то в горах Вирджинии.