1.3. Познакомимся с шифрами

Не следует сомневаться в том, что подавляющее большинство уважаемых читателей хотя бы один раз в жизни испытали необходимость передать определенному адресату какое-либо сообщение втайне от других. Но как это сделать? Возможно, многие удивятся, но наука предлагает сразу три возможных варианта решения этой задачи, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Во-первых, для передачи тайного сообщения можно попытаться создать недоступный для других лиц канал связи между абонентами. Так, например, два одноклассника, живущие в соседних квартирах, могут провести для связи между собой примитивную телефонную линию. Однако при современном уровне развития науки и техники создать абсолютно надежный канал связи между удаленными абонентами для неоднократной передачи больших объемов информации практически невозможно.

Во-вторых, можно использовать общедоступный канал связи, но скрыть сам факт передачи информации. Так, например, классическим считается известный из истории Древней Греции пример скрытия сообщения, основанный на физиологических особенностях организма человека В то далекое время отправитель конфиденциальной информации нередко писал сообщение на коже бритой головы раба а после того как волосы отрастали, отправлял раба к адресату. Прочитать тайное сообщение можно было лишь после повторного бритья головы посланца.

Добавим, что разработкой средств и методов скрытия факта передачи сообщения занимается специальная наука получившая название стеганография.

И в-третьих, для передачи секретного сообщения можно воспользоваться общедоступным каналом связи. Но передавать по этому каналу нужную информацию необходимо в преобразованном соответствующим образом виде. Одной из главных особенностей алгоритма такого преобразования является возможность восстановления содержащихся в сообщении сведений с достаточной степенью достоверности и только адресатом.

К сожалению, рассмотрение первых двух вариантов передачи адресату какого-либо сообщения втайне от других выходит за рамки предлагаемой книги. Более того, каждый из них заслуживает того, чтобы быть рассмотренным в отдельном издании.

Одна из главных задач данной книги — познакомить заинтересованного читателя с шифрами. А передать тайное сообщение в преобразованном виде, то есть с использованием третьего варианта, можно только с применением шифров.

Защита информации

А зачем, собственно, людям нужны тайные шифры? Для ответа на этот вопрос обратимся к истории.

С древнейших времен наши изобретательные предки, греки и римляне, арабы и европейцы, цезари и короли использовали всевозможные простые и сложные шифры в первую очередь для того, чтобы хранить в секрете свои военные и государственные тайны.

Первые шифры применялись для обеспечения сохранности военных тайн от неприятеля. Посла, который нес важный приказ командира солдатам на поле битвы, могли взять в плен, а сообщение оказалось бы в руках врага. Такое, мягко говоря, неприятное событие могло бы не только угрожать жизням других солдат, но и предопределить исход всей битвы. Однако если приказ зашифровать, то его содержание с высокой степенью вероятности останется скрытым от противника.

В дальнейшем шифры придумывались и для того чтобы хранить государственные тайны. Например, письмо, отправленное заграничному представителю, в котором планируется акция против общего неприятеля или описываются детали подготовки нападения на короля соседнего государства, обязательно должно быть зашифровано. Для сохранения в тайне содержания дипломатической почты, которой главы государств обменивались со своими послами, также применялись всевозможные шифры.

И в наше стремительное время не обойтись без шифров. По-прежнему шифруются военные сообщения и дипломатическая почта Для обмена военными и гражданскими сообщениями, передаваемыми через искусственные спутники Земли, также используются различные шифры.

Шифруются и телефонные переговоры между руководителями государств. Так, например, президенты России и США используют для связи между собой так называемую «горячую» телефонную линию. Для сохранения в тайне содержания этих переговоров используется специальный шифр, который меняется каждый день.

Шифры, обеспечивающие охрану информации, сегодня используют не только политики и генералы, высокопоставленные чиновники и предприниматели, но и все мы. Благодаря появлению персональных компьютеров шифры сегодня стали дешевыми и в то же время более проработанными и изысканными Например, письма, отправляемые по электронной почте, можно зашифровать с помощью любого из многочисленных шифров, который можно без труда и абсолютно бесплатно «стянуть» из сети Интернет.

Банки, компании и фирмы могут между собой доверительно общаться через собственные компьютерные сети. Так, например, электронным способом переводятся денежные средства по всему миру в течение нескольких секунд, а все транзакции защищены специальными шифрами Без такой защиты деньги могли бы оказаться на других банковских счетах, а коммерческие тайны могли бы попасть в руки конкурентов.

С научной точки зрения, шифры в первую очередь необходимы и используются для выполнения задачи, которую в теории информации называют тайной передачи Таким образом, тайная передача информации — это передача нужной информации нужному адресату втайне от других.

Необходимо заметить, что такая задача возникает только для той информации, которая нуждается в том, чтобы она была сохранена в тайне от других. В этом случае специалисты говорят, что такая информация нуждается в защите.

Если, например, президент США считает, что поздравительное послание премьер-министру Великобритании не нуждается в том, чтобы его содержание было скрыто от посторонних, то и шифровать такое сообщение не имеет смысла. В то же время переписка между этими же абонентами, касающаяся взаимодействия при решении международных вопросов, обязательно шифруется.

Итак, в подавляющем большинстве случаев шифруются или преобразуются с помощью шифров только те сообщения, в которых содержится скрываемая от кого-либо информация или просто тайна. В этом случае тайна — какие-либо сведения, скрываемые от других.

Обычно информацию, содержащую какую-либо тайну, специалисты называют секретной, защищаемой или конфиденциальной информацией. В наше время чаще всего используются такие понятия, как государственная тайна, военная тайна, тайна исповеди, коммерческая тайна, врачебная тайна и др. Их смысл понятен из названий, при желании дополнительные пояснения можно найти в специализированной литературе.

Добавим, что среди специалистов для обозначения защищаемой информации часто применяют термин открытый текст.

Тайная, секретная или защищаемая информация предназначена для определенного круга так называемых законных пользователей, то есть тех лиц, которые имеют право эту информацию знать.

В то же время существует группа лиц, которые таким правом не обладают. Эти лица, которых называют незаконными пользователями, стремятся овладеть не предназначенной для них защищаемой информацией.

Причины интереса незаконных пользователей к чужой защищенной информации могут быть различными. Это может быть, например, профессиональный интерес, обусловленный стремлением обратить тайные сведения себе во благо и/или нанести таким образом законным пользователям определенный вред. Нередко причиной стремления к чужим тайнам является обычное хулиганство.

Чтобы усложнить и даже полностью исключить доступ незаконных пользователей к своим тайнам, законные пользователи и пользуются при передаче или сохранении защищаемой информации всевозможными шифрами.

Таким образом, в данной книге защита информации подразумевает применение специальных средств, предназначенных для соответствующего преобразования передаваемых или сохраняемых данных. Защита информации используется для того, чтобы скрыть истинное содержание, например, какого-либо документа, письма или даже устного сообщения.

Шифр, шифрование и дешифрование

Как и другие термины, используемые в данной книге, слово «шифр» имеет несколько значений.

Так, например, в Словаре русского языка С. И. Ожегова дано следующее определение: «Шифр — вензель, составленный из инициалов; условная азбука для секретного письма; регистрационный условный знак на книгах, рукописях, документах». Естественно, нас интересует только та часть этого определения, в которой говорится о шифре как об условной азбуке для секретного письма Следует учесть, что в современных условиях это определение значительно расширилось и наполнилось новым содержанием.

Как мы определили ранее, шифры используются законными пользователями для того, чтобы скрыть истинное содержание какого-либо документа, письма или даже устного сообщения при его передаче или сохранении. При этом для передачи сообщения можно воспользоваться общедоступным каналом связи, но передавать по нему защищаемую информацию в преобразованном виде. А для преобразования защищаемой информации применяются специальные методы и способы, которые с научной точки зрения и определяются как шифры.

Шифры — это методы и способы преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей.

При этом среди специалистов шифрованное сообщение называется шифртекст или криптограмма.

Вспомним наш пример с передачей телеграфного сообщения. При передаче открытого текста в системе связи телеграфист создает сообщение в виде точек и тире азбуки Морзе. Радиопередатчик преобразует эти точки и тире в радиосигналы и излучает в эфир. Через канал связи, в состав которого входит линия связи, радиосигналы поступают на приемник, который их преобразует в точки и тире Из точек и тире телеграфист, знающий азбуку Морзе, восстанавливает исходное сообщение.

Но при использовании рассмотренного канала связи подобным образом нельзя передать закрытую информацию, потому что ее легко может перехватить незаконный пользователь, знающий азбуку Морзе. Поэтому для передачи защищаемой информации в систему связи необходимо ввести дополнительные звенья, которые обеспечивают преобразование передаваемого и, соответственно, принимаемого сообщения.

При передаче защищаемой информации сообщение для сокрытия его истинного содержания сначала преобразуется на передающей стороне с помощью особых правил, определяемых шифром. Лишь после этого полученный в результате преобразования шифртекст поступает к телеграфисту для отправки. Затем криптограмма проходит через канал связи на приемник. Полученные в виде точек и тире сигналы на приемной стороне телеграфист запишет в виде букв и цифр.

Теперь эту ничего не значащую для непосвященных последовательность букв и цифр необходимо преобразовать в открытый текст, воспользовавшись правилами того же шифра. В результате по каналу связи передается уже не сама защищаемая информация, а результат ее преобразования с помощью шифра.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что шифрование — это процесс применения шифра к защищаемой информации, то есть процесс преобразования защищаемой информации или открытого текста в шифрованное сообщение или криптограмму с помощью определенных правил, содержащихся в шифре. Люди, занимающиеся шифрованием сообщений, обычно называются шифровальщиками.

В то же время дешифрование — это процесс, обратный шифрованию, то есть процесс преобразования шифрованного сообщения или криптограммы в защищаемую информацию или открытый текст с помощью определенных правил, также содержащихся в шифре. Законные пользователи, осуществляющие дешифровку шифрованных сообщений по правилам известного им шифра, называются дешифровщиками.

Особое внимание следует обратить на то, что дешифрование выполняется только законными пользователями, которые знают шифр.

Однако ни для кого не секрет, что довольно часто получить защищаемую информацию из шифрованного сообщения стараются люди, которым эта информация вовсе не предназначается и, более того, защищается именно от них. Следует признать, что во все времена на каждого человека, который придумывал какой-либо шифр, находился другой человек, который стремился этот шифр разгадать. Причем это стремление не всегда объяснялось противоправными стремлениями. Довольно часто шифры разгадывались ради собственного удовольствия. Однако эти действия строго с научной точки зрения нельзя считать дешифрованием. Разгадку шифра специалисты называют вскрытием, или взламыванием, шифра.

Вскрытие, или взламывание, шифра — это процесс получения защищаемой информации из шифрованного сообщения без знания примененного шифра При этом саму попытку вскрытия какого-либо шифра, удачную или неудачную, специалисты называют атакой на шифр.

Конечно же, помимо вскрытия шифра незаконный пользователь может пытаться получить защищаемую информацию многими другими способами. Например, наиболее известным из таких способов является агентурный, когда разведчик каким-либо путем склоняет к сотрудничеству одного из законных пользователей и с помощью этого агента получает доступ к защищаемой информации. Можно, недолго думая, попытаться просто выкрасть открытый текст. Примеры использования подобных способов получения секретных сообщений можно найти в многочисленных детективных романах и фильмах. Однако их рассмотрение выходит за рамки данной книги.

Различие между шифром и кодом

Следует признать, что раньше термины «код» и «шифр», «кодирование» и «шифрование» употреблялись как синонимы. Однако в современных условиях это является ошибкой. В чем же заключается различие между кодом и шифром? Казалось бы, определить его очень трудно. При использовании какого-либо кода сообщение сначала кодируется на передающей стороне. Принимающая сторона это кодированное сообщение декодирует, чтобы стало понятно его истинное содержание. Подобным же образом сообщение шифруется с помощью шифра, а потом дешифруется с помощью того же шифра. Тем не менее различие между кодами и шифрами существует. И ответ на поставленный вопрос следует искать в определениях кодов и шифров, которые были даны в предыдущих разделах.

Итак, в данной книге под кодами понимаются методы и способы преобразования информации с помощью систем условных обозначений, применяемые для отображения и передачи определенных сведений в своеобразном, но понятном и доступном виде. В то же время шифры — это методы и способы преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей.

Сравнив оба определения, нетрудно заметить, что как коды, так и шифры представляют собой в первую очередь методы и способы преобразования информации. Однако особое внимание следует обратить на то, для чего и с какой целью осуществляется это преобразование при использовании кодов и шифров. Именно в назначении кодов и шифров заключается главное различие между ними.

Главным назначением любого кода, исходя из его определения, является преобразование информации с помощью условных обозначений, знаков, символов и сигналов для формирования и передачи кому-либо сообщения о чем-либо. Это может быть информация об определенных событиях, о необходимости или о запрещении выполнения каких-либо определенных действий и о многом другом. Вспомним, например, о дорожных знаках. Другими словами, коды обычно используются для того, чтобы довести до пользователя нужную ему информацию в наиболее удобном и приемлемом для него виде, не опасаясь и не обращая внимания на то, что эту информацию может получить кто-то еще.

В отличие от кода, главным назначением любого шифра является такое преобразование информации, которое обеспечивает сокрытие смысла передаваемого сообщения от тех, кому оно не предназначается.

Не следует забывать и о том, что при использовании шифров отправитель и получатель сообщения очень часто являются одним и тем же лицом. Например, в Средние века ученые записывали результаты своих опытов с помощью собственных шифров, которые были известны только самому исследователю. В компьютерной криптографии можно зашифровать данные, закрыв их от постороннего доступа при хранении, а потом расшифровать, когда это будет необходимо. Таким образом, столкнувшись с какой-либо системой условных обозначений, использующей для преобразования определенных сведений знаки, символы или сигналы, в первую очередь следует попытаться понять, с какой целью это преобразование предпринято.

Таким образом, если главным назначением такой условной системы обозначений и сигналов является упрощение для пользователя восприятия какой-либо информации, как, например, в случае с дорожными знаками, или упрощение ее передачи и приема, как, например, в случае с азбукой Морзе или с семафорной азбукой, то эту систему следует считать кодом.

В том случае, если главным назначением такой условной системы обозначений и сигналов является сокрытие истинного смысла сообщения, то есть сокрытие или защита информации, то в этом случае мы имеем дело с шифром.

Необходимо признать, что при первом знакомстве с какой-либо системой условных обозначений не всегда легко сразу определить, это код или шифр.

Так, например, обычная речь на каком-либо языке может быть шифром при обмене сообщениями. Если не владеешь языком, на котором написано сообщение, то не сможешь прочитать его и понять его смысл. Так, например, не владея японским языком, не сможешь понять содержание комиксов в японских журналах. А японские дети поймут все, что написано по-японски, но не поймут того, что написано по-русски. Но это вовсе не означает, что японский или русский язык является шифром. Конечно же, в определенных условиях для защиты каких-либо сведений японские иероглифы можно использовать в качестве примитивного шифра. Однако не следует забывать, что, вооружившись словарем, сообщение, написанное по-японски, сможет прочитать любой желающий иной национальности.

В то же время россиянин, столкнувшись с надписью на русском языке, которая на первый взгляд кажется абсолютной бессмыслицей, со значительной степенью вероятности может предположить, что это какое-либо зашифрованное сообщение.

Можно ли считать шифром дымовые знаки, использовавшиеся индейцами Северной Америки для обмена, например, сведениями о погоде? Вряд ли. Поскольку такие знаки использовались только для передачи информации, а не для ее сокрытия. В то же время те же самые дымовые знаки во время боевых действий между племенами индейцев и белых поселенцев выполняли роль шифра, так как противник не знал их значения. Естественно, эти «дымовые» сообщения были для белых поселенцев зашифрованными лишь до тех пор, пока они не узнали истинного значения каждого знака в отдельности и их комбинаций.