Что такое криптография и как применяется в криптовалюте. Основные направления криптологии
"Каждый, кто думает, что изобрел
непробиваемую схему шифрования,-
или невероятно редкий гений
или просто наивен и неопытен…"
Ф.Циммерман
Криптология - это область знаний, изучающая науку о шифрах (криптографию) и методы раскрытия этих шифров (криптоанализ). Очень часто под криптологией понимают лишь криптографию. Это не совсем правильно. Криптография изучает и применяет такие методы преобразования информации, которые не позволили бы злоумышленнику извлечь ее из перехваченных незаконным путем сообщений. Криптоанализ же, наоборот, рассматривает процесс получения информации из шифрованных сообщений. Криптография и криптоанализ - это две ветви одной науки, преследующие прямо противоположные цели. Однако эти две дисциплины связаны друг с другом, и не бывает хороших криптографов, не владеющих методами криптоанализа.
Потребность шифровать и передавать шифрованные сообщения возникла очень давно. Первые упоминания об использовании шифров греками относятся к V-VI веку до н.э. После, на протяжении более чем двухтысячелетней истории, криптография была искусством засекречивания важной в основном государственной информации, и поэтому обслуживала практически исключительно нужды военных и дипломатов. При этом сами приемы шифрования и дешифрования держались в секрете.
Криптология послужила толчком к развитию всей современной вычислительной техники: первые ЭВМ Colossus и ENIAC были созданы специально для криптоанализа шифров военного времени. Теория информации была создана Шенноном в результате работ в области криптологии. Известный криптолог Рональд Райвест сказал, что криптология была "повивальной бабкой" всей computer science.
Компьютерная революция начиная с середины ХХ века потребовала гражданской криптографии для защиты огромного количества персональной, коммерческой, финансовой и технологической информации. Криптография начинает оформляться в новую математическую теорию и становится объектом интенсивного математического изучения.
В течение столетий основной задачей, стоявшей перед криптологией, была задача обеспечения конфиденциальности, то есть обеспечение секретности информации при передаче по незащищенным каналам. Способность шифра противостоять всевозможным атакам на него называют стойкостью шифра. Это понятие является центральным в криптографии. До недавнего времени стойкость шифра оценивалась по числу усилий потраченных при неудачных попытках его раскрытия. С середины ХХ века начались поиски объективных критериев надежности криптосистем, и криптология перешла из древнего искусства в современную точную науку. В последние десятилетия уходящего века обоснование надежности систем исходит из теории сложности вычислений. И хотя качественно понять, что такое стойкость шифра легко, но получение строгих доказуемых оценок стойкости для каждого конкретного шифра - задача нерешенная.
Новое дыхание криптология получила в 1976 году, когда была предложена концепция открытого шифрования: шифрование стало доступно любому желающему, дешифрование - только законному пользователю. Важность этого открытия трудно переоценить: развитие идей открытого шифрования привело к разработке систем электронной цифровой подписи, открытого распределения ключей, методов проверки подлинности.
Успехи, достигнутые при разработке схем цифровой подписи и открытого распределения ключей, позволили решать задачи взаимодействия удаленных абонентов. Так возникло новое направление - криптографические протоколы - распределенные алгоритмы решения криптозадач. Вот несколько проблем, решаемых с помощью протоколов: подписание контракта недоверяющими друг другу абонентами, идентификация абонентов и аутентификация, разделение секрета между несколькими пользователями. Развитие и осмысление различных протоколов привело к появлению новой математической модели - доказательства с нулевым разглашением. Его первым практическим применением стали smart-карты.
С каждым днем потребность в защите информации все возрастает, что связано с бурным развитием вычислительной техники и средств связи. Во многих областях одной из основных становится проблема обеспечения целостности информации, то есть защита от попыток уничтожения или изменения защищаемой информации. Типичный пример прикладной области, где целостность иногда важнее секретности, - автоматизированные системы банковских расчетов.
В последнее время в связи с развитием электронной торговли и оказанием дистанционных платных услуг возникла еще одна криптографическая задача - обеспечение неотслеживаемости, то есть невозможности определения личности клиента, если он этого не желает. Решение этих задач связано с разработкой электронного денежного оборота: электронных денег, электронных бумажников и т.д. Сегодня криптология переживает бум. Но не смотря на это, криптоалгоритмы остаются тайной за семью печатями для большинства рядовых потребителей. На естественный вопрос пользователя - дает ли данное криптографическое средство надежную защиту - очень часто нельзя дать ни отрицательного, ни положительного ответа.
Хотя внутренне криптология весьма сложна, многие ее теоретические достижения сейчас широко используются в нашей насыщенной информационными технологиями жизни: smart-картах, электронной почте, системах банковских платежей, электронной торговле через Internet, системах документооборота, базах данных, системах электронного голосования и многих других. Соотношение между внутренней сложностью криптологии и ее практической применимости поистине уникально.
Для профессионального понимания криптоалгоритмов, умения оценивать их сильные и слабые стороны, а тем более строить их самому, необходима, конечно же, серьезная подготовка университетского уровня - как математическая, так и физическая. Связано это с тем, что современная криптология как наука основывается на понятиях, фактах и самых последних достижениях фундаментальных наук: математики, теории информации, теории сложности вычислений, алгоритмики, электроники, физики и др. Для построения хорошей криптосистемы недостаточно объединить несколько хитроумных схем. Необходимо понимать, как все это будет взаимодействовать, какие последствия это может иметь, что может предпринять противник. Специалист в области криптологии одновременно и криптограф, и криптоаналитик.
В ближайшее время важность и значение криптологии будет только возрастать, так как неизбежен переход нашего постиндустриального общества к информационному. Уже сегодня люди, владеющие методами защиты информации, широко востребованы. В будущем же спрос на специалистов высокой квалификации, которые свободно ориентируются в области обеспечения безопасности и которые могут вести самостоятельные исследования, будет неуклонно увеличиваться.
Криптология - интересная и сложная наука, но ей можно и нужно учиться!
Изучая криптовалюты, однажды вы неизбежно наткнётесь на термин «криптография». В интересующей нас сфере криптография имеет множество функций. В их числе - защита данных, использование в составлении паролей, оптимизация банковской системы и т.д. В этой статье мы познакомим вас с основами криптографии и обсудим её значение для криптовалют.
История криптографии
Криптография - это метод безопасного сокрытия информации. Чтобы раскрыть информацию, читателю необходимо знать, каким образом информация была изменена или зашифрована. Если сообщение было качественно зашифровано, прочитать его смогут только отправитель и получатель.
Криптография отнюдь не нова, она существует уже тысячи лет. Исторически криптография использовалась для отправки важных сообщений, чтобы скрыть их от лишних глаз. Первые криптографические сообщения были найдены у древних египтян, однако подтверждённое использование шифров в стратегических целях относится к эпохе Древнего Рима.
По словам историков, Юлий Цезарь использовал криптографию и даже создал так называемый шифр Цезаря, чтобы отправлять секретные сообщения высокопоставленным генералам. Этот метод защиты конфиденциальной информации от нежелательных глаз использовался вплоть до новейшей истории.
Во время Второй мировой войны немцы использовали машину шифрования «Энигма», чтобы передавать важную информацию. Алан Тьюринг, математический человек и гений, в чью честь впоследствии был назван тест Тьюринга, нашёл способ её взломать. Сейчас взлом «Энигмы» считают одним из основных переломных моментов во Второй мировой.
Основы криптографии
Вышеупомянутый шифр Цезаря - один из простейших способов шифрования сообщений, полезный для понимания криптографии. Его также называют шифром сдвига, поскольку он заменяет исходные буквы сообщения другими буквами, находящимися в определённой позиции по отношению к первичной букве в алфавите.
Например, если мы зашифруем сообщение через шифр +3 на английском языке, то A станет D, а K станет N. Если же использовать правило -2, то D станет B, а Z станет X.
read everything on invest in blockchain
Это самый простой пример использования криптографии, однако на похожей логике строится и любой другой метод. Существует сообщение, которое секретно для всех, кроме заинтересованных сторон, и процесс, направленный на то, чтобы сделать это сообщение нечитаемым для всех, кроме отправителя и получателя. Этот процесс называется шифрованием и состоит из двух элементов:
Шифр - это набор правил, которые вы используете для кодирования информации. Например, сдвиг на X букв в алфавите в примере с шифром Цезаря. Шифр не обязательно должен быть засекречен, потому что сообщение можно будет прочитать только при наличии ключа.
Ключ - значение, описывающее, каким именно образом использовать набор правил шифрования. Для шифра Цезаря это будет число букв для сдвига в алфавитном порядке, например +3 или -2. Ключ - это инструмент для дешифровки сообщения.
Таким образом, многие люди могут иметь доступ к одному и тому же шифру, но без ключа они всё равно не смогут его взломать.
Процесс передачи секретного сообщения идёт следующим образом:
- сторона A хочет отправить сообщение стороне B, но при этом ей важно, чтобы никто другой его не прочитал;
- сторона A использует ключ для преобразования текста в зашифрованное сообщение;
- сторона B получает зашифрованный текст;
- сторона B использует тот же ключ для расшифровки зашифрованного текста и теперь может читать сообщение.
Эволюция криптографии
Сообщения шифруются для защиты их содержимого. Это подразумевает, что всегда будут стороны, заинтересованные в получении данной информации. Поскольку люди так или иначе достигают успехов в расшифровке различных кодов, криптография вынуждена адаптироваться. Современная криптография далеко ушла от обычного смещения букв в алфавите, предлагая сложнейшие головоломки, которые решать с каждым годом всё труднее. Вместо банального смещения буквы теперь могут заменяться на числа, другие буквы и различные символы, проходя через сотни и тысячи промежуточных шагов.
Цифровая эпоха привела к экспоненциальному увеличению сложности шифрования. Это связано с тем, что компьютеры принесли с собой резкое увеличение вычислительной мощности. Человеческий мозг по-прежнему остаётся самой сложной информационной системой, но, когда дело доходит до выполнения вычислений, компьютеры намного быстрее и могут обрабатывать гораздо больше информации.
Криптография цифровой эры связана с электротехникой, информатикой и математикой. В настоящее время сообщения обычно шифруются и дешифруются с использованием сложных алгоритмов, созданных с использованием комбинаций этих технологий. Однако, независимо от того, насколько сильным будет шифрование, всегда будут люди, работающие над его взломом.
Взлом кода
Вы можете заметить, что даже без ключа шифр Цезаря не так сложно взломать. Каждая буква может принимать только 25 разных значений, а для большинства значений сообщение не имеет смысла. С помощью проб и ошибок вы сможете расшифровать сообщение без особых усилий.
Взлом шифрования с использованием всех возможных вариаций называют брутфорсом (bruteforce, англ. - грубая сила). Такой взлом предполагает подбор всех возможных элементов до тех пор, пока решение не будет найдено. С увеличением вычислительных мощностей брутфорс становится всё более реалистичной угрозой, единственный способ защиты от которой - увеличение сложности шифрования. Чем больше возможных ключей, тем сложнее получить доступ к вашим данным «грубой силой».
Современные шифры позволяют использовать триллионы возможных ключей, делая брутфорс менее опасным. Тем не менее утверждается, что суперкомпьютеры и в особенности квантовые компьютеры вскоре смогут взломать большинство шифров посредством брутфорса из-за своих непревзойдённых вычислительных мощностей.
Как уже говорилось, расшифровка сообщений со временем становится всё труднее. Но нет ничего невозможного. Любой шифр неотъемлемо связан с набором правил, а правила в свою очередь могут быть проанализированы. Анализом правил занимается более тонкий метод дешифровки сообщений - частотный анализ.
С колоссальным усложнением шифров в наши дни эффективный частотный анализ можно осуществить только с использованием компьютеров, но это всё ещё возможно. Этот метод анализирует повторяющиеся события и пытается найти ключ, используя эту информацию.
Давайте снова рассмотрим пример шифра Цезаря, чтобы разобраться. Мы знаем, что буква E используется гораздо чаще, чем другие буквы в латинском алфавите. Когда мы применяем это знание к зашифрованному сообщению, мы начинаем искать букву, которая повторяется чаще всего. Мы находим, что буква H используется чаще других, и проверяем наше предположение, применяя к сообщению сдвиг -3. Чем длиннее сообщение, тем легче применить к нему частотный анализ.
uh
Криптография и криптовалюты
Большинство криптовалют служат совершенно другим целям, нежели отправка секретных сообщений, но, несмотря на это, криптография играет здесь ключевую роль. Оказалось, что традиционные принципы криптографии и используемые для неё инструменты имеют больше функций, чем мы привыкли считать.
Наиболее важные новые функции криптографии - это хеширование и цифровые подписи.
Хеширование
Хеширование - это криптографический метод преобразования больших объёмов данных в короткие значения, которые трудно подделать. Это ключевой компонент технологии блокчейн, касающийся защиты и целостности данных, протекающих через систему.
Этот метод в основном используется для четырёх процессов:
- верификация и подтверждение остатков в кошельках пользователей;
- кодирование адресов кошельков;
- кодирование транзакций между кошельками;
- майнинг блоков (для криптовалют, предполагающих такую возможность) путём создания математических головоломок, которые необходимо решить, чтобы добыть блок.
Цифровые подписи
Цифровая подпись в некотором смысле представляет собой аналог вашей реальной подписи и служит для подтверждения вашей личности в сети. Когда речь заходит о криптовалютах, цифровые подписи представляют математические функции, которые сопоставляются с определённым кошельком.
Таким образом, цифровые подписи - это своего рода способ цифровой идентификации кошелька. Прилагая цифровую подпись к транзакции, владелец кошелька доказывает всем участникам сети, что сделка исходила именно от него, а не от кого-либо другого.
Цифровые подписи используют криптографию для идентификации кошелька и тайно связаны с общедоступным и приватным ключами кошелька. Ваш общедоступный ключ - это аналог вашего банковского счёта, в то время как приватный ключ - ваш пин-код. Не имеет значения, кто знает номер вашего банковского счета, потому что единственное, что с ним смогут сделать, - это внести деньги на ваш счёт. Однако, если они знают ваш пин-код, у вас могут возникнуть реальные проблемы.
В блокчейне приватные ключи используются для шифрования транзакции, а открытый ключ - для дешифровки. Это становится возможным, потому что отправляющая сторона отвечает за транзакцию. Передающая сторона шифрует транзакцию своим приватным ключом, но её можно дешифровать с помощью открытого ключа получателя, потому что единственное назначение этого процесса заключается в верификации отправителя. Если открытый ключ не срабатывает при дешифровке транзакции, она не выполняется.
В такой системе открытый ключ распространяется свободно и тайно соотносится с приватным ключом. Проблемы нет, если открытый ключ известен, но приватный ключ всегда должен находиться в тайне. Несмотря на соотношение двух ключей, вычисление приватного ключа требует невероятных вычислительных мощностей, что делает взлом финансово и технически невозможным.
Необходимость защиты ключа - основной недостаток этой системы. Если кому-то станет известен ваш приватный ключ, он сможет получить доступ к вашему кошельку и совершать с ним любые транзакции, что уже происходило с Bloomberg, когда один из ключей сотрудников был показан по телевизору.
Заключение
Криптография в блокчейне имеет множество разных уровней. В этой статье рассматриваются только основы и общие принципы использования криптографии, однако этот вопрос куда глубже, чем может показаться на первый взгляд.
Важно понимать взаимосвязь между криптографией и технологией блокчейн. Криптография позволяет создать систему, в которой сторонам не нужно доверять друг другу, так как они могут положиться на используемые криптографические методы.
С момента своего появления в 2009 году криптографическая защита блокчейна биткоина выдержала все попытки подделки данных, а их было бесчисленное множество. Новые криптовалюты реализуют ещё более безопасные методы криптографии, некоторые из которых даже защищены от брутфорса квантовых процессоров, то есть предупреждают угрозы будущего.
Без криптографии не могло быть биткоина и криптовалют в целом. Удивительно, но этот научный метод, изобретённый тысячи лет назад, сегодня держит наши цифровые активы в целости и сохранности.
С давнего времени люди стремились к созданию возможности защищать различную информацию от посторонних глаз с помощью ее преобразования. Криптографию можно считать ровесницей возникновения языка человека. Изначально письменность представляла собой криптографическую систему, недаром в древнее время ее знали лишь немногочисленные люди. Об этом факте могут свидетельствовать Древнеегипетские и Древнеиндийские рукописи. Итак, криптография являет собой специфический метод информационной защиты, который имеет долгую историю развития. А криптология – своеобразное течение, которое занимается научным изучением и разработкой способов, методики, средств криптографического шифрования информации.
Криптология – научное течение, которое изучает вопросы безопасной связи, используя зашифрованные предложения. Эта наука подразделяется на 2 направления.
- Криптография являет собой науку, которая изучает безопасную методику связи, создание стойких систем, обеспечивающих зашифровку. Этот раздел отвечает за поиск методики изменения информации с помощью математики.
- Криптоанализ представляет собой раздел, который исследуют возможность прочтения текста без применения ключа, то есть изучает возможности взлома.
Криптоаналитики – люди, которые изучают криптоанализ и исследуют разработанные шифры.
Шифр – система обратимой замены открытого текста различной вариацией зашифрованных текстов, которая необходима для защиты сообщений.
Зашифрование – процесс использования шифров по отношению к сообщению.
Расшифрование – обратный процесс применения системы зашифровки к видоизмененному письму.
Дешифрование – чтение сообщения без использования ключа, иными словами, взлом сообщения, отредактированного шифром.
Как развивалась криптология, и основные этапы видоизменения
В 1987 году на территории Соединенных Штатов Америки для использования широкими массами был распространен национальный стандарт криптографии, через 2 года такое шифрование информации было принято и в России.
Выделяется 3 этапа развития этого научного течения. Первый из них являет собой время донаучной криптологии, которая распространялась между немногочисленными искусными умельцами и являлась ремеслом. Второй этап датируется 1949 годом, а именно выпуском работы К. Шеннона, которая рассматривает связь в секретных системах. В этом труде исследователь фундаментально изучает шифры и самые важные вопросы, возникающие по их устойчивости. Этот труд и стал отправной точкой, с которой криптологическую науку начинают считать прикладной математической дисциплиной. Третий период начинается с выпуском труда «Новейшие направления в криптографии», который был распространен в 1976 году исследователями У. Диффи и М. Хеллманом. В этом труде была показана возможность секретной связи без предварительного распространения секретного ключевого шифровального метода.
В этом видео можно узнать, как работает алгоритм Диффи и Хеллмана на просто и понятном примере.
Криптология, как наука: история появления до нашей эры
В древнее время, когда возможность письменности принадлежала немногим людям, она воспринималась как методика сокрытия информации. В 10 столетии до нашей эры появились древние шифротексты, которые были найдены при археологических раскопках на территории Месопотамии. Сообщение записывалось на табличке из глины, оно содержало рецептуру замешивания глазури для обработки керамических изделий.
В середине 9 столетия до нашей эры стал использоваться скиталь – устройство для шифрования. Скиталь действовал на основе шифрования с перестановкой. Чтобы дешифровать текст, необходимо было намотать полученную ленту на конус. В том месте, где образовывались читаемые слова, определялся необходимый диаметр, с помощью которого и читался полный текст. Этот метод придумал Аристотель.
В 56 году до нашей эры Юлий Цезарь активно пользовался шифром замены. Он заключался в переписывании алфавита со сдвигом по определенному численному циклу под алфавитом открытого письма. Символы открытого сообщения, находящегося сверху, сменялись символами нижнего алфавита.
История развития: наша эра
В 5 столетии наблюдался закат криптографического развития. Это обусловлено преследованием церковью тайнописи, которую она воспринимала колдовством. Это было обусловлено тем, что зашифрованные мысли были недоступны для прочтения церковными служащими.
Р. Бэконом было рассмотрено 7 систем шифровальной письменности. В это время большое количество методик секретного письма использовались для сокрытия научных исследований.
Во второй половине 15 столетия математик Л. Б. Альберта, находясь в Ватикане, написал книгу. В этом труде были рассмотрены шифровальные замены с применением 2 концентрических кругов. По периметру одного круга был изображен открытый алфавит, а по периметру другого – зашифрованная система.
И. Тритемием был написал учебник по криптографии, который оказался первейшим трудом такого содержания. Именно он предложил методику шифрования «Аве Мария» с использованием многозначной заменой. В этой методике каждый буквенный символ текста имел вариацию замен. В конце шифрования получался псевдооткрытое письмо.
Д. Кардано изобрел шифровальную систему, которая основывалась на использовании картонного куска, где была размечена решетка, и находились отверстия, которые нумеровались в произвольном порядке. Для получения видоизмененного сообщения требовалось записывать буквенные обозначения в отверстия в соответствие с выбранной нумерацией.
История развития с 17 столетия
Лорд Ф. Бэкон впервые начал шифровать буквы с помощью 5-значного двоичного кода, состоящего из 0 и 1.
В 17 столетии изобрели словарные методики зашифровки, в которых буквенные обозначения записывались 2 числами – номерным числом строки и конкретным номером буквы в строчке подобранной распространенной книги.
К. Гаусс пользовался рандомной зашифровкой сообщения. В нем зачастую встречающиеся символы сменялись буквенными обозначениями соответствующих групп.
До нашего времени криптографические исследования находили свое применение для сохранности тайны государства, поэтому специальные органы разрабатывали стойкие системы. В настоящие дни сфера информационной защиты активно расширяет свои границы. Актуальным становится проведение системного анализа средств криптографии с учетом возможного варианта их активного использования для сохранности в секретах в разных условиях. Также последние годы развития криптологии отличаются разработкой новейших методик зашифровки данных, которые способны самым активным образом применяться для видоизменения письма по сравнению с традиционным криптографическим шифрованием.
В этом видео можно узнать о том, что такое криптография, асимметричном и ассиметричном шифровании на понятном и доступном языке. Обязательно оставляйте свои вопросы и пожелания в
Криптографические методы защиты информации
Проблема защиты информации путем ее преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом, волновала человеческий ум с давних времен. История криптографии - ровесница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные. Священные книги Древнего Египта, Древней Индии тому примеры.
Криптографическое закрытие является специфическим способом защиты информации, оно имеет многовековую историю развития и применения. В США в 1978 году утвержден и рекомендован для широкого применения национальный стандарт (DES) криптографического закрытия информации. Подобный стандарт в 1989 году (ГОСТ 28147-89) утвержден и у нас в стране. Интенсивно ведутся исследования с целью разработки высокостойких и гибких методов криптографического закрытия информации. Более того, сформировалось самостоятельное научное направление - криптология, изучающая и разрабатывающая научно-методологические основы, способы, методы и средства криптографического преобразования информации.
Можно выделить следующие три периода развития криптологии. Первый период - эра донаучной криптологии, являвшейся ремеслом - уделом узкого круга искусных умельцев. Началом второго периода можно считать 1949 год, когда появилась работа К. Шеннона «Теория связи в секретных системах», в которой проведено фундаментальное научное исследование шифров и важнейших вопросов их стойкости. Благодаря этому труду криптология оформилась как прикладная математическая дисциплина. И, наконец, начало третьему периоду было положено появлением в 1976 году работы У. Диффи, М. Хеллмана «Новые направления в криптографии», где показано, что секретная связь возможна без предварительной передачи секретного ключа. Так началось и продолжается до настоящего времени бурное развитие наряду с обычной классической криптографией и криптографии с открытым ключом.
Еще несколько веков назад само применение письменности можно было рассматривать как способ закрытия информации, так как владение письменностью было уделом немногих.
XX в. до н. э. При раскопках в Месопотамии был найден один из самых древних шифротекстов. Он был написан клинописью на глиняной табличке и содержал рецепт глазури для покрытия гончарных изделий, что, по-видимому, было коммерческой тайной. Известны древнеегипетские религиозные тексты и медицинские рецепты.
Середина IX в. до н. э. Именно в это время, как сообщает Плутарх, использовалось шифрующее устройство - скиталь, которое реализовывало так называемый шифр перестановки. При шифровании слова писались на узкую ленту, намотанную на цилиндр, вдоль образующей этого цилиндра (скиталя). После этого лента разматывалась, и на ней оставались переставленные буквы открытого текста. Неизвестным параметром-ключом в данном случае служил диаметр этого цилиндра. Известен и метод дешифрования такого шифротекста, предложенный Аристотелем, который наматывал ленту на конус, и то место, где появлялось читаемое слово или его часть, определяло неизвестный диаметр цилиндра.
56 г. н. э. Во время войны с галлами Ю. Цезарь использует другую разновидность шифра - шифр замены. Под алфавитом открытого текста писался тот же алфавит со сдвигом (у Цезаря на три позиции) по циклу. При шифровании буквы открытого текста у верхнего алфавита заменялись на буквы нижнего алфавита. Хотя этот шифр был известен до Ю. Цезаря, тем не менее, шифр был назван его именем.
Другим более сложным шифром замены является греческий шифр - «квадрат Полибия». Алфавит записывается в виде квадратной таблицы. При шифровании буквы открытого текста заменялись на пару чисел - номера столбца и строки этой буквы в таблице. При произвольном расписывании алфавита по таблице и шифровании такой таблицей короткого сообщения этот шифр является стойким даже по современным понятиям. Идея была реализована в более сложных шифрах, применявшихся во время Первой мировой войны.
Крах Римской империи в V в. н. э. сопровождался закатом искусства и наук, в том числе и криптографии. Церковь в те времена преследовала тайнопись, которую она считала чернокнижием и колдовством. Сокрытие мыслей за шифрами не позволяло церкви контролировать эти мысли.
Р. Бэкон (1214-1294) - францисканский монах и философ - описал семь систем секретного письма. Большинство шифров в те времена применялись для закрытия научных записей.
Вторая половина XVв. Леон Баттиста Альберта, архитектор и математик, работал в Ватикане, автор книги о шифрах, где описал шифр замены на основе двух концентрических кругов, по периферии которых были нанесены на одном круге - алфавит открытого текста, а на другом - алфавит шифротекста. Важно, что шифроалфавит был непоследовательным и мог быть смещен на любое количество шагов. Именно Альберта впервые применил для дешифрования свойство неравномерности встречаемости различных букв в языке. Он впервые также предложил для повышения стойкости применять повторное шифрование с помощью разных шифросистем.
Известен факт, когда король Франции Франциск I в 1546 году издал указ, запрещающий подданным использование шифров. Хотя шифры того времени были исключительно простыми, они считались нераскрываемыми.
Иоганн Тритемий (1462-1516) - монах-бенедиктинец, живший в Германии. Написал один из первых учебников по криптографии. Предложил оригинальный шифр многозначной замены под названием «Ave Maria». Каждая буква открытого текста имела не одну замену, а несколько, по выбору шифровальщика. Причем буквы заменялись буквами или словами так, что получался некоторый псевдооткрытый текст, тем самым скрывался сам факт передачи секретного сообщения. Разновидность шифра многозначной замены применяется до сих пор, например в архиваторе ARJ.
Джироламо Кардано (1506-1576) - итальянский математик, механик, врач - изобрел систему шифрования, так называемую решетку Кардано, на основе которой, например, был создан один из наиболее стойких военно-морских шифров Великобритании во время Второй мировой войны. В куске картона с размеченной решеткой определенным образом прорезались отверстия, нумерованные в произвольном порядке. Чтобы получить шифротекст, нужно положить этот кусок картона на бумагу и начинать вписывать в отверстия буквы в выбранном порядке. После снятия картона промежутки бессмысленного набора букв дописывались до псевдосмысловых фраз, так можно было скрыть факт передачи секретного сообщения. Скрытие легко достигается, если эти промежутки большие и если слова языка имеют небольшую длину, как, например, в английском языке. «Решетка Кардано» - это пример шифра перестановки.
XVI в. Шифры замены получили развитие в работах итальянца Джованни Батиста Порты (математик) и француза Блеза де Вижинера (дипломат).
Система Вижинера в том или ином виде используется до настоящего времени, поэтому ниже она будет рассмотрена достаточно детально.
XVII в. Кардинал Ришелье (министр при короле Франции Людовике XIII) создал первую в мире ифрслужбу.
Лорд Френсис Бэкон (1562-1626) был первым, кто обозначил буквы 5-значным двоичным кодом: А = 00001, В = 00010, ... и т. д. Правда, Бэкон никак не обрабатывал этот код, поэтому такое закрытие было совсем нестойким. Просто интересно, что через три века этот принцип был положен в основу электрической и электронной связи. Тут уместно вспомнить коды Морзе, Бодо, международный телеграфный код № 2 (МККТТ-2), код ASCII, также представляющие собой простую замену.
В XVII же веке были изобретены так называемые словарные шифры. При шифровании буквы открытого текста обозначались двумя числами - номером строки и номером буквы в строке на определенной странице какой-нибудь выбранной распространенной книги. Эта система является довольно стойкой, но неудобной. К тому же книга может попасть в руки противника.
К. Гаусс (1777-1855) - великий математик тоже не обошел своим вниманием криптологию. Он создал шифр, который ошибочно считал нераскрываемым. При его создании использовался интересный прием - рандомизация (random - случайный) открытого текста. Открытый текст можно преобразовать в другой текст, содержащий символы большего алфавита, путем замены часто встречающихся букв случайными символами из соответствующих определенных им групп. В получающемся тексте все символы большого алфавита встречаются с примерно одинаковой частотой. Зашифрованный таким образом текст противостоит методам раскрытия на основе анализа частот появления отдельных символов. После расшифрования законный получатель легко снимает рандомизацию. Такие шифры называют «шифрами с многократной подстановкой» или «равночастотными шифрами».
Как известно, до недавнего времени криптографические средства использовались преимущественно (если не всецело) для сохранения государственной тайны, поэтому сами средства разрабатывались специальными органами, причем использовались криптосистемы очень высокой стойкости, что, естественно, сопряжено было с большими затратами. Однако, поскольку сфера защиты информации в настоящее время резко расширяется, становится весьма целесообразным системный анализ криптографических средств с учетом возможности и целесообразности их широкого применения для сохранения различных видов секретов и в различных условиях. Кроме того, в последние годы интенсивно разрабатываются новые способы криптографического преобразования данных, которые могут найти более широкое по сравнению с традиционным применение.
Криптографические методы защиты информации могут применяться как для защиты информации, обрабатываемой в ЭВМ или хранящейся в различного типа ЗУ, так и для закрытия информации, передаваемой между различными элементами системы по линиям связи. Криптографическое преобразование как метод предупреждения несанкционированного доступа к информации имеет многовековую историю. В настоящее время разработано большое количество различных методов шифрования, созданы теоретические и практические основы их применения. Подавляющие число этих методов может быть успешно использовано и для закрытия информации.
Почему проблема использования криптографических методов в информационных системах (ИС) стала в настоящий момент особо актуальна?
С одной стороны, расширилось использование компьютерных сетей, в частности глобальной сети Интернет, по которым передаются большие объемы информации государственного, военного, коммерческого и частного характера, не допускающего возможность доступа к ней посторонних лиц.
С другой стороны, появление новых мощных компьютеров, технологий сетевых и нейронных вычислений сделало возможным дискредитацию криптографических систем, еще недавно считавшихся практически не раскрываемыми.
Проблемой защиты информации путем ее преобразования занимается криптология (kryptos - тайный, logos - наука).
Криптология – это наука, изучающая и разрабатывающая научно-методологические основы, способы, методы и средства криптографического преобразования информации.
Криптология разделяется на два направления - криптографию и криптоанализ. Цели этих направлений прямо противоположны.
Криптография занимается поиском и исследованием математических методов преобразования информации.
Криптоанализ - исследование возможности расшифровывания информации без знания ключей.
Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:
1. Симметричные криптосистемы.
2. Криптосистемы с открытым ключом.
3. Системы электронной подписи.
4. Управление ключами.
Основные направления использования криптографических методов - передача конфиденциальной информации по каналам связи (например, электронная почта), установление подлинности передаваемых сообщений, хранение информации (документов, баз данных) на носителях в зашифрованном виде.
Криптографические методы защиты информации в автоматизированных системах могут применяться как для защиты информации, обрабатываемой в ЭВМ или хранящейся в различного типа ЗУ, так и для закрытия информации, передаваемой между различными элементами системы по линиям связи. Криптографическое преобразование как метод предупреждения несанкционированного доступа к информации имеет многовековую историю. В настоящее время разработано большое количество различных методов шифрования, созданы теоретические и практические основы их применения. Подавляющие число этих методов может быть успешно использовано и для закрытия информации.
Глава вторая — «Определения и классификация» —также очень краткая, говорит сама за себя. В ней даны определения и некоторые обсуждения основных понятий современной криптологии. Два наилучших из известных таких кандидата были спроектированы вскоре после того, как Диффи и Хеллман ввели понятие криптографии с открытым ключом. Одна из них, так называемая ранцевая криптосистема Меркля(R.C. Случайность и криптография очень сильно взаимосвязаны. Основная цель криптосистем состоит в том, чтобы преобразовать неслучайные осмысленные открытые тексты в кажущийся случайным беспорядок. Криптография с открытым ключом в значительной степени решает проблему распространения ключей, которая является довольно серьезной для криптографии с секретным ключом. Используемая таким образом система вероятностного шифрования в известной степени очень похожа на систему с открытым ключом.
А криптология – своеобразное течение, которое занимается научным изучением и разработкой способов, методики, средств криптографического шифрования информации. Криптология – научное течение, которое изучает вопросы безопасной связи, используя зашифрованные предложения. Криптография являет собой науку, которая изучает безопасную методику связи, создание стойких систем, обеспечивающих зашифровку. Криптоанализ представляет собой раздел, который исследуют возможность прочтения текста без применения ключа, то есть изучает возможности взлома.
Криптология и криптография
Прикладная криптография, что соответствует названию, больше занимается вопросами применения достижений теоретической криптографии для нужд конкретных применений на практике. 1.1.Первые понятия криптологии. Криптологию принято делить на две части: криптографию и криптоанализ, в соответствии с аспектами синтеза и анализа. Криптография — наука о методах обеспечения безопасности, то есть более занимается вопросами синтеза систем. У нас в стране имеет место и другая терминология, когда термин «криптография» использовался для названия всей науки, а криптоанализ назывался дешифрованием.
Криптология состоит из двух частей - криптографии и криптоанализа.
Второй этап датируется 1949 годом, а именно выпуском работы К. Шеннона, которая рассматривает связь в секретных системах. В этом труде исследователь фундаментально изучает шифры и самые важные вопросы, возникающие по их устойчивости. Третий период начинается с выпуском труда «Новейшие направления в криптографии», который был распространен в 1976 году исследователями У. Диффи и М. Хеллманом. В середине 9 столетия до нашей эры стал использоваться скиталь – устройство для шифрования. Р. Бэконом было рассмотрено 7 систем шифровальной письменности. В это время большое количество методик секретного письма использовались для сокрытия научных исследований. И. Тритемием был написал учебник по криптографии, который оказался первейшим трудом такого содержания.
