Криптология: точки соприкосновения математики и языкознания

Городская открытая научно-практическая конференция

школьников и студентов «Содружество»

Тема: Криптология: точки соприкосновения математики и языкознания

АВТОР: Пушко Дарья

Россия, г.Зеленогорск

Красноярского края

школа №164, 10А класс

РУКОВОДИТЕЛИ: Камышенко Г.Н.,

Линдт Т.Л.

учителя гимназии №164

Зеленогорск

2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	3
I ГЛАВА КРИПТОГРАФИЯ: ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ ТАЙНОПИСЬ В РОССИИ ШИФРЫ ПОДПОЛЬЯ ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ В ЦИФРАХ	4 - 7 8 10
II ГЛАВА РОЛЬ ЯЗЫКА В СОСТАВЛЕНИИ И РАЗГАДКЕ ШИФРОВ ЛИТЕРАТУРНЫЙ КРИПТОАНАЛИЗ ЗАКЛЮЧЕНИЕ	11 - 14 17
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	18

ВВЕДЕНИЕ

Уже неоднократно обсуждалась проблема совмещенного изучения двух, а то и несколько предметов школьной программы. В жизни невозможно обойтись без предметов, которые являются базовыми для школьной программы: элементарных основ физики, математики, химии, литературы, информатики. Изучая каждый предмет по отдельности, трудно понять всю его значимость и роль. Существуют и такие науки, где важен не только математический склад ума и умение использовать законы естественных наук, но и знания в гуманитарной области.

Неоспорим и тот факт, что все наиболее существенные открытия нашего времени происходят не в одной изолированной науке, а при непосредственном взаимодействии с другими дисциплинами. Следствием этого является важность междисциплинных проблем, однако основной акцент пока делается лишь на связях между предметами одного цикла – только естественного или гуманитарного. Между тем наука давно уже осознала и признала необходимость «наведения мостов» между естественными и гуманитарными дисциплинами, такими как языкознание и математика. В связи с введением профильного обучения большое значение приобрела проблема создания такого курса, который бы объединял две центральные дисциплины каждого цикла – языкознание и математику, представляется весьма актуальной. Наука криптология как раз совмещает в себе два этих основных предмета школьного образования.

Цель работы: изучив литературу по криптологии, выявить связь между лингвистикой и математикой.

Логичным следствием этого явились поставленные нами задачи:

• выяснить, что включает в себя понятие «криптология»;

• узнать, какие известны способы шифрования;

• изучить сферы использования шифров;

• выявить роль языка в разгадке шифров.

I ГЛАВА

КРИПТОГРАФИЯ: ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ

Исторически криптография зародилась из потребности передачи секретной информации. Длительное время она была связана только с разработкой специальных методов преобразования информации с целью ее представления в форме недоступной для потенциального злоумышленника. С началом применения электронных способов передачи и обработки информации задачи криптографии начали расширяться.

В настоящее время, когда компьютерные технологии нашли массовое применение, проблематика криптографии включает многочисленные задачи, которые не связаны непосредственно с засекречиванием информации. Современные проблемы криптографии включают разработку систем электронной цифровой подписи и тайного электронного голосования, протоколов электронной жеребьевки и идентификации удаленных пользователей, методов защиты от навязывания ложных сообщений и т.п. Специфика криптографии состоит в том, что она направлена на разработку методов, обеспечивающих стойкость к любым действиям злоумышленника, в то время как на момент разработки криптосистемы невозможно предусмотреть все способы атаки, которые могут быть изобретены в будущем на основе новых достижений теории и технологического прогресса.

Криптоанализ – наука (и практика ее применения) о методах и способах вскрытия шифров. Криптография и криптоанализ составляют единую область знаний – криптологию, которая в настоящее время является областью современной математики, имеющий важные приложения в современных информационных технологиях.

Термин «криптография» ввел Д.Валлис. Потребность шифровать сообщения возникла очень давно. В V – VI вв. до н. э. греки применяли специальное шифрующее устройство. По описанию Плутарха, оно состояло из двух палок одинаковой длины и толщины. Одну оставляли себе, а другую отдавали отъезжающему. Эти палки называли скиталами. Когда правителям нужно было сообщить какую-нибудь важную тайну, они вырезали длинную и узкую, вроде ремня, полоску папируса, наматывали ее на свою скиталу, не оставляя на ней никакого промежутка, так чтобы вся поверхность палки была охвачена полосой. Затем, оставляя папирус на скитале в том виде, как он есть, писали на нем все, что нужно, а написав, снимали полосу и без палки отправляли адресату. Так как буквы на ней разбросаны в беспорядке, то прочитать написанное он мог, только взяв свою скиталу и намотав на нее без пропусков эту полосу.

Аристотелю принадлежит способ дешифрования этого шифра. Надо изготовить длинный конус и, начиная с основания, обертывать его лентой с шифрованным сообщением, сдвигая ее к вершине. В какой-то момент начнут просматриваться куски сообщения. Так можно определить диаметр скиталы.

В Древней Греции (II в. до н. э.) был известен шифр, называемый «квадрат Полибия». Это устройство представляло собой квадрат 5*5, столбцы и строки которого нумеровались от 1 до 5. В каждую клетка этого квадрата записывалась одна буква (в греческом алфавит одна клетка оставалась пустой, а в латинском в одну клетку записывалось две буквы: I, J).

	1	2	3	4	5
1	A	B	C	D	E
2	F	G	H	I,J	K
3	L	M	N	O	P
4	Q	R	S	T	U
5	V	W	X	Y	Z

В результате каждой букве отвечала пара чисел и шифрованное сообщение превращалось в последовательность пар чисел.

Например¹

13	34	22	24	44	34	15	42	22	34	43	45	32
C	O	G	I	T	O	E	R	G	O	S	U	M

Шифр Цезаря

В I в до н. э. Гай Юлий Цезарь во время войны с галлами, переписываясь со своими друзьями в Риме, заменял в сообщении первую букву латинского алфавита (А) на четвертую (D), вторую (В) – на пятую (Е), наконец, последнюю – на третью:

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

A

B

C

Сообщение об одержанной им победе выглядело так: YHQL YLGL YLFL²

Император Август (I в. до н. э.) в своей переписке заменял первую букву на вторую, вторую – на третью и т.д., наконец, последнюю – на первую:

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

A

Его любимое изречение было: GFTUJOB MFOUF³

Квадрат Полибия, шифр Цезаря входят в класс шифров, называемых «подстановка» или «простая замена». Это такой шифр, в котором каждой букве алфавита соответствует буква, цифра, символ или какая-нибудь комбинация.

К классу «перестановка» относится шифр «маршрутная транспозиция» и его вариант «постолбцовая транспозиция». В каждом из них в прямоугольник [n*m] сообщение вписывается заранее обусловленным способом, а столбцы нумеруются или обычным порядком следования, или в порядке следования букв ключа – буквенного ключевого слова. Так, ниже в первом прямоугольнике столбцы нумеруются в обычном порядке следования – слева направо, а во втором – в порядке следования букв слова «Петербург».

Используя расположение букв этого ключа в алфавите, получим набор чисел
[5 3 8 4 6 1 9 7 2]:

5	3	8	4	6	1	9	7	2
п	р	и	л	е	п	л	я	я
с	я	п	р	е	м	у	д	р
у	м	п	р	е	м	у	д	р
б	у	д	е	ш	ь	а	б	в

1	2	3	4	5	6	7	8	9
п	р	и	л	е	п	л	я	я
р	д	у	м	е	р	п	я	с
у	м	п	р	е	м	у	д	р
в	б	а	ь	ш	е	д	у	б

В первом случае шифрованный текст найдем, если будем выписывать буквы очередного столбца в порядке следования столбцов (прямом или обратном), во втором, - если будем выписывать буквы столбца в порядке следования букв ключа. Таким образом будем иметь:

1. прувр дмбиу палмр ьеееш прмел пудяя дуясрб;

2. пммья ррвря мулрр епсуб еееешя ддбил пдлууа.

К классу «перестановка» принадлежит и шифр, называемый «решетка Кардано». Это прямоугольная карточка с отверстиями, чаще всего квадратная, которая при наложении на лист бумаги оставляет открытыми лишь некоторые его части. Число строк и столбцов в карточке четно. Карточка сделана так, что при ее последовательном использовании (поворачивании) каждая клетка лежащего под ней листа окажется занятой. Карточку сначала поворачивают вдоль вертикальной оси симметрии на 180є, а затем вдоль горизонтальной оси также на 180є. И вновь повторяют ту же процедуру:

Если решетка Кардано – квадрат, то возможен второй вариант самосовмещений фигуры, а именно, последовательные повороты вокруг центра квадрата на 90є.

Рассмотрим примеры:

Легко прочесть зашифрованное квадратной решеткой Кардано сообщение:

«вавочс муноти мыжрое ьухсой мдосто яаснтв»⁴

Второе сообщение:

«ачшдеалб еымтяовн лыриелбм

оянгеаюш дтинрент еоеыпрни»⁵

также нетрудно расшифровать, пользуясь прямоугольной решеткой.

ТАЙНОПИСЬ В РОССИИ

Первое известное применение тайнописи в России относится к XIII в. Эту систему называли «тарабарской грамотой». В этой системе согласные буквы заменяются по схеме:

Б	В	Г	Д	Ж	З	К	Л	М	Н
Щ	Ш	Ч	Ц	Х	Ф	Т	С	Р	П

(при шифровании буквы, расположенные на одной вертикали, переходят одна в другую), остальные буквы остаются без изменения. Так, известная пословица, записанная этим шифром, выглядит так: «МЫЩАЛ ЧОСОШ ЫСПИЕК»⁶.

Образцом алфавита, придуманного во второй половине XVII в. специально для передачи секретных сообщений, может служить тайнопись «уголки» и ключ к ней. Эта тайнопись состоит в замене обычных букв угольниками и четырехугольниками, заимствованными из решетки, составленной из двух параллельных линий, пересеченных двумя такими же линиями под прямым углом. В полученных клетках размещены по четыре и три буквы в порядке следования букв алфавита. В тайнописи буквы заменяются, при этом первая – простым угольником, а следующие – те же угольником с одной, двумя или тремя точками, смотря по месту буквы в нем.

а б в г	д е ё ж з и й
к л м н	о п р с т у ф
х ц ч ш	щ ъ ы ь э ю я

Ключ к шифру «уголки»

. : :.	. : . : :.
. : :.	. : . : :.
. : :.	. : . : :.

В эпоху Петра I в качестве системы шифрования широко употреблялась «цифирь» или «цифирная азбука». Цифирь – это шифр простой замены, в котором буквам сообщения соответствовали шифрообозначения, представляющие собой буквы, слоги, слова или какие-нибудь другие знаки. При этом использовались и «пустышки» - шифрообозначения, которым не соответствовали никакие знаки открытого текста, то есть передаваемого сообщения. В госархиве сохранились письма Петра, в которых он передавал цифири различным деятелям для корреспонденции (П.А.Толстому, А.Д.Меньшикову и т.д.).

В эпоху царствования Елизаветы Петровны обычным делом была перлюстрация переписки иностранных дипломатов. Результаты этой «работы» несколько раз в месяц докладывались царице. Некоторое время «специалисты» по перлюстрации пропускали те места корреспонденций, смысл которых им был непонятен. В 1742 г. канцлер А.П.Бестужев-Рюмин пригласил на службу в коллегию иностранных дел математика, академика Петербургской АН Христиана Гольдбаха. С этого времени перлюстраторам было дано распоряжение тщательно копировать письма, не опуская при этом кажущихся им мелочей. В результате только за июль – декабрь 1743 г. Х.Гольдбах смог дешифровать 61 письмо министров прусского и французского дворов. В итоге переписка иностранных послов в конце XVIII в. перестала быть тайной для дешифровальной службы России. За свою успешную работу Х.Гольдбах был пожалован в тайные советники с ежегодным окладом в 4500 руб.

ШИФРЫ ПОДПОЛЬЯ

1. Тюремная азбука – аналог квадрата Полибия.

Она позволяла путем перестукивания сообщаться заключенным разных камер. Эта азбука устроена так: в прямоугольник 6*5 записываются буквы русского алфавита в обычном порядке следования, кроме букв «Ё», «Й» и «Ъ». В результате получается таблица:

	1	2	3	4	5
1	А	Б	В	Г	Д
2	Е	Ж	З	И	К
3	Л	М	Н	О	П
4	Р	С	Т	У	Ф
5	Х	Ц	Ч	Ш	Щ
6	Ь	Ы	Э	Ю	Я

Каждая из основных букв русского алфавита (без букв «Ё», «Й» и «Ъ») определяется парой чисел – номером строки и столбца. Поэтому вопрос: «Кто здесь?» изображается следующим образом:

.. ..... .... ... ... .... .. ... . ..... .. . .... .. ...... . .... ......

2. Парный шифр, ключом которого является фраза, содержащая 15 разных букв. Подписывая под этими буквами буквы в алфавитном порядке, не вошедшие в этот ключ, получаем разбиение 30 основных букв русского алфавита на пары. Чтобы получить из сообщения шифрованный текст, заменяют каждую букву сообщения своим напарником. Так, выбирая в качестве ключа фразу «железный шпиц дома лежит», получим разбиение основных букв русского алфавита на пары, как указано ниже:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ЖЕЛЕЗНЫЙ ШПИЦ ДОМА ЛЕЖИТ

Б В Г К Р С У Ф Х Ч Щ Ь Э Ю Я

Таким образом, получаем отображение букв основного алфавита (без букв «Ё», «Й» и «Ъ») на последовательность, состоящую из тех же букв:

а

б

в

г

д

е

ж

з

и

к

л

м

н

о

п

р

с

т

у

ф

х

ц

ч

ш

щ

ь

ы

э

ю

я

ю

ж

е

л

щ

в

б

к

х

з

г

э

р

ь

ф

н

ы

я

ш

п

и

ч

ц

у

д

о

с

м

а

т

Поэтому сообщение «Встреча отменяется, явка раскрыта», переходит в следующий шифротекст: «ЕЫЯНВ ЦЮЬЯЭ ВРТВЯ ЫТТЕЗ ЮНЮЫЗ НСЯЮ»

Очевидно, что в качестве ключа можно также использовать любую фразу, в которой имеется не менее 15 разных букв основного алфавита.

3. По стихотворению – вариант шифра «по книге».

Корреспонденты договариваются о достаточно объемном стихотворном произведении, которое заучивают наизусть. Например, роман «Евгений Онегин» или поэма «Кому на Руси жить хорошо». Каждую букву сообщения шифруют парой чисел – номером строки, где встречается эта буква, и номером буквы в ней.

Пусть выбрана поэма «Кому на Руси жить хорошо». Пролог поэмы начинается строфой:

1 2 3 4 5 6 7 8

В каком году – рассчитывай, В какой земле – угадывай, На столбовой дороженьке Сошлись семь мужиков: Семь временнообязанных, Подтянутой губернии Уезда Терпигорева, Пустопорожней волости,

9 10 11 12 13 14 15 16

Из смежных деревень: Заплатова, Дырявина, Разутова, Знобишина, Горелова, Неелова – Неурожайка тож, Сошлися и сзаспорили: Кому живется весело, Вольготно на Руси?

Для удобства шифрования (выбранного стихотворения) записывают в виде таблицы нижеследующим способом:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

1

В

к

а

к

о

м

г

о

д

у

р

а

с

с

ч

и

т

ы

в

а

й

1

2

В

к

а

к

о

й

з

е

м

л

е

у

г

а

д

ы

в

а

й

2

3

Н

а

с

т

о

л

б

о

в

о

й

д

о

р

о

ж

е

н

ь

к

е

3

4

С

о

ш

л

и

с

ь

с

е

м

ь

м

у

ж

и

к

о

в

4

5

С

е

м

ь

в

р

е

м

е

н

н

о

о

б

я

з

а

н

н

ы

х

5

6

П

о

д

т

я

н

у

т

о

й

г

у

б

е

р

н

и

и

6

7

У

е

з

д

а

Т

е

р

п

и

г

о

р

е

в

а

7

8

П

у

с

т

о

п

о

р

о

ж

н

е

й

в

о

л

о

с

т

и

8

9

И

з

с

м

е

ж

н

ы

х

д

е

р

е

в

е

н

ь

9

10

З

а

п

л

а

т

о

в

а

Д

ы

р

я

в

и

н

а

10

11

Р

а

з

у

т

о

в

а

З

н

о

б

и

ш

и

н

а

11

12

Г

о

р

е

л

о

в

а

Н

е

е

л

о

в

а

12

13

Н

е

у

р

о

ж

а

й

к

а

т

о

ж

13

14

С

о

ш

л

и

с

я

и

з

а

с

п

о

р

и

л

и

14

15

К

о

м

у

ж

и

в

е

т

с

я

в

е

с

е

л

о

15

16

В

о

л

ь

г

о

т

н

о

н

а

Р

у

с

и

16

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

Пользуясь такой таблицей, нетрудно шифровать и расшифровывать любое сообщение, например:

«14,5 5,5 7,5 5,10 2,5 2,1 2,12 6,3 8,5 15,7 13,2 7,8 14,7 7,6 5,4 6,6 7,2 12,5 5,4 11,3 10,13 5,15 2,1 15,1 1,16 3,3 5,3 6,14 13,1 4,5 8,4 5,4».⁷

ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ В ЦИФРАХ

Языкознание и информатика – казалось бы, предметы абсолютно несовместимые. Но как представить текстовую информацию на ЭВМ, если для компьютера вся система счисления представлена в виде двоичного кода? В этом опять помогает криптография с ее возможностью кодировать и декодировать информацию разными методами. Мы попытались рассмотреть ее роль и в этом аспекте.

Итак, общий вид числа принято записывать так: a_n a_n-1 a_n-2…a₁ a₀.

Это число в десятичной системе счисления может быть представлено следующей записью: a_n*10ⁿ + a_n-1*10^n-1 +a_n-2*10^n-2 …+a₁*10¹ + a₀*10¹⁰.

Если обозначить через d основание системы счисления, то для перевода записи числа из десятичной в данную систему нужно последовательно делить его на d так, как показано ниже. Например, запишем число 74 в двоичной системе счисления.

	74			2
	6			37			2
	14			2			18			2
	14			17			18			9			2
	0			16			0			8			4			2
				1						1			4			2			2
													0			2			1
																0

В итоге получаем число: (0)1001010

1001010₍₂₎ = 1*2⁶ + 0*2⁵ + 0*2⁴ + 1*2³ + 0*2² + 1*2¹ + 0*0¹=74₍₁₀₎

Для составления и расшифровки шифрограмм используются квадратные решетки 8*8 (решетка Кардано); поэтому, если запись числа в двоичной системе содержит меньше цифр, то слева приписывают нули, чтобы всего было 8 (в примере он приписан слева, так как цифр получилось семь).

Ниже показано построение решетки с помощью чисел в двоичной системе счисления (1 – вырезать, 0 – нет).

Так у нас получится следующая шифрограмма:

Х	Н	Г	Е	А	Л	Б	Л
Я	В	И	Е	Д	О	К	Л
И	Р	Е	Н	Х	Е	Л	Г
А	П	С	Б	У	О	Т	В
О	Г	П	Л	Я	Д	У	Л
Н	О	И	С	Е	Н	В	Т
Е	Ы	Ж	Д	Д	Н	З	У
Н	А	М	Л	Ы	В	Ь	И

II ГЛАВА

РОЛЬ ЯЗЫКА В СОСТАВЛЕНИИ И РАЗГАДКЕ ШИФРОВ

Термин «шифр» имеет арабское происхождение. В начале XV в. арабы опубликовали энциклопедию «Шауба Аль-Аща», в которой есть специальный раздел о шифрах. В этой энциклопедии указан способ раскрытия шифра простой замены. Он основан на различной частоте повторяемости букв в тексте. В этом разделе есть и перечень букв в порядке их повторяемости на основе изучения текста Корана. Заметим, что и для русского алфавита есть подобный перечень.

№	Буква	Относит. частота	№	Буква	Относит. частота	№	Буква	Относит. частота
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	а б в г д е, ё ж з и й	0,062 0,014 0,038 0,013 0,025 0,072 0,007 0,016 0,062 0,010	10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	к л м н о п р с т у	0,028 0,035 0,026 0,053 0,090 0,023 0,040 0,045 0,053 0,021	20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30	ф х ц ч ш щ ы ь, ъ э ю я	0,002 0,009 0,004 0,012 0,006 0,003 0,016 0,014 0,003 0,006 0,018

Итак, в русском тексте чаще всего встречается буква «О», затем буква «Е» и на третьем месте стоят буквы «И» и «А». Реже всего – буквы «Щ» и «Ф».

Неудобство шифров типа «подстановка» в случае использования стандартного алфавита очевидно. Таблица частот встречаемости букв алфавита позволяет определить один или несколько символов, а этого иногда достаточно для дешифрования всего сообщения. Поэтому обычно пользуются разными приемами, чтобы затруднить дешифрование. Для этой цели используют многобуквенную систему шифрования – систему, в которой одному символу отвечает одна или несколько комбинаций двух и более символов. Другой прием – использование нескольких алфавитов. В этом случае для каждого символа употребляют тот или иной алфавит в зависимости от ключа, который связан каким-нибудь способом с самим символом или с его порядком в передаваемом сообщении.

В процессе шифрования (и дешифрования) используется таблица («таблица Виженера»), которая устроена следующим способом: в первой строке выписывается весь алфавит, в каждой следующей осуществляется циклический сдвиг на одну букву. Так получается квадратная таблица, число строк которой равно числу столбцов и равно числу букв в алфавите. Ниже представлена таблица, составленная из 31 буквы русского алфавита (без букв «Ё» и «Ъ»). Чтобы зашифровать какое-нибудь сообщение, поступают следующим образом. Выбирается слово – ключ (например, «монастырь») и подписывается с повторением над буквами сообщения.

Таблица Виженера

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Ь

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ы

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Э

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Ю

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Я

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ь

Ы

Э

Ю

Чтобы получить шифрованный текст, находят очередной знак ключа, начиная с первого в вертикальном алфавите, а ему соответствующий знак сообщения в горизонтальном. В данном примере сначала находим столбец, отвечающий букве «М» ключа, а затем строку, соответствующую букве «Р» открытого текста. На пересечении выделенных столбца и строки находи букву «Э». Так продолжая дальше, находим шифрованный текст полностью:

м

о

н

а

с

т

ы

р

ь

м

о

н

а

с

т

ы

р

ь

м

о

н

р

а

с

к

и

н

у

л

о

с

ь

м

о

р

е

ш

и

р

о

к

о

э

о

я

к

щ

а

п

ы

й

ю

й

щ

о

в

ч

ф

ш

л

ь

ш

ы

Наконец, к сообщению можно применять несколько систем шифрования.

Аббат Тритемиус – автор первой печатной книги о тайнописи (1518 г.) – предложил несколько шифров и среди них шифр, который можно считать усовершенствованием шифра Г.Ю.Цезаря. Этот шифр устроен так. Все буквы алфавита нумеруются по порядку (от 1 до 33 в русском варианте). Затем выбирают какой-нибудь ключ, например «Вологда», и подписывают сообщением с повторением, как показано ниже:

о

п

е

р

а

ц

и

я

н

а

ч

и

н

а

е

т

с

я

в

в

о

с

к

р

е

с

е

н

ь

е

в

о

л

о

г

д

а

в

о

л

о

г

д

а

в

о

л

о

г

д

а

в

о

л

о

г

д

а

в

о

Чтобы получить шифрованный текст, складывают номер очередной буквы с номером соответствующей буквы ключа. Если полученная сумма больше 33, то из нее вычитают 33. В результате получается последовательность чисел от 1 до 33. Вновь заменяя числа этой последовательности соответствующими буквами, получают шифрованный текст. Разбивая этот текст на группы особой длины (например, по 5), получают шифрованное сообщение:

«СЯСАД ЫЙВЭМ ЖМТБЗ ВЮОЁЖ ПФЪЭФ ХЙОЯФ»

Если под ключом понимать однобуквенное слово «В» (в русском варианте), то мы получим шифр Г.Ю.Цезаря. В этом случае для того же текста шифрованное сообщение принимает вид

«СТЗУГ ЩЛВРГ ЪЛРГЗ ХФВНЕЕ СФНУЗ ФЗРЯЗ»

Появившийся в XVIII в. шифр «по книге» можно рассматривать как дальнейшее усовершенствование шифра Г.Ю.Цезаря. Чтобы воспользоваться этим шифром, два корреспондента договариваются об определенной книге, имеющейся у каждого из них. Например, Я.Гашек «Похождения бравого солдата Швейка» (Москва, 1997). В качестве ключа каждый из них может выбрать «слово» той же длины, что и передаваемое сообщение. Этот ключ кодируется парой чисел, а именно номером страницы и номером строки на ней, и передается вместе с шифрованным сообщением. Например, (287,2) определяет «слово», то есть текст избранной книги: «Внимательно прочитав эту страницу, офицеры ничего не поняли…». Этому ключу отвечает последовательность чисел (от 1 до 33):

В н и м а т е л ь н о п р о ч и т а в э т у с т р а н и ц у…

03 15 10 14 01 20 06 13 30 15 16 17 18 16 25 10 20 01 03 31 20 21 19 20 18 01 15 10 24 21…

Зная этот ключ, можно легко расшифровать переданное сообщение. Например,

«РОНЮП ЕЧХВШ РХЩЮЩ ХУШРМ ШВЧФА»⁸

Примером нераскрываемого шифра может служить «одноразовый шифровальный блокнот» - шифр, в основе которого лежит та же идея, что и в алфавите Г.Ю.Цезаря. Назовем расширенным алфавитом совокупность букв алфавита, знака пробела между словами и знаков препинания [. , : ; ! ? ( ) – “]. Число символов расширенного алфавита в русском варианте равно 44. Занумеруем символы расширенного алфавита числами от 0 до 43. Тогда любой передаваемый текст можно рассматривать как числовую последовательность {a_n} множества А={0, 1, 2, …, 43}.

Предположим, что имеем случайную последовательность {с_n} из чисел множества А той же длины, что и передаваемый текст (ключ). Складывая по модулю 44 число a_n передаваемого текста с соответствующим числом с_n ключа

a_n + с_n ≡ b_n (mod 44), 0 ≤ b_n ≤ 43,

получим последовательность {b_n} знаков шифрованного текста. Чтобы получить передаваемый текст, можно воспользоваться тем же ключом:

a_n ≡ с_n - b_n (mod 44), 0 ≤ a_n ≤ 43,

У двух абонентов, находящихся в секретной переписке, имеются два одинаковых блокнота. В каждом из них на нескольких листах напечатана случайная последовательность чисел множества А. Отправитель свой текст шифрует указанным выше способом при помощи первой страницы блокнота. Зашифровав сообщение, он уничтожает использованную страницу и отправляет его второму абоненту, получатель шифрованного текста расшифровывает его и также уничтожает использованный лист блокнота. Нетрудно