Как шифруются русские
Тайное не всегда становится явным. Даже больше: подчас от того, чтобы тайное не стало явным зависит государственная безопасность. Именно поэтому к криптографии во все времена относились с особыми пиететом, формируя вокруг систем шифрования государственных бумаг непробиваемую стену секретности.
Система "иных письмен"
С древним времен, с самых начал русской государственности, тайнописная служба при русском дворе работала с большим усердием, создавая всё более сложные системы кодировки царской переписки. Наиболее древней системой шифровки является система замен букв кириллических буквами глаголицы и буквами греческого и латинского алфавитов. Исследователи древних шифров разделяют "простую литорею" и "мудрую литерею".
"Простая литорея" состоит в том, что каждая из десяти по порядку азбуки согласных, поставленных в одном ряду, при письме литореей заменяется соответствующей ей буквой во втором таком же ряду, состоящем из остальных десяти согласных, идущих в обратном (справа налево) порядке и обратно; гласные и бывшие редуцированные ъ, ь остаются на своих местах, греческие буквы, как известно, также входившие в состав кириллицы, исключены и заменяются созвучными. Ключ к «простой литорее» таков:
б в г д ж з к л м н
щ ш ч ц х ф т с р п
"Мудрая литорея" была сложнее, но принцип шифровки в ней соблюдался такой же. Буквы заменялись по определенному алгоритму, обозначенному в дешифраторе.
Цифирь
До принятия христианства русские не пользовались цифрами. Появление цифр у нас связано с греческим и византийским влиянием. Уже с XV века на Руси распространяются системы цифровой кодировки. Их существовало несколько видов: простая цифровая система, сложная цифровая система, описательная система, система особенного применения арабских цифр, значковая система. Простая цифровая тайнопись состоит в том, что для каждой цифры-буквы, соответствующей желательной в обычном письме букве, дается два или несколько большей частью одинаковых слагаемых. Таким образом, чтобы получить нужную букву, надо произвести сложение, а полученная сумма, изображенная соответствующей цифрой-буквой, и будет искомой буквой. Реже сумма слагается из различных цифр-букв, причем каждая группа цифр-слагаемых отделяется каким-либо знаком или пробелом от соседних. Буквы, не имеющие цифрового значения, остаются неизменными.
Примером описательной системы может служить тайнописный текст из рукописного собрания Кирилло-Белозерского монастыря XV в.: «Аще хощеши увъдати имя писавшаго книгу сию, и то ти написую: «Десятерица сугубая (10+10=20) и пятерица четверицею (5x4 = 20, сумма 40) и единъ (1); десятерица дващи (10x2 = 20) и един (1); десятая четыре сугубо и четырежди по пяти (10x2x4 + 4x5 = 100); дващи два съ единемъ (2x2 + 1 = 5); единица четверицею сугубо (1x4x2 = 8); в семь имени словъ седмерица, три столпы и три души, царь. И всего же числа в семь имени РОЕ (175)». Отгадка: «Макарей», где сумма букв-цифр действительно 175 и семь букв, из которых три гласные и три согласные и одна (й) полугласная. Использованы здесь количественные числительные и сумма.
Колокольная тайнопись
"Мудрую литорею" использовали не только для шифровки дипломатических документов. Тайнопись использовалась также в сакральных целях. Так, один из интереснейших примеров тайнописи можно встретить на большом колоколе Саввино-Сторожевского монастыря под Звенигородом. По уверениям ученых, зашифровывал надпись сам царь Алексей Михайлович. Эта шифровка, оставленная на колоколе относится к одному из видов криптографии, называемом стеганографией. Её отличие от обычной тайнописи в том, что назначением стеганографии является даже не шифровка написанного, а шифровка самого факта тайнописи. Стеганография очень удобна тем, что не привлекает к себе внимания: подчас она может скрываться в росписях и рисунках. Частным примером стеганографии могут считаться иллюстрации к средневековым книгам, когда в образах нарисованных медведей и лис внимательный читатель может прочитать тайное послание.
Петровская криптография
Серьёзные изменения в криптографическую систему России внесло петровское время. Обширные международные связи, налаженные в это время, способствовали тому, что шифровальные службы при дворе работали в усиленном режиме. Внешне шифр Петровской эпохи представляет собой лист бумаги, на котором от руки написана таблица замены: под горизонтально расположенными в алфавитной последовательности буквами кириллической или иной азбуки, соответствующей языку открытого сообщения, подписаны элементы соответствующего шифралфавита. Ниже могут помещаться пустышки, краткие правила пользования, а также небольшой словарь, называвшийся «суплемент» и содержащий некоторое количество слов (имен собственных, географических наименований) или каких-то устойчивых словосочетаний, которые могли активно использоваться в текстах, предназначенных для зашифрования с помощью данного шифра.
Зашифрованный текст, представленный выше, читается так: «Поди къ Черкаскому и, сослався з губернаторомъ азовскимъ, чини немедленно съ Божiею помощiю промыслъ надъ тьми ворами, и которые изъ нихъ есть поиманы, тъхъ вели въшать по украинскимъ городамъ. А когда будешь в Черкаскомъ, тогда добрыхъ обнадежь и чтобъ выбрали атамана доброго человека; и по совершении ономъ, когда пойдешь назадъ, то по Дону лежащие городки такожъ обнадежь, а по Донцу и протчим речкамъ лежащие городки по сей росписи разори и над людми чини по указу».
Новые методы
Очевидно, что со временем шрифты становились всё сложнее. Шифровальное искусство в России не могло стоять на месте. С XVIII века намечается тенденция к отходу от алфавитных кодов и переходу к неалфавитным. Кроме того, в международной переписке начинают использовать экстралинвистическое шифрование, добавляя в кодировку параметры из заграничных шифровых систем. Ещё одной особенностью криптографии XVIII века было использование кроме буквенно-цифирной кодировки, кодировка символическая, когда один символ в разных позициях послания читался по-разному.
Как пример, можно привести документ с названием «Цифирь, данная приятелю Магрини, которою корреспондовать будет в Га(а)ге к графу Александру Г(авриловичу) Головкину. Прислана (в Коллегию. - Т. С.) при реляции… от 14 июня 1735 года». Этот шифр имеет следующий вид. На одном большом бумажном листе помещены четыре варианта шифра. Различаются они порядком расположения букв в латинском алфавите и шифробозначениями. Алфавиты построены так:
1. обычный порядок букв от А до Z;
2. STUVXYZ-MNOPQR-FGHIKL-ABCDE;
3. MNOPQRSTUVXYZ-ABCDEFGHIKL;
4. FGHIKL-ABCDE-STUVXYZ-MNOPQR.
Революция и книги
Особую значимость криптография приобретает в революционное время. От успехов дешировальщиков в этот период зависит как целостность государства, так и его существование в принципе.
В «Искре» от 20 декабря 1901 г. содержались такие рекомендации:
«…Шифр - это оружие обоюдоострое, ибо жандармы легко сумеют раскрыть всякий шифр, если не применять при шифровании особых предосторожностей. Безусловно необходимо:
1) не отделять слово от слова; 2) не повторять часто одинаковых знаков, особенно для наиболее употребительных букв; 3) писать шифр так, чтобы нельзя было узнать системы шифра; 4) не употреблять слишком известных стихотворений и книг. Без соблюдения этих правил шифр прямо-таки недопустим».
Шифрами пользовались все члены революционных организаций, но их созданием занимались люди, разбиравшиеся в математике. Чаще других применялся книжный шрифт, который можно было прочитать, имея книгу, по которой производилась шифровка и зная данные для дешифрования.
Чтобы облегчить шифрование по книге, обычно использовали бумажную ленточку. Ее прикладывали вертикально к левому краю страницы и наносили на нее нумерацию строчек. Поэтому, чтобы всякий раз не отсчитывать строчку, прикладывали к странице ленту и на ней находили готовую нумерацию.
Большие преимущества этой системы бросаются в глаза. Количество знаков, которыми она располагает, оставляет далеко позади все искусственные системы. Если на одной странице 2000 букв, то обыкновенная книга в 20 листов даст до 600 тысяч букв. Этот шифр является многозначным, кроме того, буквы в книге находятся в естественной пропорции, то есть именно в той, которая наиболее выгодна для шифрования. Самая частая буква О в книге из 20 листов встретится до 67 тысяч раз, а самая редкая Ф - всего 60 раз. В применении книжный шифр был также прост и удобен.
Криптография войн
Любая война - это не только открытые боевые столкновения, но и "скрытая война", которая подчас имеет не менее важную роль, война разведок и война специалистов по криптоанализу.
К началу 30-х годов ХХ века уже стало ясно, что имеющиеся ручные системы и способы шифрования и кодирования, сколько бы их ни совершенствовали и модернизировали, не в состоянии справиться со все возрастающими потоками информации в силу слабой скорости ее обработки. Встал вопрос о механизации данного процесса, который потребовал развитие механизации и автоматизации использования разработанных шифров и кодов, создание совершенных устройств для кодирование данных. К большому сожалению, нехватка квалифицированных кадров в предвоенное время не давала возможности советских дешифраторам "читать" шифрованные послания, сделанные, например, шифровальной машиной "Энигма". Долгое время немцы были уверены в том, что "Энигма" идеальна, но русская служба тоже не столяа на месте. В 1941-1943 годах дешифровщиками Балтийского флота было взломано 256 германских и финляндских шифров, прочитано 87 362 сообщения. Дешифровщики Северного флота (всего - 15 человек) взломали 15 кодов (в 575 вариантах) и прочитала более 55 тыс. сообщений от самолётов и авиабаз противника, что, по оценке Кулинченко, «позволило полностью контролировать всю закрытую переписку ВВС Германии». Сами советские криптографы использовали шифровки с одноразовами ключами, что делало их сообщения почти неуязвимыми.
Система "иных письмен"
С древним времен, с самых начал русской государственности, тайнописная служба при русском дворе работала с большим усердием, создавая всё более сложные системы кодировки царской переписки. Наиболее древней системой шифровки является система замен букв кириллических буквами глаголицы и буквами греческого и латинского алфавитов. Исследователи древних шифров разделяют "простую литорею" и "мудрую литерею".
"Простая литорея" состоит в том, что каждая из десяти по порядку азбуки согласных, поставленных в одном ряду, при письме литореей заменяется соответствующей ей буквой во втором таком же ряду, состоящем из остальных десяти согласных, идущих в обратном (справа налево) порядке и обратно; гласные и бывшие редуцированные ъ, ь остаются на своих местах, греческие буквы, как известно, также входившие в состав кириллицы, исключены и заменяются созвучными. Ключ к «простой литорее» таков:
б в г д ж з к л м н
щ ш ч ц х ф т с р п
"Мудрая литорея" была сложнее, но принцип шифровки в ней соблюдался такой же. Буквы заменялись по определенному алгоритму, обозначенному в дешифраторе.
Цифирь
До принятия христианства русские не пользовались цифрами. Появление цифр у нас связано с греческим и византийским влиянием. Уже с XV века на Руси распространяются системы цифровой кодировки. Их существовало несколько видов: простая цифровая система, сложная цифровая система, описательная система, система особенного применения арабских цифр, значковая система. Простая цифровая тайнопись состоит в том, что для каждой цифры-буквы, соответствующей желательной в обычном письме букве, дается два или несколько большей частью одинаковых слагаемых. Таким образом, чтобы получить нужную букву, надо произвести сложение, а полученная сумма, изображенная соответствующей цифрой-буквой, и будет искомой буквой. Реже сумма слагается из различных цифр-букв, причем каждая группа цифр-слагаемых отделяется каким-либо знаком или пробелом от соседних. Буквы, не имеющие цифрового значения, остаются неизменными.
Примером описательной системы может служить тайнописный текст из рукописного собрания Кирилло-Белозерского монастыря XV в.: «Аще хощеши увъдати имя писавшаго книгу сию, и то ти написую: «Десятерица сугубая (10+10=20) и пятерица четверицею (5x4 = 20, сумма 40) и единъ (1); десятерица дващи (10x2 = 20) и един (1); десятая четыре сугубо и четырежди по пяти (10x2x4 + 4x5 = 100); дващи два съ единемъ (2x2 + 1 = 5); единица четверицею сугубо (1x4x2 = 8); в семь имени словъ седмерица, три столпы и три души, царь. И всего же числа в семь имени РОЕ (175)». Отгадка: «Макарей», где сумма букв-цифр действительно 175 и семь букв, из которых три гласные и три согласные и одна (й) полугласная. Использованы здесь количественные числительные и сумма.
Колокольная тайнопись
"Мудрую литорею" использовали не только для шифровки дипломатических документов. Тайнопись использовалась также в сакральных целях. Так, один из интереснейших примеров тайнописи можно встретить на большом колоколе Саввино-Сторожевского монастыря под Звенигородом. По уверениям ученых, зашифровывал надпись сам царь Алексей Михайлович. Эта шифровка, оставленная на колоколе относится к одному из видов криптографии, называемом стеганографией. Её отличие от обычной тайнописи в том, что назначением стеганографии является даже не шифровка написанного, а шифровка самого факта тайнописи. Стеганография очень удобна тем, что не привлекает к себе внимания: подчас она может скрываться в росписях и рисунках. Частным примером стеганографии могут считаться иллюстрации к средневековым книгам, когда в образах нарисованных медведей и лис внимательный читатель может прочитать тайное послание.
Петровская криптография
Серьёзные изменения в криптографическую систему России внесло петровское время. Обширные международные связи, налаженные в это время, способствовали тому, что шифровальные службы при дворе работали в усиленном режиме. Внешне шифр Петровской эпохи представляет собой лист бумаги, на котором от руки написана таблица замены: под горизонтально расположенными в алфавитной последовательности буквами кириллической или иной азбуки, соответствующей языку открытого сообщения, подписаны элементы соответствующего шифралфавита. Ниже могут помещаться пустышки, краткие правила пользования, а также небольшой словарь, называвшийся «суплемент» и содержащий некоторое количество слов (имен собственных, географических наименований) или каких-то устойчивых словосочетаний, которые могли активно использоваться в текстах, предназначенных для зашифрования с помощью данного шифра.
Зашифрованный текст, представленный выше, читается так: «Поди къ Черкаскому и, сослався з губернаторомъ азовскимъ, чини немедленно съ Божiею помощiю промыслъ надъ тьми ворами, и которые изъ нихъ есть поиманы, тъхъ вели въшать по украинскимъ городамъ. А когда будешь в Черкаскомъ, тогда добрыхъ обнадежь и чтобъ выбрали атамана доброго человека; и по совершении ономъ, когда пойдешь назадъ, то по Дону лежащие городки такожъ обнадежь, а по Донцу и протчим речкамъ лежащие городки по сей росписи разори и над людми чини по указу».
Новые методы
Очевидно, что со временем шрифты становились всё сложнее. Шифровальное искусство в России не могло стоять на месте. С XVIII века намечается тенденция к отходу от алфавитных кодов и переходу к неалфавитным. Кроме того, в международной переписке начинают использовать экстралинвистическое шифрование, добавляя в кодировку параметры из заграничных шифровых систем. Ещё одной особенностью криптографии XVIII века было использование кроме буквенно-цифирной кодировки, кодировка символическая, когда один символ в разных позициях послания читался по-разному.
Как пример, можно привести документ с названием «Цифирь, данная приятелю Магрини, которою корреспондовать будет в Га(а)ге к графу Александру Г(авриловичу) Головкину. Прислана (в Коллегию. - Т. С.) при реляции… от 14 июня 1735 года». Этот шифр имеет следующий вид. На одном большом бумажном листе помещены четыре варианта шифра. Различаются они порядком расположения букв в латинском алфавите и шифробозначениями. Алфавиты построены так:
1. обычный порядок букв от А до Z;
2. STUVXYZ-MNOPQR-FGHIKL-ABCDE;
3. MNOPQRSTUVXYZ-ABCDEFGHIKL;
4. FGHIKL-ABCDE-STUVXYZ-MNOPQR.
Революция и книги
Особую значимость криптография приобретает в революционное время. От успехов дешировальщиков в этот период зависит как целостность государства, так и его существование в принципе.
В «Искре» от 20 декабря 1901 г. содержались такие рекомендации:
«…Шифр - это оружие обоюдоострое, ибо жандармы легко сумеют раскрыть всякий шифр, если не применять при шифровании особых предосторожностей. Безусловно необходимо:
1) не отделять слово от слова; 2) не повторять часто одинаковых знаков, особенно для наиболее употребительных букв; 3) писать шифр так, чтобы нельзя было узнать системы шифра; 4) не употреблять слишком известных стихотворений и книг. Без соблюдения этих правил шифр прямо-таки недопустим».
Шифрами пользовались все члены революционных организаций, но их созданием занимались люди, разбиравшиеся в математике. Чаще других применялся книжный шрифт, который можно было прочитать, имея книгу, по которой производилась шифровка и зная данные для дешифрования.
Чтобы облегчить шифрование по книге, обычно использовали бумажную ленточку. Ее прикладывали вертикально к левому краю страницы и наносили на нее нумерацию строчек. Поэтому, чтобы всякий раз не отсчитывать строчку, прикладывали к странице ленту и на ней находили готовую нумерацию.
Большие преимущества этой системы бросаются в глаза. Количество знаков, которыми она располагает, оставляет далеко позади все искусственные системы. Если на одной странице 2000 букв, то обыкновенная книга в 20 листов даст до 600 тысяч букв. Этот шифр является многозначным, кроме того, буквы в книге находятся в естественной пропорции, то есть именно в той, которая наиболее выгодна для шифрования. Самая частая буква О в книге из 20 листов встретится до 67 тысяч раз, а самая редкая Ф - всего 60 раз. В применении книжный шифр был также прост и удобен.
Криптография войн
Любая война - это не только открытые боевые столкновения, но и "скрытая война", которая подчас имеет не менее важную роль, война разведок и война специалистов по криптоанализу.
К началу 30-х годов ХХ века уже стало ясно, что имеющиеся ручные системы и способы шифрования и кодирования, сколько бы их ни совершенствовали и модернизировали, не в состоянии справиться со все возрастающими потоками информации в силу слабой скорости ее обработки. Встал вопрос о механизации данного процесса, который потребовал развитие механизации и автоматизации использования разработанных шифров и кодов, создание совершенных устройств для кодирование данных. К большому сожалению, нехватка квалифицированных кадров в предвоенное время не давала возможности советских дешифраторам "читать" шифрованные послания, сделанные, например, шифровальной машиной "Энигма". Долгое время немцы были уверены в том, что "Энигма" идеальна, но русская служба тоже не столяа на месте. В 1941-1943 годах дешифровщиками Балтийского флота было взломано 256 германских и финляндских шифров, прочитано 87 362 сообщения. Дешифровщики Северного флота (всего - 15 человек) взломали 15 кодов (в 575 вариантах) и прочитала более 55 тыс. сообщений от самолётов и авиабаз противника, что, по оценке Кулинченко, «позволило полностью контролировать всю закрытую переписку ВВС Германии». Сами советские криптографы использовали шифровки с одноразовами ключами, что делало их сообщения почти неуязвимыми.