Шрифты древности

Криптография ровесница письменности. Эта наука прошла путь от папируса до компьютера и по возрасту старше Египетских пирамид. Она в своем развитии прошла через этапы: «криптография как искусство» и «криптография как ремесло» к этапу «криптография как наука». Криптография всегда развивались в тесном взаимодействии с математикой. Эти науки взаимно дополняли и обогащали друг друга. Математический аппарат продолжает оставаться основным в криптографии. Ведь не случайно в многовековую историю криптографии вписано много имен видных математиков.

Шрифры активно использовали древние цивилизации Вавилона, Египта, Греции, Рима, Китая и Индии. В Древней Греции и Риме некоторые политические, военные и религиозные деятели использовали криптографию. Среди них были греческие историк Полибий (201 – 120 годы до нашей эры) и полководец Эней, римский император Юлий Цезарь, общественный деятель Цицерон. При этом Полибий, Эней и Цезарь являются изобретателями шифров, которые впоследствии были названы их именами.

Шифр Полибия является оригинальным шифром простой замены. Приведем пример этого шифра для русского языка. Буквы алфавита в произвольном порядке вписываются в прямоугольник 5х6 (заполнение квадрата и является ключом) например, так:

Шифртекст представляет собой координаты буквы открытого текста (номер строки и номер столбца или наоборот). При шифровании слова «Греция» по данному ключу получим следующий шифртекст: 52 12 35 54 34 33.

Полибий в своей девятой книге «Всеобщая история» указал способ передачи сведений на расстояние при помощи световой факельной сигнализации из 10 факелов. Для этого он предложил использовать квадратную табличку размерами 5Х5 клеток, куда в произвольном порядке выписывалась 24-буквенная греческая азбука. Сигнализируя последовательно координаты нужных букв на расстояние видимости факелов, греки достигали быстрой и безошибочной связи. Меняя же порядок букв в таблице, легко было изменять и ключ для шифрования сообщений.

Шифр Полибия применяли декабристы, когда после восстания 1825 года некоторые из них находились в заключении в Петропавловской крепости. Этот шифр нередко называли «тюремным шифром». Он был удобен тем, что им можно было легко перестукиваться через стенки тюремных камер, в данном случае буквы вписывались в прямоугольник в алфавитном порядке. Например, буква Б стояла в первой строке на втором месте, тогда она передавалась при перестукивании следующим образом: удар – длинная пауза – два коротких удара.

Эней Тактик в IV веке до нашей эры предложил устройство, названное впоследствии "диском Энея". Принцип его был прост. На диске диаметром 10-15 см и толщиной 1-2 см высверливались отверстия по числу букв алфавита. В центре диска помещалась "катушка" с намотанной на ней ниткой достаточной длины. При зашифровывании нитка "вытягивалась" с катушки и последовательно протягивалась через отверстия, в соответствии с буквами шифруемого текста. Диск и являлся посланием. Получатель послания последовательно вытягивал нитку из отверстий, что позволяло ему получать передаваемое сообщение, но в обратном порядке следования букв. При перехвате диска недоброжелатель имел возможность прочитать сообщение тем же образом, что и получатель. Но Эней предусмотрел возможность легкого уничтожения передаваемого сообщения при угрозе захвата диска. Для этого было достаточно выдернуть "катушку" с закрепленным на ней концом нити до полного выхода всей нити из всех отверстий диска.

Идея Энея была использована при создании и других оригинальных шифров замены. Скажем, в одном из вариантов вместо диска использовалась линейка с числом отверстий, равных количеству букв алфавита. Каждое отверстие обозначалось своей буквой; буквы по отверстиям располагались в произвольном порядке. К линейке была прикреплена катушка с намотанной на нее ниткой. Рядом с катушкой имелась прорезь. При шифровании нить протягивалась через прорезь, а затем через отверстие, соответствующее первой букве шифруемого текста, при этом на нити завязывался узелок в месте прохождения ее через отверстие; затем нить возвращалась в прорезь и аналогично зашифровывалась вторая буква текста и т.д. После окончания шифрования нить извлекалась и передавалась получателю сообщения. Тот, имея идентичную линейку, протягивал нить через прорезь до отверстий, определяемых узлами, и восстанавливал исходный текст по буквам отверстий. Это устройство получило название "линейка Энея". Такой шифр является одним из примеров шифра замены: когда буквы заменяются на расстояния между узелками с учетом прохождения через прорезь. Ключом шифра являлся порядок расположения букв по отверстиям в линейке. Посторонний, получивший нить (даже имея линейку, но без нанесенных на ней букв), не сможет прочитать передаваемое сообщение. Аналогичное "линейке Энея" "узелковое письмо" получило распространение у индейцев Центральной Америки. Свои сообщения они также передавали в виде нитки, на которой завязывались разноцветные узелки, определявшие содержание сообщения. Заметным вкладом Энея в криптографию является предложенный им так называемый книжный шифр, описанный в сочинении "Об обороне укрепленных мест". Эней предложил прокалывать малозаметные дырки в книге или в другом документе над буквами (или под ними) секретного сообщения. Интересно отметить, что во время Первой мировой войны германские шпионы использовали аналогичный шифр, заменив дырки на точки, наносимые симпатическими (невидимыми) чернилами на буквы газетного текста. Книжный шифр в современном его виде имеет несколько иной вид. Суть этого шифра состоит в замене букв на номер строки и номер этой буквы в строке и заранее оговоренной странице некоторой книги. Ключом такого шифра является книга и используемая страница в ней. Этот шифр оказался "долгожителем" и применялся даже во времена Второй мировой войны.

Шифр Цезаря представлял собой упрощенный вариант шифра простой замены. Вот, что пишет про него римский историк Гай Светоний: «…существуют и его (Цезаря - авт.) к Цицерону и письма к близким о домашних делах: в них, если нужно было сообщить что-нибудь негласно, он пользовался тайнописью, т.е. менял буквы так, чтобы из них не складывалось не одного слова. Чтобы разобрать и прочитать их, нужно читать всякий раз четвертую букву вместо первой, D вместо А и так далее» [1]. Таким образом, нижняя строка замены образовывалась циклическим сдвигом алфавита открытого текста на 3 буквы влево:

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC

Тогда слово CAESAR (Цезарь) шифровалось бы так ZXHVXU. Преемник Цезаря - Октавиан Август использовал такой же шифр, но со сдвигом на 4 буквы.

Первый шифровальный прибор – сциталу (другой вариант написания скитала) создали в Спарте примерно в V–VI веках до нашей эры. В отличие от применявшихся в древности шифров замены здесь был реализован шифр перестановки. Сцитала упоминается в трудах историка Ксенофонта. Другой греческий историк Плутарх так описывает способ шифрования с помощью этого прибора:

«Отправляя к месту службы начальника флота или сухопутного войска, эфоры (военачальники – авт.) вручают отъезжающему круглую палку (цилиндрической формы – авт.). Другую, совершенно одинаковой длины и толщины, оставляют себе. Эти палки и называют скиталами.

Когда эфорам нужно сообщить какую-нибудь важную тайну, они вырезают длинную и узкую, вроде ремня, полосу папируса, плотно, без промежутков наматывают ее на свою скиталу и пишут на нем текст. Затем снимают полосу и без палки отправляют ее военачальнику. Так как буквы на ней стоят без всякой связи, разбросаны в беспорядке, прочитать написанное он может, только взяв свою скиталу и намотав на нее вырезанную полосу, чтобы, водя глазами вокруг палки и переходя от предыдущего к последующему, иметь перед собой связное сообщение» . Ключом является диаметр цилиндра.