Роман Душкин - Математика и криптография : тайны шифров и логическое мышление

Давай попробуем проверить догадку, которая заключается в том, что в представленной шифрограмме за каждый символ секретного текста отвечают сразу гласная и согласная. При этом 32 символа нашего алфавита можно разделить на четыре группы, и каждую группу обозначить гласной. Внутри же групп символы (которых по восьми в группе) обозначаются согласными. Таким образом, чтобы получить код символа, надо взять гласную его группы и согласную самого символа в группе. Предположим, что кодировка была простейшей (если нет, то необходимо применить частотный анализ, используя в качестве символов, частоты которых подсчитываются, пары букв «Гласная + Согласная»). Простейшая кодировка обозначает, что гласные и согласные использовались просто по порядку. В итоге получается такая таблица:

Думаю, тебя не затруднит с её помощью расшифровать то, что было скрыто в том беспорядочном наборе английских слов.

Теперь давай подумаем, как можно усложнить этот способ шифрования так, чтобы потенциальному взломщику было труднее обнаружить и взломать его. На ум приходит несколько идей. Во-первых, надо сделать так, чтобы английский текст был более похож на обычную человеческую речь. Во-вторых, не должно быть такой простейшей закономерности, как та, которую мы обнаружили ранее: чередования гласных и согласных. Предлагаю попробовать избавиться от обоих недостатков.

Проще всего сразу же избавиться от второго нюанса. По крайней мере, это будет не так явно видно, как в рассмотренном нами случае. Почему бы не сделать произвольным порядок букв в коде? Какая разница, как записывать: «AT» или «TA» — это будет обозначать одно и то же. Главное, что при расшифровке мы отбираем по две буквы и переводим их в символ скрытого текста. Можно было бы и ещё сильнее усложнить эту сторону задачи, но это связано с серьёзными техническими сложностями (слишком много вычислений), поэтому такое усовершенствование я оставляю тебе в качестве самостоятельной работы.

Теперь давай займёмся первой проблемой. Она возникает из-за того, что в шифрограмме встречаются очень неудобные с точки зрения английского языка сочетания букв, для которых надо подбирать слова, а слов с такими сочетаниями либо нет вообще, либо очень мало. Частично эта проблема будет решена уже при разрешении использовать сочетания двух букв в произвольном порядке (предыдущая задача). Но можно пойти дальше.

Если помнишь, на первой неделе мы изучали частотный анализ и узнали о таблице частот встречаемости русских букв в текстах. Как ты понимаешь, такую же таблицу можно составить и для английского языка. Вот она:

И у нас есть частоты встречаемости букв русского алфавита в тексте. Их можно совместить так, чтобы наиболее часто встречающимся русским буквам соответствовали наиболее часто встречающиеся пары английских букв. Для этого надо рассчитать частоты для пар. Это сделать просто — чтобы получить частоту для пары, достаточно перемножить частоты двух букв (честно говоря, это не совсем корректно с точки зрения языка, но для нашей задачи подойдёт). Выбрав только латинские буквы A, B, C, E, H, K, M, O, P, T, X, Y, мы получим следующую таблицу:

Теперь надо расположить двухбуквенные комбинации по убыванию их частоты:

ET EH AT OT AH OH EC EM EP AC OC AM EB OM YT AP OP AB YH OB EK AK OK YC YM YP YB EX YK AX OX YX

Как ты можешь подсчитать, тут ровно 32 пары букв, и теперь мы можем сопоставить их буквам русского алфавита, выстроив по уменьшению частоты. Получается вот такая замечательная таблица (попробуй сначала составить её самостоятельно, а потом сравни):

Давай попробуем зашифровать что-нибудь с помощью этого кода. Так, фраза «ПРИЕДУ ЗАВТРА» в переложении на код будет выглядеть так: «YTACAHATOMAPETOBOTOCECACOT». Теперь, зная, что в двухбуквенных сочетаниях буквы можно менять местами, попробуй подобрать английские слова для сокрытия этой шифрограммы.

Если попытаться сделать это, то может получиться что-то вроде такого:

STYLUS CALLAHAN TROMP ARES TOROID BIT ROW CENSUS CARD CITO

Подобрать этот набор слов было намного-намного проще, чем предыдущий (мне даже практически не пришлось открывать словарь). Выглядит этот набор как список каких-то слов, возможно, кодов. Криптоаналитик будет ломать над ним голову намного дольше, поскольку здесь нет необычностей.

Я рекомендую тебе потренироваться этому методу, и если ты неплохо знаешь английский язык, то попробуй самостоятельно что-нибудь зашифровать и отправить человеку, с которым ты переписываешься по теме криптографии. Посмотрим, как он удивится.

Напоследок — пара советов:

1. Чем больше в системе шифрования закономерностей, тем проще криптоаналитику расшифровать шифрограмму. Поэтому любыми средствами избегай простых закономерностей, которые позволят зацепиться за них и распутать клубок тайны.

2. Чем необычнее текст, тем больше подозрений он вызовет у криптоаналитика, который будет искать скрытую информацию. Поэтому для сокрытия важной информации пользуйся как можно более простыми и обычными текстами.

Вот и всё. До следующей недели.

Теперь давай научимся новому методу шифрования. Он основан не на замене символов, а на их перемешивании. Ведь если перемешать текст, то воссоздать его будет очень сложно. Например, если просто выписать все буквы текста в алфавитном порядке, то расположить их правильно будет очень непросто. Например, что может быть тут зашифровано: АААА ВВВ ДД ЕЕЕ ИИИ Й МММ ННН ОООО П РР С ТТ УУУ Ф Ч Ш Ь ЯЯ? А ведь это просто все буквы первого предложения этого абзаца, упорядоченные по алфавиту.

Но подобные перестановки бессмысленны, поскольку для их расшифровки требуется информация о расстановке символов в правильном порядке, а это практически то же самое, что и запись самой фразы. Так что мы изучим иной способ перестановок. Ключ для них представляет собой квадрат с вырезанными в нём отверстиями. Это настоящий, материальный «ключ», поскольку его можно взять в руки и повертеть. И этот метод шифрования называется «решётка Кардано».

Представь себе квадрат, вырезанный из бумаги. Примерно такой:

Если ты внимательно приглядишься, то увидишь в углах этого квадрата четыре цифры. Ими обозначена последовательность применения этого ключа.