Жуан Гомес - Мир математики. т.2. Математики, шпионы и хакеры. Кодирование и криптография

Взаменяется парой АВ.

Lзаменяется парой СА.

Азаменяется парой АА.

Nзаменяется парой СС.

Кзаменяется парой BE.

Sзаменяется парой DC.

Зашифрованное сообщение имеет вид ABCAAACCBEDC. Если мы используем таблицу с цифрами, то получим: «123111332543».

Шифр Гронсфельда

Этот шифр, изобретенный голландцем Мостом Максимилианом Бронкхорстом, графом Гронсфельд, использовался в Европе в XVII в. Это полиалфавитный шифр, аналогичный квадрату Виженера, но менее сложный (и менее надежный). Чтобы зашифровать сообщение, рассмотрим следующую таблицу.

Далее, для каждой буквы в нашем сообщении мы выбираем случайным образом число от 0 до 9. Для сообщения MATHEMATICAL («математический») мы выбираем случайным образом 12 чисел, например: 1, 2, 3, 4, 3, 6, 7, 8, 9, 0, 1, 2. Этот набор чисел и будет ключом шифра. Теперь вместо каждой буквы сообщения мы поставим букву из строки с соответствующим номером (см. таблицу на предыдущей странице).

Буква М будет заменена буквой Р (взятой из строки номер 1 в столбце М), и так далее. Мы получим сообщение PFASRDTQKEDQ. Буква А исходного сообщения будет зашифрована как F, Т, и D. Как и для всех полиалфавитных шифров, эта система шифрования устойчива к методу перебора всех возможных вариантов и к частотному анализу. Количество ключей в шифре Гронсфельда для алфавита из 26 букв составляет 26! х 10 = 4,03 х 10 26.

Шифр Плейфера

Создатели этого шифра лорд Лайон Плейфер и сэр Чарльз Уитстон (также изобретатель электромагнитного телеграфа) были друзьями и соседями и разделяли любовь к криптографии. Их метод напоминает знаменитый шифр Полибия и тоже использует таблицу из пяти строк и пяти столбцов. В качестве первого шага каждая буква сообщения заменяется на пару букв в соответствии с ключом из пяти различных букв. В нашем примере эти пять букв будут JAMES. В случае алфавита с 26 символами мы получаем следующую таблицу:

Далее текст сообщения разбивается на пары букв или биграммы . Две буквы каждой биграммы должны быть разными. Чтобы избежать возможных совпадений, мы используем букву X. Мы также используем эту букву, чтобы завершить биграмму в случае, если последняя буква не имеет пары.

Например, сообщение TRILL будет разбито на биграммы следующим образом:

TR IL LX.

А слово TOY — так:

ТО YX.

Разбив текст на биграммы, мы можем начать шифрование, обращая внимание на следующие условия:

а) две буквы биграммы расположены в одной и той же строке;

б) две буквы биграммы расположены в одном и том же столбце;

в) ни одно из вышеперечисленных.

В случае (а) буквы биграммы заменяются буквами, расположенными справа от каждой из них («следующими» в таблице в естественном порядке). Таким образом, пара JE будет зашифрована как AS:

В случае (б) буквы биграммы заменяются буквами, которые находятся следом ниже по таблице. Например, биграмма ЕТ будет зашифрована, как FY, a TY — как YE:

В случае (с), чтобы зашифровать первую букву биграммы, мы смотрим на ее строку, пока не дойдем до столбца, содержащего вторую букву. Результат расположен на пересечении этой строки и этого столбца. Чтобы зашифровать вторую букву, мы смотрим на ее строку, пока не дойдем до столбца, содержащего первую букву.

Результат опять расположен на пересечении этой строки и этого столбца.

Например, в биграмме СО буква С будет заменена буквой G, а буква О — буквой I или К.

Чтобы зашифровать сообщение TEA («чай») с помощью ключевого слова JAMES, мы сделаем следующее.

• Разобьем слово на биграммы: ТЕ АХ.

• Букву Тзаменим буквой Y.

• Букву Е— F.

• Букву А— М.

• Букву X— W.

Мы получим зашифрованное сообщение YFMW.

Криптограмма «Золотого жука»

Уильям Легран, главный герой рассказа Эдгара Аллана По «Золотой жук» (1843), определяет, где зарыт клад с сокровищами, расшифровав криптограмму, написанную на куске пергамента. Легран использовал статистический метод, основанный на частоте, с которой буквы алфавита встречаются в английских текстах. Зашифрованное послание выглядело следующим образом:

Легран начал с предположения, что оригинальный текст был написан на английском языке. В английских текстах наиболее часто встречается буква «е». Далее, в порядке уменьшения частоты, идут остальные буквы: а, о, i, d, h, n, r, s, t, u, y, c, f, g, 1, m, w, b, k, p, q, x, z .

Герой рассказа строит по криптограмме таблицу, в первой строке которой расположены символы зашифрованного сообщения, а во второй — частота их появления.

Таким образом, символ «8» скорее всего соответствует букве « е ». Затем он ищет повторяющиеся тройки символов, заменившие также довольно распространенное слово « the », что позволяет ему расшифровать символы «;», «,», «4» и «8».

Группа символов «; (88», теперь, когда он знает, что она соответствует «t (ее», позволяет ему определить отсутствующую букву. Это может быть только «r», учитывая, что tree — «дерево» — наиболее вероятное слово в словаре. Наконец, благодаря подобным хитроумным криптографическим допущениям и большому терпению, он получает следующую таблицу с частично расшифрованным алфавитом:

Этого достаточно, чтобы расшифровать сообщение:

«Хорошее стекло в трактире епископа на чёртовом стуле двадцать один градус и тринадцать минут север-северо-восток главный сук седьмая ветвь восточная сторона стреляй из левого глаза мертвой головы прямая от дерева через выстрел на пятнадцать футов».