Борис Крук - ...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Предположим, вам необходимо зашифровать особо секретный текст. Покажем, как выбрать код, чтобы сообщение стало недоступным для расшифровки. Примем, что особо секретным текстом является слово ОМЕГА. Мы уже знаем, как оно представляется 5-разрядным двоичным международным кодом МТК-2 (см. с. 40). Выберем теперь совершенно произвольную (случайную) комбинацию 0 и 1 (назовем ее ключом) и сложим эту двоичную комбинацию с двоичным кодом слова ОМЕГА. Но сложение будем производить не по обычным правилам двоичной арифметики, когда сумма двух единиц дает единицу следующего разряда (см. с. 26), а по правилам:

т. е. без переноса суммы двух единиц в старший разряд. (Знак "плюс в кружочке" не даст спутать это правило с рассмотренным ранее на с. 26.) Такое сложение называется "поразрядным", или "по модулю 2".

Итак, произведем шифрование нашего секретного текста:

Если кто-нибудь попытается расшифровать засекреченный текст, пользуясь кодом МТК-2, то в результате получится непонятное слово "айвыш". Это слово (а точнее, соответствующая ему комбинация цифр 0 и 1) передается по линии связи.

Для восстановления исходного текста нужно принятую последовательность 0 и 1 снова "поразрядно" сложить с тем же случайным ключом:

Случайный ключ для каждого сообщения нужно выбирать новый, тогда возможность дешифровки секретного текста кем-либо посторонним будет исключена. Действительно, если известна лишь сумма с = а + b , то невозможно найти одно слагаемое, не зная другого.

Технически реализовать указанное засекречивающее устройство несложно, поскольку сумматоры "по модулю 2" разработаны и выпускаются в виде типовых микросхем для устройств связи и компьютеров.

Прошло вот уже более 150 лет со дня изобретения электрического телеграфа. И хотя телеграфные аппараты все это время непрерывно совершенствовались, до сих пор незыблемым остается один принцип: буквы, десятичные цифры, другие знаки и символы представляются с помощью всего двух цифр — 0 и 1, которые затем материализуются в виде импульсов электрического тока, распространяемых по проводам или в пространстве.

Этот принцип используется не только в телеграфии. В диалоге человека с компьютером, первый с помощью клавиатуры выполняет аналогичную операцию: переводит буквы, цифры и другие знаки в хорошо "понимаемый" компьютером двоичный код и затем в серию импульсов электрического тока, передаваемых по кабелю связи в компьютер.

Пожалуй, немногие знают сегодня значение слов "комод" и "святцы". Между тем, в не столь далекие времена единственными печатными источниками информации в домах простых людей были книги религиозного содержания. И хранили их в самом надежном месте: прочном деревянном шкафу — комоде.

Неужели в век стремительного развития науки и техники шкафы так и останутся единственным хранилищем печатного слова? Поспешим успокоить читателя. Не в будущем, а уже в настоящем на смену громоздким книжным "бабушкиным комодам" пришли миниатюрные "электронные шкафчики".

Но прежде чем говорить об информационной емкости такого "электронного шкафа" и предсказывать его будущее, познакомимся с тем, как устроены его "полки" и как "укладывается" на них текст, состоящий из букв, слов, предложений.

В главе "Искусство шифрования" описано чудесное превращение буквенного текста в закодированную последовательность цифр, как десятичных (0, 1, 2…., 9), так и двоичных (0 и 1). Запоминать же и хранить цифры намного проще, чем буквы и слова, хотя бы потому, что цифр существенно меньше.

Сколько раз, пользуясь услугами такси, мы, прежде чем расплатиться с водителем, бросаем взгляд на счетчик. Между тем счетчик такси как раз и является простейшим механическим устройством для запоминания и хранения цифровой информации. Она записывается в него автоматически без участия водителя или пассажира в зависимости от пройденного машиной расстояния. При остановке такси информация в счетчике сохраняется как угодно долго. Водитель такси может "стереть" ее, повернув специально предназначенный для этого ключ, и подготовить счетчик для автоматической записи последующей информации.

Автолюбителям хорошо знаком несложный прибор, который крепится на присоске в кабине машины и позволяет "запомнить", сколько бензина залито в бак или сколько километров пути пройдено, скажем, к моменту очередной поездки. Следует только установить, вращая зубчатые колесики, необходимые цифры в окошечках прибора. Ясно, что этот прибор — простейшая механическая память. "Запись" новой информации и "стирание" старой осуществляются в приборе "вручную". Запоминание цифры происходит за счет установки зубчатого колесика в нужном положении, а индикация хранящейся в памяти цифровой информации производится путем выставления при вращении колесика соответствующей цифры в окошечке.

Если воспользоваться шифровальной таблицей на с. 31 и закодировать слово "омега", получится следующий десятичный код: 06 30 16 33 10. Чтобы запомнить данное слово, потребуется механическая "память" из десяти зубчатых колесиков. Для запоминания же любой из десяти цифр каждое колесико должно иметь десять зубцов и принимать десять фиксированных положений.

В факельном, а позднее электрическом телеграфе каждая буква слова ОМЕГА заменялась 5-разрядным двоичным кодом, например: 00011 00111 10000 01011 11000. Теперь число зубчатых колесиков в механической памяти возрастет до 25. Вместе с тем каждое колесико будет иметь всего два фиксированных положения: одно из них будет "помнить" цифру 0, другое — цифру 1.

В повседневной жизни мы на каждом шагу встречаемся с механическим устройством памяти, имеющим два фиксированных положения. Выключая или включая свет, мы устанавливаем выключатель в одно из фиксированных положений. Можно выключенное состояние сопоставить с цифрой 0, а включенное — с цифрой 1. Незажженная или горящая лампочка указывает, в каком состоянии (0 или 1) находится выключатель.

Группа из пяти выключателей с лампочками позволяет "запомнить" только одну букву, представленную в 5-разрядном двоичном коде. Для запоминания слова из пяти букв (например, ОМЕГА) потребуется уже пять таких групп. "Набрав" на выключателях нужное слово, можно отключить общий рубильник, при этом информация в такой электрической памяти не исчезнет: она сохранится в положениях выключателей. Стоит только включить общий рубильник и можно прочитать на индикаторах (лампочках) текстовую информацию, записанную с помощью "магических" цифр 0 и 1.