Вадим Гребенников - Европейская криптология. История спецсвязи

При шифровании фразы «ОБЪЯВЛЕН СБОР» по биграммам получается шифровка «ФДИВФПДПУКВО»:

ОБ ЪЯ ВЛ ЕН СБ ОР

ФД ИВ ФП ДП УК ВО

Шифрование биграммами резко усилила стойкость шифров к раскрытию.

Несмотря на то, что «Полиграфия» была достаточно доступной печатной книгой, описанные в ней идеи получили признание лишь тремя веками позже. Скорее всего это было вызвано непопулярностью Тритемия среди профессиональных криптологов, который был не криптологом, а богословом, библиофилом и основателем архивного дела.

Следующий шаг в развитии предложенного Тритемием способа шифрования был сделан итальянцем Джованни Баттиста Беллазо (Giovan Battista Bellaso). В 1553 году он опубликовал брошюру «Шифр сеньора Джованни Баттиста Беллазо» (итал. La cifra del. Sig. Giovan Battista Bellaso), где предложил использовать для многоалфавитного шифра буквенный ключ, который был назван им «паролем» и должен был легко запоминаться. Пароль выписывался под или над строкой сообщения. Буква пароля, что находились над (под) буквой сообщения, определяла номер строки таблицы Тритемия, то есть алфавит замены, в соответствии с которым и осуществлялась шифрование. Буква сообщения определяла номер столбца таблицы, а буква шифротекста находилась на пересечении строки и столбца таблицы.

Приблизительно в то же время итальянский математик и философ Джероламо Кардано (Gerolamo Cardano) (1501-76) предложил использовать в качестве ключа сам текст сообщения, то есть «самоключ» или «автоключ» (англ. autokey). Например, во фразе «СБОР СЕГОДНЯ» ключом было слово «СБОР» (см. таблицу). Шифрование осуществлялась с помощью таблицы Тритемия.

Кроме того, в 1556 году увлечение теорией магических квадратов привело Кардано к открытию нового класса шифра перестановок, названного решёткой или трафаретом. Он представлял собой квадратную таблицу, в которой четверть ячеек прорезана так, что при четырёх поворотах они покрывали весь квадрат. Вписывание в прорезанные ячейки текста и повороты решётки длились до тех пор, пока весь квадрат не был заполнен. Например, на рисунке ниже показан процесс шифрования решёткой 4х4. Трафарет имел 4 прорезанные клетки, а повороты осуществлялись по часовой стрелке на указанный ниже угол (см. таблицу).

В результате считывания по строкам сообщения «ВСТРЕТИТЬ В ДЕСЯТЬ» превращается в шифротекст: ЕСВЬЯТВСДТТИРЕТЬ.

Главное требование к трафарету — при всех поворотах «окна» не должны попадать на одно и то же место в квадрате, в котором образуется шифротекст. Если в квадрате после снятия трафарета образовывались пустые места, то в них вписывались любые буквы.

Количество подобных решёток быстро растет с их размером. Так, решётка 2х2 единственная, решёток 4х4 уже 256, а решёток 6х6 свыше 100 тысяч. Несмотря на определенную сложность, шифры типа решёток достаточно просто раскрывались, поэтому не могли использоваться в качестве самостоятельного шифра. Тем не менее они были очень удобными и ещё долго использовались в практике для усиления шифров замены.

Воскрешение смешанных алфавитов, применявшихся Альберти, и объединение идей Альберти с идеями Тритемия и Беллазо в современную концепцию многоалфавитной замены выпало на долю итальянца Джованни Баттиста Делла Порта (Giovanni Battista Della Porta) (1535–1615). Ему было 28 лет, когда он в 1563 году опубликовал книгу «О скрытой значимости отдельных букв» (лат. De Furtivis Literarum Notis). Её первые два раздела были посвящены криптографии, а в двух других излагались основы криптоанализа и рассматривались лингвистические особенности, которые помогали раскрытию шифров.

Книга Порты содержала первое в Европе описание того, как стоит раскрывать шифр простой замены, когда шифротекст не был разделён на слова или был разделён неправильно. Порта также описал то, что считалось вторым по значимости приёмом в современном криптоанализе:

«…Когда тема переписки известна, исследователь может сделать проницательные предположения относительно слов, которые обычно употребляются в таком контексте. Эти слова можно без большого труда обнаружить, подмечая в текстах количество знаков, а также сходство и различие букв… Каждой теме характерны некоторые общие слова, которые сопутствуют ей, будучи необходимы. Например, в любви — это страсть, сердце, огонь, пламя, сгорать, жизнь, смерть, жалость, жестокость; на войне — это солдат, командир, генерал, лагерь, оружие, бороться и т. д. Таким образом, этот прием вскрытия, который не основан на анализе самих документов или на попытке разбить текст на гласные или согласные, может облегчить задачу».

В своей книге Порта также дал один мудрый совет, который и сегодня полезен криптоаналитику в той же степени, в какой он был уместен в Италии эпохи Возрождения:

«Необходимы самая полная сосредоточенность и усердие, чтобы свободная от посторонних мыслей голова, когда все остальное отложено в сторону, была всецело занята единственной задачей доведения начатого дела до успешного завершения.

И все-таки, когда такая задача требует чрезмерного напряжения и необычных затрат времени, напряжение не должно быть непрерывным, не следует изнурять мозг сверх меры, ибо слишком большие усилия и продолжительная умственная нагрузка приводят к нервному истощению, после которого голова уже менее пригодна для подобных вещей и из нее уже не выжмешь ничего…»

А далее Порта поделился с читателем своим собственным практическим опытом работы: «Кроме того, далеко немаловажно, чтобы сообщение было написано рукой автора или искусного писца, ибо если перехваченное сообщение будет скопировано неправильно или если оно выйдет из-под руки человека незнакомого с искусством шифра, то в результате, поскольку правописание нарушено, любая интерпретация сообщения будет блокирована».

Подобный опыт приходил только к криптоаналитику, который имел дело с сообщениями, в которых буквы часто были пропущены, переставлены или заменены на другие. Это случалось лишь при обработке настоящих криптограмм. Задачи, которые встречались в книгах по криптоанализу того времени, всегда были безукоризненно составлены с точки зрения правописания и поэтому легко решались. Скорее всего, Порта регулярно занимался криптоанализом, выполняя поручение папской курии.

В полной мере замечательные способности Порты проявились при решении наиболее тяжелой проблемы криптоанализа эпохи Возрождения — раскрытии многоалфавитных шифров. Невзирая на высокую оценку этих шифров криптоаналитиками того времени, Порта отказался признать их неуязвимость и разработал для них методы раскрытия. Хотя эти методы не были универсальными, их основная ценность состояла в примененном Портой смелом подходе, который и привёл его к успеху.