2.2. Изобретение линейного шифрования

Шифродиск Армии США в Первую Мировую войнуУпростить процедуру кодирования, происходившего вручную, используя технические механизмы, всегда хотелось многим специалистам. Изобретатели, «ломая свои умы», многократно придумывали разнообразные механические устройства, ускоряющее процесс шифрования, например, шифродиск в разных вариантах. Толчок автоматизации шифровального процесса дала техническая революция конца 19-го столетия, а именно изобретение телеграфа, телефона и радиосвязи. Использование этих технических новинок для обмена криптограммами привело к существенному повышению оперативности шифросвязи.

Видоизменение коммуникационных технологий потянуло за собой и криптологию, развитие которой привело к использованию электромеханических, а затем и электронных шифрато-ров. Скорости обмена данными и его объёмы резко выросли, в результате чего стали чаще перехватываться и расшифровываться. Шифровальщик, который вручную заменял каждую букву и слог специальным символом, уже не мог справиться с постоянным ростом информационного потока.

Проводная связь показала себя менее дешёвой и подвижной в сравнении с радиосвязью. По радио стала возможной активизация общения воинских подразделений и связь с подвижным транспортом (автомобилем, самолётом, кораблём). Но это достоинство радиосвязи стало и главным её недостатком: возможность радиоперехвата всех посланий, что подтвердила 1-я Мировая война. В штабе русского корпуса принимают шифротелеграмму

Хоть все сражающиеся стороны и создавали современные шифры и постоянно усложняли уже действующие, их стойкость всё время получалась временной. Как правило, проти-внику всё ж таки удавалось вскрыть шифр и прочитать вражескую секретную переписку или понять содержание радиопереговоров. Так, например, высокий уровень немецкой военной криптослужбы в тот период как раз привёл в 1914-м к разгрому немцами 2-х русских армий в битве под Танненбергом. Это стало возможным из-за плохой организации армейской засекреченной радиосвязи, поскольку секретные разговоры по радиотелефону практически не шифровались.

В военный период главной (и зачастую единственной) системой защиты информации была кодировка. Код применялся не лишь для обеспечения секретности передаваемых данных, а также для сокращения длины текста или простоты его понимания. Как правило, кодировка осуществлялась заменой конкретных названий на какие-то символы (цифры или буквы). Но по разным причинам основной объём телеграфной переписки и телефонных раговоров военных подразделений или несложно кодировался, или вообще не кодировался из-за спешки.Полевой пост радиоперехвата Первой Мировой войны

Резкий рост объёма зашифрованной передачи и доступности радиосообщений для перехвата привели дешифровщиков к необходимости того, что изучение каждой радиограммы надо привязывать к анализу всей перехваченной переписки, в которой была эта радиограмма. Это направление оказалось очень правильным. Американский криптолог и писатель Дэвид Кан по этому поводу сказал, что изобретение телеграфа создало современную шифро-связь, а изобретение радиосвязи - современ-ный криптоанализ.

Шифротекст, передаваемый по радиоканалу, может прослушать каждый, кто снабжён радиоприёмником. Как правило, сразу он не расшифровывался, а использовался для анализа последующих текстов. В это время стал развиваться метод расшифровки, основанный на наличии как открытого, так и шифрованного текста. Кроме того, можно было проанализировать несколько шифровок, закрытых одним ключом, или осуществить простой перебор возможных ключей. Эти способы были применены британцами для прочтения секретных немецких сообщений в период 1-й Мировой войны.

Применение телеграфной и радиосвязи начало оттеснять кодировку как метод защиты данных в пользу использованияния шифра. Громоздкая и малоудобная при работе секретная кодовая книга могла быть украдена и неоднократно выкрадывалась противником, а её модификация была проблематичной. Шифр оказался наиболее мобильным и дешёвым. Объём секретного кодирования начал падать, но полностью не исчез. Код стал использоваться в сочетании с шифром, что нашло широкое применение в дальнейшем.

Военный узел связи Первой Мировой войныНадо заметить, что компрометация шифров приводит только к смене их ключей, а не всех кодовых книг. Кроме того, код очень зависит от лексики и языкового словарного запаса. Рождение нового термина или понятия заставляет осуществлять доработку и перепечатывание кодовой книги. Шифр с этой точки зрения наиболее ценен, поскольку его использование не имеет никакого отношения к содержанию открытой информации.

Интересно, что в 1881-м появился па-тент на первый телефонный шифратор Д.Х. Роджерса. Его идея включала передачу информации по телефону по нескольким (в упрощённом варианте - двум) линиям при помощи очереди импульсов в определённом порядке, быстро меняющемся и напоминающем телеграфную передачу. Для устранения возможности одновременного подсоединения противника ко всем линиям, их надо было разносить на значительные расстояния друг от друга. При подключении только к одной линии противник услышал бы лишь какие-то непонятные звуки.

С современной точки зрения шифрование 19-го века по своей разновидности было только предварительным, других вариантов просто не было. Передаваемый текст отправителем ши-фровался таким образом, чтобы послание удовлетворяло телеграфному требованию. После этого шифрованная телеграмма передавалась в телеграфное отделение для передачи адресату. 20-й век уже не мог позволить себе такого замедления передачи информации. Требовался метод, обеспечивающий шифрование телеграфного текста непосредственно в телеграфном аппарате, т.е. линейное шифрование, и последующую передачу шифровки прямо в телеграфную линию.Гилберт Сэндфорд Вернам

Такая идея в 1917-м родилась у американца Gilbert Sandford Vernam (1890-1960), молодого сотрудника фирмы «AT&T» (сокр. англ. American Telepho-ne and Telegraph) и талантливого изобретателя. Он был инженером телеграфного отделения в научно-исследовательском отделе фирмы, где разрабатывали «телетайп» - буквопечатающий телеграфный аппарат.

После объявления Соединенными Штатами войны Германии «AT&T» начала секретные работы по защите информации, передаваемой с помощью телетайпа. Научные исследования показали, что линейные токовые импульсы можно записать на осциллографе и затем преобразовать в буквы полученного текста. Для этого решили изменить проводные соединения в телетайпном печатающем механизме. В итоге открытое сообщение шифровалось одноалфавитной заменой.

Хоть инженеры и осознавали, что такое шифрование было очень слабым, других идей у них не было. Именно у Gilbert Sandford Vernam родилась идея применить для шифрования код Бодо, знаки которого содержали 5 элементов. Каждый элемент обозначался наличием («+») или отсутствием («-») линейного токового импульса, а всего было 32 разных сочетания «+» и «-». 26 сочетаний соответствовало знакам апфавита, а остальные были служебными комбинациями (пробелы, буквенно-цифровые и цифро-буквенные переходы, переходы на новые строки и т.п.).

Так, комбинация «++---» обозначала букву «A», а комбинация «++-++» обозначала переход на цифру и знак препинания. Закодированный текст набивался на перфоленту: «+» - есть дырка (ток), а «-» - нет дырки (тока). Когда перфолента проходила через устройство считывания, контакты через дырки замыкали электроцепь, в которой появлялся токовый импульс. А в случае отсутствия дырки на бумаге она не давала контактам замкнуться, и импульс тока не появлялся.

Кроме того, Gilbert Sandford Vernam решил набить на перфоленте комбинацию случайных знаков (её назвали «гаммой») и при передаче наложить их на открытый текст. Фактически «гамма» стала секретным ключом, созданным из случайного сочетания алфавитных знаков. Шифросообщение состояло из полученной суммы знаков текста и «гаммы», которая и должна была передаваться в телеграфную линию. Патент ВернамаБыл установлен такой порядок суммирования: если импульсы одинаковы, то получится «-», а если импульсы отличаются, то получится «+».

Современным языком это называется сло-жением по «модулю два» («0» обозначает «–», а 1 - «+»): 0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=0. Если «гамма» состоит из «+-+--» (10100), то «A» - «++---» (11000) после шифрования превращается в двоичный символ «-++--»: 01100 = 11000 x 10100. Для расшифрования эту операцию надо реализовать в обратной последовательнос-ти: 01100 x 10100 = 11000 - «++---» - «A».

Для автоматического осуществления таких операций Gilbert Sandford Vernam построил специальный аппарат, который содержал магниты, реле и токосъёмные пластины. С учётом того, что процедуры шифрования и дешифровки математически одинаковы, этот спецаппарат можно было использовать и в последнем случае. Шифрование осуществлялось поступлением импульсов в модуль суммирования из 2-х панелей считывания: одна считывала «гамму», а другая - откры-тое сообщение. Получаемые на выходном блоке комбинации «+» и «-» передавались в линию как обычные телетайпные данные. На приёмном пункте второй такой же спецаппарат производил добавление импульсов, считываемых с перфоленты с идентичной «гаммой», и восстанавление первоначальных импульсов исходного сообщения...

Чтобы прочитать полностью, напишите автору

Шифр Вернама

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Книга | Автор | Статьи | Фильмы | Фото | Ссылки | Отзывы

Контакт | Студентам | Ветеранам | Астрология | Карта сайта



Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика