Американская криптология - [57]

Талантливый инженер Шеннон в 1941 году начал работать в математическом отделении научно-исследовательского центра «Бэл Лэбораториз» (англ. Bell Laboratories — лаборатории Бэлла), сосредоточенного преимущественно на проблемах военных коммуникационных систем и криптографии. Напряженная работа в этой сфере за годы войны дала самые богатые плоды в мирное время.

В 1948 году он опубликовал свой эпохальный труд «Математическая теория связи». Цель этой работы была практической — как улучшить передачу информации телеграфным или телефонным каналом, который находится под воздействием электрических шумов. При решении этой задачи у Шеннона родился поистине революционный труд, который положил начало целой науке под названием «теория информации».

Следующая эпохальная работа Клода Шеннона «Теория связи в секретных системах» появилась практически одновременно с «теорией информации» и была обнародована в 1949 году. По некоторым причинам она не получила такой же широкий резонанс, поскольку явно опережала свое время сразу на несколько десятилетий. В действительности данная статья представляла собой немного переделанный отчет, подготовленный Шенноном еще в 1945 году.

Мировое значение этого труда заключается в том, что теперь вся история криптологии от античности до настоящего разделяется на два периода: до 1949 года, когда «тайнопись» считалась шаманством, оккультизмом и видом искусства, и после 1949 года, когда криптология стала полноценной прикладной наукой на базе фундаментальной математической теории.

Шеннон доказал, что предложенный Вернамом в 1917 году метод шифрования с применением случайной комбинации знаков (гаммы), объединенный с одноразовым шифрблокнотом, был единственной абсолютно стойкой системой шифрования при условии, что длина ключа равнялась длине самого сообщения. В своей статье он выделил 2 основных принципа, которые используются в шифрах: рассеивание и перемешивание.

Рассеивание — это распространение влияния одного знака открытого текста (или, что более важно, одного знака ключа) на многие знаки шифротекста, что позволяет спрятать статистические особенности текста и, в свою очередь, усложнить восстановление ключа.

Перемешиванием Шеннон назвал использование таких шифрующих превращений, которые осложняют восстановление взаимосвязи между открытым текстом и шифротекстом. Основной идеей его была суперпозиция простых шифров, которые реализуют рассеивание и перемешивание, каждое из которых давало малый прирост сложности дешифровки, но в совокупности можно было получить достаточно стойкую систему.

Подобная суперпозиция называется составленным шифром. В практических составленных шифрах чаще всего используются перестановки (перемешивание символов открытого текста) и подстановки (замена символа или группы символов другим символом того же алфавита), при этом конкретный алгоритм перестановки и подстановки определяется только секретным ключом.

Основным результатом упомянутой работы было то, что Шеннон ввёл понятие стойкости шифра и показал, что существует шифр, который обеспечивает абсолютную секретность. Другими словами, знание шифротекста не позволяет противнику улучшить оценку соответствующего открытого текста. Им, как уже сказано выше, может быть, например, шифр Виженера при условии использования бесконечно длинного ключевого слова и случайного распределения символов в этом слове.

Очевидно, что практическая реализация такого шифра (бесконечная случайная лента) невозможна (точнее, в большинстве случаев — экономически невыгодна), поэтому обычно рассматривают практическую стойкость шифра, которая измеряется числом элементарных операций, необходимым на его раскрытие. Эта оценка в последнее время используется более часто, чем оценка времени, поскольку стремительное развитие вычислительной техники делает оценку времени более некорректной.

Подавляющее большинство систем шифрования являются лишь разумно стойкими, поскольку криптоаналитик, имея в своём распоряжении большой объём шифрованного текста и достаточно времени, может найти пути расшифровывания сообщений.

Одноразовый же шифрблокнот — абсолютно стойкий как в теории, так и на практике. Каким бы длинным не был перехваченный текст, сколько бы времени не уделялось на его исследование, криптоаналитик никогда не сможет раскрыть одноразовый шифрблокнот, использованный для получения этого шифротекста.

Ведь у криптоаналитика нет отправной точки для исследований, потому что «гамма» не содержит повторений, не используется дважды, не является связным текстом и не имеет структурной закономерности. Поэтому криптоанализ несостоятелен.

Остаётся только метод прямого перебора всех возможных ключей, что в конечном счёте должно привести к открытому тексту. Однако тотальное исследование, которое действительно позволяет получить исходный текст, также даст и ещё множество связанных текстов той же длины.

До настоящего времени для защиты секретной государственной информации, военных и дипломатических тайн, государственными организациями и, в первую очередь, спецслужбами применяется только симметричная криптология.