Математика и криптография : тайны шифров и логическое мышление - [2]
Итак, представь себе способ шифрования, когда каждая буква текста заменяется каким-либо символом или числом. Самый простой способ заключается в использовании вместо букв их порядковых номеров. В русском алфавите 33 буквы, так что будут понадобятся числа от 1 до 33. Например, вот так можно зашифровать слово «ШИФР»: 26 10 22 18.
Само собой, это совсем негодный способ шифрования. Боюсь, такой шифр взломает даже тот, кто не читал эту книгу. По крайней мере, большинству людей первым делом придёт в голову попробовать этот способ расшифровки.
Буквы можно заменять и другими буквами. Например, можно воспользоваться правилом «+3»: чтобы зашифровать букву, необходимо взять её номер в алфавите, прибавить к нему «3», а затем использовать букву с полученным порядковым номером. Чтобы зашифровать буквы из конца алфавита, нужно вернуться в начало алфавита, как бы замкнув круг. Это правило позволит зашифровать слово «ШИФР» так: ЫЛЧУ.
Гай Юлий Цезарь. Древнеримский государственный и политический деятель, полководец, писатель. Для передачи секретных сообщений из штаба в войска впервые использовал простой шифр подстановки, сегодня известный как «шифр Цезаря».
Это так называемый «шифр Цезаря ». Именно в таком виде Юлий Цезарь использовал его для секретной переписки со своими командирами легионов. Да, в те далёкие времена этот шифр обеспечивал секретность. Но теперь и он не очень хорошо сохраняет тайну, поскольку те, кто хоть немного знает о криптоанализе, мгновенно взломают его (скоро и ты будешь таким человеком).
Наконец, буквы можно заменять на какие-нибудь экзотические значки; их даже можно выдумать самостоятельно. Здесь открывается широкий простор для фантазии. Например, то же слово «ШИФР» в этом случае можно написать бесконечным количеством способов:
и т. д. Придумать можно всё что угодно. Однако и в этом случае ни вид символов, ни их сложность не являются защитой — такой шифр можно взломать так же легко, как и в предыдущем варианте.
Честно говоря, я бы вообще не называл это шифрованием. С точки зрения математика и программиста это просто смена кодировки. Мы просто используем другие обозначения для тех же самых букв. Это ни на что не влияет с точки зрения защиты сообщения. Подумай хорошенько: если букву «А» всегда заменять одним и тем же другим символом, букву «Б» — каким-то другим символом и так далее, то это отпугнёт только совсем неподготовленных людей, да и то — после первого испуга каждый сможет разобраться, в чём тут дело.
Другими словами, можно вывести такое правило:
Если заменить буквы на какие-либо иные символы, то секретность сообщения не изменится.
Давай посмотрим, как можно взломать такой шифр. Для этого есть несколько методов:
1. Частотный анализ символов. Что обозначает этот термин? Одни и те же буквы, какими бы значками они ни обозначались, всегда используются в одном и том же языке с одинаковой частотой. Сейчас ты читаешь этот текст (на русском языке); можно подсчитать количество разных букв, использованных в нем, а потом поделить эти количества на общее число букв. Получатся так называемые частоты букв. Так вот эти частоты практически всегда одинаковы для любых текстов, особенно больших.
2. Подбор и проверка сочетаний . Иногда можно успешно подобрать слова, если они заведомо используются в зашифрованном тексте. Например, если ты знаешь, что шпион передаёт в свой штаб информацию о новом виде вооружения, то наверняка в тексте найдётся название этого вооружения. «Внимание, штаб! Атакующая сторона намерена использовать рогатки». Если вы с друзьями и впрямь намерены использовать рогатки, то резонно предположить, что где-то в тексте есть это слово.
3. Наращивание объёма сообщений . Если шпион передаёт небольшие сообщения, то к ним сложно применить методы частотного анализа, а подбор сочетаний становится иногда делом бессмысленным. В этом случае надо набраться терпения и подождать новых сообщений, которые увеличат объём шифрованного текста. Тогда и можно будет применить оба предыдущих метода.
Эти три метода, используемые вместе или по отдельности, позволяют взломать практически любое сообщение, скрытое шифром простой подстановки (именно так называется этот способ шифрования). Но теперь ты можешь понять, как избежать быстрого взлома шифровки. Нужно сделать использование этих трёх методов невозможным. Во-первых, применять такие методы шифрования, которые изменяют частоту символов. Во-вторых, использовать так называемые коды — когда уязвимые для взлома понятия обозначаются специальными словами, кодами. В-третьих, настоящий шпион никогда не использует один и тот же шифр два раза. Никогда!
Об этих методах шифрования мы поговорим позднее. А теперь предлагаю заняться взломом.
