Возникновение книжного шифра

 

Методы криптографической защиты информации в России в XIX веке в основном воспроизводили аналогичные методы западных стран с учетом собственного криптографического опыта XVIII века. Однако появлялись и оригинальные идеи их усложнения для усиления стойкости, и новые шифры. Одновременно уделялось значительное внимание вопросам перехвата и дешифрования иностранных посланий и переписки антигосударственных организаций в самой России. Этим вопросам придавалось огромное значение на высшем государственном уровне. Так, например, Николай I и Александр II охотно читали выписки из перлюстрированных писем и, используя эту информацию, принимали важные решения.

В начале XIX века в России была произведена реорганизация органов управления страной. Манифестом Александра I вместо коллегий учреждались министерства. В частности, было организовано министерство иностранных дел (МИД), руководителем которого был назначен граф А.Р. Воронцов. Канцелярия МИД содержала четыре основные экспедиции и три секретные. Первая секретная - цифирная (шифровальная), вторая - цифирная (дешифровальная), третья - газетная (служба перлюстрации). Позднее экспедиции стали называться отделениями.

"Черный кабинет" России, сосредоточенный в основном в МИД, совершенствовал методы, технику перехвата и перлюстрации сообщений иностранных государств. На почтамтах были созданы профессиональные службы по перехвату и перлюстрации дипломатической переписки, разрабатывались методы быстрого копирования, перлюстрации без улик (подделка печатей и т.д.), оперативного ознакомления с содержанием сообщений и передачи их дешифровальным органам. За успехи в этой работе императоры щедро награждали подчиненных: например, один из чиновников "черного кабинета", который изобрел новый эффективный метод подделки печатей и аппарат для вскрытия конвертов паром, высочайшим указом был награжден орденом Святого Владимира 4-й степени "за полезные и применимые в деле открытия".

Обычно шифры классифицировались на общие и индивидуальные. Общие шифры предназначались для нескольких корреспондентов, как правило, расположенных в одном географическом регионе. Они обеспечивали им связь между собой и с "центром". Индивидуальный шифр предназначался исключительно для связи с центром. Идея такого разделения восходила еще к временам Екатерины II.

Одной из ярких личностей, связанных с российской криптографией начала XIX века, являлся барон П.Л. Шиллинг фон Канштадт. Он родился в 1786 году в городе Ревель (ныне Таллин). Разносторонняя и одаренная личность, полковник российской армии, ученый-востоковед, член-корреспондент Российской Академии наук, друг А.С. Пушкина, К.Н. Батюшкова, А. Мицкевича, А.И. Тургенева, заведующий цифирной (криптографической) частью МИД - таковы наиболее яркие моменты его биографии. Ранее он уже упоминался как изобретатель электромагнитного телеграфа, он также изобрел и внедрил электрический способ подрыва минных зарядов, ввел в России литографию, положил начало изучению языка и культуры народов Дальнего Востока.

В историю криптографии Шиллинг вошел, прежде всего, как изобретатель так называемого биграммного шифра, который являлся комбинацией шифра перестановки с шифром многозначной замены на биграммах (двухбуквенных сочетаниях). Соответственно шифрвеличинами были не буквы, а биграммы. Шифробозначениями являлись числа, по два на каждую биграмму. Важно при этом заметить, что шифровались не две рядом стоящие в открытом тексте буквы, а пара букв, разделенных некоторым заранее оговоренным расстоянии Т друг от друга.

Открытый текст сначала переписывался в биграммы букв находящихся на расстоянии Т. Если длина открытого сообщения была не кратна Т, то она дополнялось произвольными знаками алфавита. Таким образом сообщение а1, а2, …, аi, … преобразовывалась к следующему виду: а1 аТ+1, а2 аТ+2, …, аi, aT+i… По сути это было предварительное шифрование - перестановка букв исходного сообщения.

Табличное задание правила шифрования биграмм напоминает биграммный шифр Порта, однако вместо замысловатых знаков для замены биграмм использовались числа. При этом вводились и "пустышки": предусматривалось шифрование отдельных знаков, дополнение открытого текста хаотическим набором знаков и т.д. Для реализации своего способа шифрования Шиллинг предложил механическое устройство - наборно-разборную таблицу, наклеенную на коленкор. Срок действия шифра был определен в 6 лет (позднее снижен до 3 лет). С современных позиций этот шифр нельзя признать стойким.

В XIX веке в связи с развитием внешних и внутренних связей России существенно увеличился объем шифрованной переписки. Это повлекло за собой необходимость увеличения числа вводимых в действие шифров и кодов. Поэтому во второй половине XIX века криптографическая служба России была вновь реорганизована. Она была создана еще в двух ведомствах (кроме МИД) - военном и внутренних дел (в департаменте полиции). Сфера использования криптографии существенно расширилась. Стали прибегать к шифрованию переписки жандармерия и гражданские ведомства (Министерство финансов и др.). Разрабатывались специальные агентурные шифры. Шифровались и несекретные документы (на так называемых ключах "специального назначения") с целью недопущения утечки информации к "третьим лицам" (журналистам и пр.). Особые шифры разрабатывались для разведчиков и агентов.

Появилось разделение шифров по степени секретности защищаемой информации. Соответственно менялись и требования к ним. Шифры стали делиться и по языковому принципу: русские, французские, английские, немецкие и т.д. Таким образом, разработка шифров опиралась на язык, на котором велась переписка.

Потребность в шифрах постоянно возрастала. Достаточно напомнить, что только количество посольств и консульств за рубежом приближалось к 150.

 

Алгоритм реализации

 

Широко применялись и книжные шифры, обеспечивающие достаточную стойкость, но обладающие существенным недостатком: корреспондентам сети необходимо всегда иметь при себе книгу-ключ. Это нередко представляло неудобство, и, кроме того, при "провале" сети связи противник мог определить ключевую книгу (по наличию ее у всех корреспондентов). Поэтому часто вместо книги использовались легко запоминаемые слова или фразы, по которым воспроизводилась гипотетическая страница книги. Приведем примеры.

В "шифре по слову" ключом является заранее оговоренное слово, словосочетание или фраза. По нему строится таблица замены. Пусть, например, этим словом является слово "ПРЕКРАСНАЯ". Строится таблица такого вида (применительно к современному редуцированному русскому алфавиту): слово-лозунг выписывается по вертикали. Эти вертикали обозначаются числами от 1 до 0 (в слове 10 букв). Каждая буква построчно разворачивается в последовательность букв русского алфавита (циклически). В результате получается прямоугольник 10?10, который и является гипотетической страницей книги-ключа:

 

 

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
1	П	Р	С	Т	У	Ф	Х	Ц	Ч	Ш
2	Р	С	Т	У	Ф	Х	Ц	Ш	Ь	Э
3	Е	Ж	З	И	К	Л	М	Н	О	П
4	К	Л	М	Н	О	П	Р	С	Т	У
5	Р	С	Т	У	Ф	Х	Ц	Ч	Ш	Ь
6	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З	И	К
7	С	Т	У	Ф	Х	Ц	Ш	Ь	Э	Ю
8	Н	О	П	Р	С	Т	У	Ф	Х	Ц
9	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З	И	К
0	Я	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З	И

 

В соответствии с этим квадратом производилась замена букв открытого текста на их координаты (первая цифра - номер строки, вторая - номер столбца). Например, буква П получала обозначения: 11, 30, или 46 и т.д. Таким образом, слово "агент" может иметь разные шифробозначения: "61, 94, 07, 44, 53" или "02, 64, 66, 38, 49" и т.д. Этот шифр обладает уже неплохой криптографической стойкостью.

Дальнейшее усложнение шифра многозначной замены связано с введением "пустышек" - фиктивных знаков в шифрованный текст. Приведем пример. Пусть действует ранее описанный шифр по слову. Заранее оговорено, что столбцы и строки с номерами 2 и 9 являются "пустыми", то есть вычеркиваются. Таким образом, появляется возможность вставлять в шифрованный текст "пустые" комбинации, содержащие указанные цифры. 27, 95, 92, 29 и т.д.

Следующее усложнение заключается в одновременном использовании нескольких квадратов, полученных по разным ключам-лозунгам. При шифровании квадраты таблицы используются циклически один за другим. Иногда переход к следующему квадрату отмечался определенными комбинациями знаков, например, трехкратным повторением одной и той же буквы в открытом тексте. Шифр стал более стойким, но менее удобным в применении.

В стихотворном шифре ключом является заранее оговоренное стихотворение, которое записывается в прямоугольник согласованного размера, например, 10?20. Этот прямоугольник является ключевой страницей книжного шифра.

 

 

ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

 

Данная программа содержит несколько реализаций, это Подключаемая DLL библиотека, реализующая само шифрование, Программа с Графическим интерфейсом ее использующая, и также консольная реализация программы без использования ресурсов библиотеки.