"Pojednání o šifrách" ( 1466 ) - jedna z prvních knih v Evropě věnovaných dešifrování , kterou napsal Leon Battista Alberti - italský vědec, humanista , spisovatel, jeden z iniciátorů nové evropské architektury a přední teoretik umění renesance . Svým dílem významně přispěl k rozvoji kryptografie, navrhl myšlenku polyalfabetické šifry a vynalezl zařízení, které implementuje polyalfabetickou substituční šifru, nazvanou Albertiho disk.
V XV století v západní Evropě patří prvenství v hospodářském a politickém rozvoji italským státům. Papežská kurie nadále hraje největší roli v politickém životě. K posílení svých pozic a rozvoji tajných projektů potřebuje Vatikán pomoc kryptologie (skryjte své plány, odkryjte karty soupeře). V tomto ohledu začíná nejen aktivní využívání metod kryptografie a kryptoanalýzy, ale také vytváření teoretických základů kryptologie.
Nejschopnější lidé z italských měst poskytovali své služby Vatikánu, což umožnilo komplikovat a zlepšovat metody.
Za historicky první pramen pro studium nových přístupů ke kryptografii lze považovat pojednání významného představitele italské renesance Leona Battisty Albertiho věnované zvažovanému tématu.
Alberti je prvním představitelem nových myšlenek v této oblasti. Je široce známý jako bystrý představitel italské renesance, okruh jeho zájmů je velmi široký. Sloužil více než 30 let v papežské kanceláři, což ho přivedlo k zájmu o kryptografii. Mezi jeho díla patří pojednání „O principech šifer“. Rukopis je uložen ve vatikánských archivech. Byl proveden anglický a italský překlad této práce. Spolu s knihou představenou na výstavě v Mantově , věnované 590. výročí narození Albertiho, vyšlo v prosinci 1994 CD obsahující historický úvod, text 12 dochovaných rukopisů díla a jeho překlady do různých jazyků.
Dílo bylo napsáno na žádost Albertiho přítele Leonarda Data, papežova sekretáře. Alberti do své práce zahrnul nejen popis obecných principů šifrování a kryptoanalýzy, některé specifické šifry, ale také novou šifrovací metodu, kterou vynalezl. Do knihy zahrnul i stručnou diskusi o steganografii (steganografie je soubor prostředků a metod skrývání faktu přenosu informace).
Pojednání tedy obsahuje jak informace o kryptografii, tak o kryptologii. Alberti sám tyto pojmy striktně nesdílel. Hned na začátku knihy však popisuje výzkum ne tak důležitý pro šifrování, jako pro kryptoanalýzu. Hovoříme o frekvenci různých samohlásek a souhlásek latinského jazyka , stejně jako o frekvenci bigramů a postavení samohlásek a souhlásek latinského jazyka. Alberti poznamenal, že v každé latinské knize by byl poměr samohlásek k souhláskám 300 ku 100.
Stejně tak málo se spokojuje s popisem jednoduchých substitučních šifer, Alberti dává doporučení ohledně sestavování proporcionálních substitučních šifer. V nich k nahrazení nejčastějších samohlásek doporučuje používat ne jedno, ale více písmen či jiných vzájemně odlišných symbolů, které by se měly v šifře střídat.
Alberti uvádí i některá doporučení pro efektivní využití tohoto systému (zjednodušení pravopisu, používání „prázdných míst“ – nic neznamenajících symbolů).
Alberti popsal další systém, který je kombinací šifer a kódů, kdy jsou jednotlivé slabiky, slova a věty prostého textu nahrazeny písmeny. Obrátil se také na jednodušší šifrovací systémy spojené s permutací písmen.
Alberti také zmiňuje metody steganografie (použití mléka, cibule a soli, které lze použít k psaní textu, který se objeví pod vlivem vody a tepla.
Nakonec Alberti dává svou vlastní šifru.
„Alberti Disk“ se skládal ze dvou disků – externího pevného disku (měl latinská písmena v abecedním pořadí a číslicemi 1, 2, 3, 4) a pohyblivého interního disku, na kterém byla písmena přeskupena. Kotouče byly namontovány na jedné ose, aby se ta vnitřní mohla otáčet. Obvod každého disku je rozdělen na 24 stejných buněk. Posouvání abeced je řízeno klíčovými písmeny obsaženými v těle kryptogramu. Abyste mohli dešifrovat zprávu napsanou pomocí Alberti disků, museli jste mít na interním disku odpovídající abecedu.
Princip konstrukce této šifry je následující: pro šifrování se nepoužívá jedna, jako v jednoduchém nahrazení, ale několik šifrovacích abeced. Proces šifrování spočíval v nalezení písmene ve formátu prostého textu na externím disku a jeho nahrazení písmenem z interního disku pod ním. Poté byl vnitřní disk posunut o jednu pozici a druhé písmeno bylo zašifrováno pomocí nové šifrové abecedy.
Klíčem této šifry bylo pořadí písmen na vnitřním disku a jeho počáteční poloha vzhledem k vnějšímu disku. Dalším Albertiho vynálezem byly kódy, navrhoval nahradit slabiky, slova a celé věty uspořádanými dvou-, tří- a čtyřmístnými kombinacemi (celkem je 336 takových kombinací). Poté byla čísla přešifrována polyalfabetickou substitucí. Jak vidíte, disk je mechanické zařízení pro jednoduchou výměnu. Vynález takového zařízení zatím nevysvětluje, proč je Alberti uznáván jako otec západoevropské kryptologie. Albertiho hlavní předností je použití ne jedné, ale několika abeced, což ztěžuje frekvenční analýzu. Alberti navrhl přepínání z jedné abecedy do druhé každé 3-4 slova. To se provádí otočením vnitřního disku jedním nebo druhým směrem o určitý počet dílků. Jako signál pro takový přepínač sloužilo velké písmeno. Bez tohoto důvodu neměla velká písmena v textu místo. Nejprve Alberti používal dvě abecedy, pak více. Alberti byl tedy jedním z prvních, kdo předložil myšlenku „dvojitého šifrování“ - text získaný v důsledku prvního šifrování byl podroben opětovnému šifrování pomocí jiné šifry. Albertiho nápady byly použity při vytváření šifrovacích strojů v první polovině 20. století , některé z nich byly používány v různých zemích až do 80. let 20. století.
Albertiho šifra není periodická. V 16. století použil Giovanni Battista della Porta systém klíčových slov k implementaci šifry, kterou lze považovat za variaci Albertiho šifry. Jedno klíčové slovo se používá k vytvoření permutace abecedy, jiné klíčové slovo se používá k definování sekvence pro více abeced. Tato technika, která byla nazývána „dvojitá šifra“, byla přesněji popsána jako polyalfabetická. Technika permutace portů byla založena na 2-rozměrné tabulce, zde je například varianta tabulky Port založená na 26znakové abecedě:
Ekvivalent externího disku: abcdefghijklmnopqrstu vwxyz 0 ALBERTICPHDFGHJKMNOSU VWXYZ 1 ZALBERTICPHDFGHJKMNOS UVWXY N 2 YZALBERTICPHDFGHJKMNO SUVWX u 3 XYZALBERTICPHDFGHJKMN OSUVW m 4 WXYZALBERTICPHDFGHJKM NOSUV b 5 VWXYZALBERTICPHDFGHJK MNOSU e 6 UVWXYZALBERTICPHDFGHJ KMNOS r 7 SUVWXYZALBERTICPHDFGH JKMNO 8 OSUVWXYZALBERTICPHDFG HJKMN o 9 NOSUVWXYZALBERTICPHDF GHJKM f 10 MNOSUVWXYZALBERTICPHD FGHJK 11 KMNOSUVWXYZALBERTICPH DFGHJ S 12 JKMNOSUVWXYZALBERTICP HDFGH h 13 HJKMNOSUVWXYZALBERTIC PHDFG i 14 GHJKMNOSUVWXYZALBERTI CPHDF f 15 FGHJKMNOSUVWXYZALBERT ICPHD t 16 DFGHJKMNOSUVWXYZALBER TICPH s 17 HDFGHJKMNOSUVWXYZALBE RTICP 18 PHDFGHJKMNOSUVWXYZALB ERTIC 19 CPHDFGHJKMNOSUVWXYZAL BERTI 20 ICPHDFGHJKMNOSUVWXYZA LBERT 21 TICPHDFGHJKMNOSUVWXYZ ALBER 22 RTICPHDFGHJKMNOSUVWXY ZALBE 23 ERTICPHDFGHJKMNOSUVWX YZALB 24 BERTICPHDFGHJKMNOSUVW XYZAL 25 LBERTICPHDFGHJKMNOSUV WXYZA
V tomto případě se velká písmena shodují s náhodnou interní diskovou abecedou, jako klíčové slovo pro vytvoření abecedy používáme ALBERTICIPHER. Velká písmena odpovídají vnější jednotce a čísla v rohu představují indexy několika abeced, druhé klíčové slovo se používá k označení sekvence indexů používaných k výběru řádků v tabulce. U šifry, jako je Porta, bude šifrovací klíč sestávat z permutace uvedené v prvním řádku tabulky plus posun, který následuje za každým písmenem textu. Každá nová hodnota posunu v metodě Port nebo každé nové „slovo“ v druhém klíčovém slově znamená novou abecedu šifrovaného textu.
Objev nové třídy šifer – polyalfabetických substitučních šifer – by mohl mít velký význam pro zdokonalení kryptografických metod, Albertiho práce se však příliš nevyužívala. Jediným neitalským spisovatelem 16. století, který se ve svém díle zmínil o Albertiho pojednání, byl francouzský diplomat Blaise de Vigenère . Informace o tom, že Alberti skutečně takové pojednání vytvořil, se zdály být ztraceny až do druhé poloviny 19. století, kdy anglický badatel R. Brown na základě studia rukopisů benátských archivů zjistil, že Alberti skutečně vynalezl nové šifrování Systém.
Jako příklad této šifry zašifrujme zprávu „toto je test alberti“ pomocí výše uvedené tabulky.
Začněme tím, že pod text opakovaně napíšeme druhé klíčové slovo, CATWALK.
toto je test alberti CATW AL K CATW AL KCATWALNyní nahraďte písmena klíčového slova jejich číselným ekvivalentem, kde A = 0, B = 1, C = 2 atd.
t--h--i--s i--sa t--e--s--t o--f a--l--b--e--r--t--i 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11Další znak odpovídající souřadnicím je určen povahou textu a hodnotou indexu (tj. (t, 2) = N, (h, 0) = C atd.)
toto je test alberti NCKW PC M NRZX JU MHLFVSXZpráva byla změněna k nepoznání. Je třeba také poznamenat, že frekvenční analýza nemá smysl, protože bez odpovídajících písmen h, s, tai byla obě přeložena na odpovídající písmena C a X.
Chcete-li tajnou zprávu rozluštit, zapište si zašifrované znaky a jejich odpovídající posuny.
N--C--K--W P--CM N--R--Z--X J--U M--H--L--F--V--S--X c--a--t--w a--lk c--a--t--w a--l k--c--a--t--w--a--l 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11Nyní se můžete podívat na znaky v tabulce výše a získat původní zprávu.
toto je test albertiVe srovnání s předchozími šiframi té doby nebylo možné Albertiho šifru rozluštit bez znalosti metody. Bylo to proto, že frekvenční rozložení a frekvenční analýza – v té době jediný známý způsob útoku na šifry – nepomohly.
Měly by být analyzovány další dva rysy Albertiho uvažování o kryptografii.
Za prvé, považuje Alberti za svou povinnost zmínit se o steganografii, projevuje o ni mnohem menší zájem než o zvažování různých kryptografických metod. Jeho pozornost upoutá rozbor a vývoj kryptografických metod, které vyžadují především pohyb lidské mysli. To však poněkud předběhlo svou dobu, takže myšlenka šifrování se odrazila v takové vizuální podobě, jako je použití měděných plátových disků.
Za druhé, bylo možné vytvořit zásadně nový šifrovací systém. Důvodem je skutečnost, že poprvé základem pro zlepšení metod bylo využití matematických znalostí, zejména některých ustanovení kombinatoriky.
Takže Albertiho přínos k rozvoji kryptologie lze považovat za významný nejen pro vytvoření předpokladů pro aktivní využívání kryptografie k zajištění bezpečnosti papežské tajné korespondence, ale také pro formování teorie kryptografie v raném novověku.