Проект Турнир шифровальщиков/История криптографии/Шифратор Джефферсона
Пожалуйста, отредактируйте её, используя вики-разметку.
Шифратор Джефферсона
В начале XIX века криптография обогатилась замечательным изобретением. Его автор - государственный деятель, первый государственный секретарь, а затем и президент США Томас Джефферсон. Свою систему шифрования он назвал "дисковым шифром". Этот шифр реализовывался с помощью специального устройства, которое впоследствии назвали шифратором Джефферсона. Конструкция шифратора может быть вкратце описана следующим образом. Деревянный цилиндр разрезается на 36 дисков (в принципе, общее количество дисков может быть и иным). Эти диски насаживаются на одну общую ось таким образом, чтобы они могли независимо вращаться на ней. На боковых поверхностях каждого из дисков выписывались все буквы английского алфавита в произвольном порядке. Порядок следования букв на различных дисках - различный. На поверхности цилиндра выделялась линия, параллельная его оси. При шифровании открытый текст разбивался на группы по 36 знаков, затем первая буква группы фиксировалась положением первого диска по выделенной линии, вторая - положением второго диска и т. д. Шифрованный текст образовывался путем считывания последовательности букв с любой линии параллельной выделенной. Обратный процесс осуществлялся на аналогичном шифраторе: полученный шифртекст выписывался путем поворота дисков по выделенной линии, а открытый текст отыскивался среди параллельных ей линий путем прочтения осмысленного возможного варианта. Хотя теоретически этот метод позволял предположить появление различных вариантов открытого сообщения, но, как показал накопившийся к тому времени опыт, это маловероятно: осмысленный текст читался только по одной из возможных линий. Шифратор Джефферсона реализует ранее известный шифр многоалфавитной замены. Частями его ключа являются порядок расположения букв на каждом диске и порядок расположения этих дисков на общей оси. Общее количество ключей огромно:= (4?1026)36.
Это изобретение стало предвестником появления так называемых дисковых шифраторов, нашедших широкое распространение в развитых странах в XX веке. Шифратор, совершенно аналогичный шифратору Джефферсона, использовался в армии США во время II Мировой войны. Однако при жизни Джефферсона судьба его изобретения сложилась неудачно. Будучи госсекретарем, сам Джефферсон продолжал использовать традиционные коды (номенклаторы) и шифры типа шифра Виженера. Он очень осторожно относился к своему изобретению и считал, что его нужно основательно проанализировать. С этой целью он длительное время поддерживал связь с математиком Р. Паттерсоном. В результате обмена информацией Паттерсон предложил свой собственный шифр, который, по его мнению, являлся более надежным, чем шифр Джефферсона. Он представлял собой шифр вертикальной перестановки с введением "пустышек". По стойкости он значительно уступал шифру Джефферсона, однако тот принял доводы своего оппонента и признал его шифр более приемлемым для использования. Таким образом, Джефферсон сам не оценил всей глубины своего собственного изобретения.
В XX веке криптоаналитики США признали высокую стойкость шифра Джефферсона. Они даже назвали его автора "отцом американского шифровального дела".
В связи с указанным эпизодом можно особо выделить два момента. С одной стороны, уже, будучи президентом, Джефферсон не навязывал употребление изобретенного им шифра. С другой стороны, поскольку его изобретение попало в архив, оно неизбежно повторилось в будущем. До обнаружения "архивного шифра" Джефферсона другие криптографы самостоятельно изобрели аналогичные шифры. В истории криптографии имеются многочисленные примеры, иллюстрирующие забвение старых идей и попытки изобретения "нового колеса". И в наши дни дилетанты от криптографии продолжают изобретать свои "недешифруемые" шифры, которые на самом деле оказываются легко раскрываемыми.
Изобретение Джефферсона в конце XIX века повторил француз Этьен Базери. Однако и его устройство - "цилиндр Базери" - было отвергнуто из-за "чрезвычайной сложности" как в изготовлении, так и в применении. Базери упростил свою систему, объявив порядок расположения букв на дисках несекретным. Ключом шифра являлся лишь порядок расположения дисков. Порядок же расположения букв алфавита для удобства запоминания образовывался из легко запоминаемых лозунгов-фраз для каждого диска так же, как описанное в [6] усложнение квадрата Полибия по лозунгу THETABLE. Однако при упрощении шифр значительно утратил свою стойкость, что и продемонстрировал Маркиз де Виари, показавший пример вскрытия этого шифра. Упрощенный вариант снова был отвергнут, а сам шифр вторично забыт.
В начале XX века трудами американца Паркера Хитта идея дискового шифратора была еще раз повторена. При этом она приняла вид "полоскового шифра", значительно более простого в изготовлении (см. рисунок). Диски заменялись полосками с нанесенным на них удвоенным произвольным алфавитом.
Полоски с удвоенным алфавитом, закрепленные в рамку, гораздо более технологичны, чем деревянные диски с алфавитом. Смысл процедуры остался тем же, что и в изобретении Джефферсона, однако сложные диски были заменены легко воспроизводимыми "полоски" из твердого материала (картона, металла и т. д.). Значимость этого изобретения заключается не в появлении новых криптографических идей, а в технологической простоте их воплощения.
В 20-х годах XX века шифр Джефферосона был изобретен в четвертый раз, причем снова в США. Криптоаналитики, повторив изобретение, пришли к выводу о достаточной стойкости и простоте этого шифра, и армия США приняла его на вооружение. Но самое главное последствие изобретения Джефферсона - появление в XX веке первых сложных электромеханических устройств. Однако для их рождения понадобились и другие изобретения, о которых будет сказано позднее.
