Криптографические устройства: от Древнего мира до современности





Курсовая по Информатика, язык русский, 38 страниц.

Содержание
1.    Введение.
2.    Механические шифровальные устройства.
3.    Электромеханические шифровальные устройства.
4.    Электронные шифровальные устройства.
5.    Заключение.Введение.
 
Криптография (от древнегреческого «криптос» - скрытый и «графо» - пишу) - это наука о методах обеспечения невозможности прочтения информации посторонними. Сохранение информации в тайне было очень важной проблемой во многих случаях. Поэтому в эпоху цивилизации люди в разных странах предпринимали большие усилия для того, чтобы сделать передаваемую информацию только тем, кому она адресована. Криптография - одна из древнейших наук (ее история насчитывает около 4 тысяч лет). Уже в древности люди изобретали разные шифры и виды тайнописи. Одним способов сокрытия информации стало изобретение шифровальных устройств, которые механизировали этот процесс. Шифровальные машины (устройства, предназначенные для шифрования данных) занимают немалое место в криптографии. Их прообразы появились еще в Древнем мире.
Целью моей работы является обзор развития шифровальных устройств и способов шифрования от древности до современности.


Механические шифровальные устройства


Первые шифровальные устройства начали появляться в эпоху античности. Одним из первых криптографических устройств была древнегреческая скитала (в переводе с др. греческого - посох). Скитала была устроена очень просто: она представляла из себя длинный и ровный стержень. Действовала она таким образом: на скиталу плотно наматывалась лента из пергамента, затем вдоль одной из осей скиталы на ленту записывался шифрованный текст, а остальное свободное пространство заполнялось бессмысленными сочетаниями букв. После разматывания текст становился нечитаемым и для его расшифровки требовалась скитала такого же диаметра. Но шифр скиталы оказался легко взламываемым. Чтобы взломать его, требовалось наматывать ленту с зашифрованным текстом на конусообразную палку до тех пор, пока не появлялась читаемые куски текста. В результате становился очевиден диаметр скиталы и ее можно было воссоздать.
Первым настоящим криптографическим инструментом была линейка Энея, работавшая по принципу замены шифра. Изобрел ее, как следует из названия, древнегреческий полководец Эней Тактик. Выглядело это устройство как линейка, имеющая отверстия, количество которых было равно количеству букв алфавита (каждое отверстие помечалось своей буквой). К этой линейке была прикреплена катушка с ниткой. Рядом с катушкой имелась прорезь.
При шифровании нить продевалась сквозь прорезь и затем через отверстие, соответствующее первой букве шифруемого текста, при этом на нити завязывался узелок в том месте, где она проходила через отверстие. Затем нить возвращалась в прорезь и таким же образом шифровалась вторая буква алфавита, и так далее. После окончания шифрования нить с узелками извлекалась из линейки и передавалась получателю сообщения. Получатель, имея такую же линейку Энея, протягивал нить через прорезь до отверстий с буквами, определяемых узлами и восстанавливал шифрованный текст  по буквам отверстий. Не имея линейки, идентичной той, на которой был зашифрован текст, расшифровать нитку с сообщением было невозможно, даже зная алгоритм действий.
За Средневековье не было изобретено ни одной новой шифровальной машины. Следующее изобретение в этой области относится к эпохе Возрождения. Это шифровальный диск Леона Баттисты Алберти, который представлял собой два соосных диска разного размера. Больший диск - неподвижный, его окружность разделена на 24 сектора, в которые вписаны 20 букв латинского алфавита (в правильном порядке) и цифры ( от 1 до 4 включительно). В латинском алфавите вообще-то 24 буквы, но те, без которых можно было обойтись (подобно тому, как в русском можно обойтись без ъ, ё, й) были удалены. Меньший диск - подвижный, тоже разбитый на 24 сектора, куда были записаны все буквы латинского алфавита (в случайном порядке).
Люди, имевшие 2 таких диска, договаривались о первой индексной букве на подвижном диске. При шифровании сообщения отправитель ставил индексную букву напротив любой буквы большого диска. Получатель узнавал об этой букве из шифротекста (она писалась первой). Следующая буква исходного текста отыскивалась на большом диске и зашифровывалась стоящей напротив неё буквой малого диска. Так зашифровывалось несколько букв, после чего индексная буква менялась (о чем каким-либо образом информировался получатель) и все повторялось со следующими буквами.
Дальнейшее развитие шифровальной техники в ХVII - ХVIII вв. фактически в основном продолжало традиции эпохи Возрождения, используя принцип устройства Альберти. Одним из самых известных механических шифровальных устройств является шифратор Джефферсона. Его (что понятно из названия) изобрел президент США Томас Джефферсон, который не только занимался политикой, но также имел широкие научные интересы. Шифратор он изобрел до того, как он стал президентом США.
Вкратце его устройство можно описать так: 36 (может быть и другое количество) деревянных дисков насаживается на одну ось так, чтобы они могли независимо друг от друга вращаться. На боковой поверхности каждого диска выписываются все буквы английского алфавита (в произвольном порядке). На поверхности цилиндра выделялась параллельная его оси линия. При шифровке исходный текст разбивался на группы по 36 знаков (если число дисков другое, то количество знаков будет иным), потом первая буква группы фиксировалась положением первого диска по выделенной линии, вторая - положением второго диска и так далее.
Зашифрованный текст образовывался путем записи букв с любой линии, параллельной выделенной. Расшифровка производилась на таком же шифраторе: шифротекст помещался на шифратор путем поворота дисков, так, чтобы буквы шифротекста вставали на выделенную линию. Открытый текст отыскивался среди параллельных ей линий. Конечно, шифратор Джефферсона был гораздо сложнее устройства Альберти и в этом смысле представлял собой значительный шаг вперёд.
 


Электромеханические шифровальные устройства


Электромеханические шифровальные машины впервые появились после Первой мировой войны. В 1917 г. американцем Эдвардом Хепберном была создана роторная шифровальная машина, которую позже назвали «Энигма». Для работы она подключалась к электрической пишущей машинке. Чуть позже (в 1923 г.) берлинский инженер Артур Шербиус  создал независимую промышленную версию «Энигмы». Германское правительство, пораженное надежностью машины, сохранило все права на нее за собой и начало использовать ее для армии. Позже появилась особая модификация, предназначенная для военно-морских сил (от обычной «Энигмы» она отличалась количеством шифрующих роторов).
Со временем к «Энигме» добавилось небольшое печатающее устройство (так называемый «Schreibmax»), которое автоматически  выводило буквы шрифта на лист бумаги. Благодаря этому девайсу исчезла необходимость во втором операторе, который следил за лампочками-индикаторами и записывал буквы. К тому же повысилась безопасность - связисту необязательно было видеть незашифрованное сообщение. Иногда использовалась отдельная ламповая индикаторная панель, создававшая дополнительный уровень секретности путем усложнения шифра.
Именно этот вариант шифровального устройства оказался широко востребованным и массово использовался на практике. Во время Второй мировой войны было создано более 100000 шифровальных машин «Энигма». С их помощью зашифровывались секретные приказы верховного главнокомандования и полиции, а также другая информация. Эксперты Германии объявили «Энигму» совершенной, а обработанные ею тексты - не поддающимися расшифровке вражеской разведкой. Однако они ошибались. Британская разведка все-таки смогла раскрыть секрет «Энигмы» и использовала это в своих целях. В результате было перехвачено и расшифровано 338 тысяч немецких радиограмм.
Но Германия во время Второй мировой войны применяла не только «Энигму». Широко использовали также и машину Лоренца. Технически она напоминала «Энигму» (тоже имела шифрующие роторы), но работала по другому принципу и использовала другой шифр. Этот шифр, разработанный Гильбертом Вернамом, представлял из себя шифровальную систему, которая использовала функцию «исключающего ИЛИ». Он позволял производить расшифровку при помощи одинаковых машин.
В отличие от относительно компактной «Энигмы», машину Лоренца в полевых условиях применять было затруднительно из-за больших размеров, массы и капризности. К тому же, она являлась не самостоятельным устройством, а «приставкой» к стандартному телетайпу Лоренца. Поэтому ее использовали только для коммуникации высокого уровня, в частности при шифровке правительственных сообщений, где можно было применять тяжелое оборудование, обслуживаемое специальным персоналом. Шифры машины Лоренца в отличие от «Энигмы» были актуальны практически до самого конца Второй мировой войны, пока захваченный весной 1945 г. экземпляр не исследовали британские криптоаналитики. Влияния на ход войны раскрытие этих шифров не оказало, поскольку в тот момент уже проходила Берлинская операция Третий рейх рушился.
Шифровальные машины в годы Второй мировой войны имелись и у союзников Германии. Например, японская «Purple», которую сами японцы называли ее «Алфавитная печатная машина типа 97» («Purple» - кодовое название, данное ей американскими криптографами, под этим названием она известна за пределами Японии). «Purple» заменила применявшуюся ранее машину «Red» (японское название «Печатная машина типа 91»). «Red» использовалась в основном в ВМФ и Министерстве иностранных дел и не была достаточно надежна. Её контакты было необходимо ежедневно чистить иначе машина могла сломаться. Также «Red» шифровала отдельно гласные и согласные, что являлось очень серьезным недостатком и делало ее шифр уязвимым.
В 1937 году было завершено создание «Purple» которая была призвана заменить «Red». «Purple» была надежнее в техническом плане и, благодаря использованию шагового искателя, более взломоустойчива. Но она унаследовала от своего предшественника главный недостаток - раздельное шифрование гласных и согласных. Это оказалось роковой ошибкой. Командование японского ВМФ, для которого предназначалась «Purple», не знало, что шифр «Red» уже был взломан американскими криптографами. Из-за схожести шифра «Purple» с шифром взломанного «Red» США удалось в короткие сроки раскрыть и его.
При этом взлом шифра прошел незаметно для японского командования, которое в течение всей войны считало свой шифр хорошо защищенным. В результате силам антигитлеровской коалиции удалось расшифровать множество сообщений. В частности, они смогли получить колоссальный объем информации о подготовке немцев к высадке в Нормандии, которую отправлял в Токио посол Японии. Уже после войны японцы во время заседаний Конгресса впервые осознали, что шифр «Purple» был взломан и их сообщения читались союзниками.
У стран антигитлеровской коалиции также имелись и широко использовались криптографические машины. Самая известная из них - М-209 (также называемая CSP 1500 и C-38), портативная шифровальная машина, использовавшаяся армией США во Второй Мировой войне. Она работала по схеме, схожей с той, которая использовалась в машине Лоренца, но была более компактной (размеры 83x140x178 мм).Также она отличалась надежностью и простотой в использовании.
М-209 довольно быстро работала (опытный оператор тратил на шифровку-расшифровку одной буквы 2-4 секунды). Несмотря на внешнюю простоту, изнутри М-209 была устроена довольно сложно, что, впрочем, не сказывалось на ее надежности и сложности использования. М-209 для своего времени была очень хороша, но вовсе не совершенна. К 1943 году немецкие криптоаналитики уже взломали ее шифр. Но из-за чрезвычайной удобности этой машины для практического применения армия США использовала ее не только во 2-й Мировой войне, но и 50-е годы, в Корейской войне.
Кстати, М-209 была изобретена не в Америке. Её создали в фирме Бориса Хагелина для швейцарской армии. Устройство оказалось удачным и многообещающим. В 1940 году Хагелин тайно переправил несколько экземпляров С-38 (так она называлась на родине) в США, где ее переименовали в М-209 и начали выпускать уже для американской армии.
В СССР шифровальные машины особого распространения не получили. Для передачи правительственных сообщений использовали ВЧ-связь, а в полевых условиях - обычное ручное шифрование. Но шифровальные машины все-таки использовались. Имелось около 100 полученных по «ленд-лизу» американских М-209, а также свои М-100 «Спектр» и К-37 «Кристалл».
«Спектр» и «Кристалл» сильно отличались. «Спектр» использовал шифр гаммирования, был построен вокруг лентопротяжного механизма с трансмиттером, довольно много весил (141 кг.) и предназначался для использования на оперативно-стратегическом уровне. «Кристалл» реализовывал шифр многоалфавитной замены, был дисковым шифратором, весил гораздо меньше (19 кг.) и предназначался для использования на оперативно-тактическом уровне.
Также в советском ВМФ была создана дешифровально-разведочная служба (ДРС). В ДРС состояли всего 150 человек, но это не мешало ей показывать ей потрясающую результативность. За 1941 - 1943 гг. ДРС Балтийского флота взломала 256 шифров, прочитала 87362 сообщения. ДРС Северного флота (всего 15 человек!) взломала 15 кодов в 575 вариантах и в результате полностью контролировала секретную переписку ВВС Германии. ДРС Черноморского флота владело информацией о текущей обстановке, а иногда перехватывала даже стратегические сообщения. Прочие отделения дешифровально-разведочной службы тоже добились немалых успехов. Например, была перехвачена и взломана японская дипломатическая переписка, чтение которой позволило сделать вывод о том, что Япония не намерена начинать военные действия против СССР. В результате на германский фронт с востока было переброшено большое количество сил.

История. Древняя Русь, Криптография

История. Древняя Русь, Криптография. Даты событий.
http://inet-sochi.ru/history/?country=155&domain=1


Электронные шифровальные устройства


Эпоха НТР внесла значительные коррективы в развитие шифровальной техники. На смену электромеханическим устройствам неизбежно должны были прийти компьютеры, работающие по совершенно иному принципу. С середины 1960-х годов с появлением 3-го поколения ЭВМ этот процесс начался. Блочные шифры, которые можно было использовать в ЭВМ, были надежней и практичней, чем те, которые использовались в электромеханических шифраторах. Примерно в это же время шифрование перестает быть привилегией государства и армии.
В 1967 году вышла книга Дэвида Канна, известного историка и криптографа - «Взломщики кодов». Она представляла из себя монументальный труд по истории криптографии. В ней не содержалось ничего нового, но зато было подробное описание всего, что придумали в криптографии на тот момент, включая сведения, которые считались секретными. И самое главное - книга имела серьёзный успех. Благодаря «Взломщикам кодов» десятки тысяч людей познакомились с криптографией.
Почти в то же время Хорст Фейстель разрабатывает ячейку Фейстеля, которая послужила основой для большинства современных шифров. С 1970-х годов сильно вырастает интерес к криптографии со стороны частных лиц и бизнеса. Этому способствует появление компьютеров 4-го поколения, которые начали использоваться массово. Также к этому моменту имелось довольно большое количество литературы по криптографии - наиболее важные книги - уже упомянутый фундаментальный труд Дэвида Канна и книга, совершившая революцию в криптографии, «Новые направления в криптографии» Уитфилда Диффи и Мартина Хеллмана. С этой работы началась новая страница в истории криптографии - криптография с открытым ключом.
Блочный шифр с открытым ключом (то есть использующий не заранее выбранный секретный ключ, который необходимо знать обоим сторонам, а открытый, передающийся по открытому каналу) гораздо сложнее взломать, поскольку секретный ключ знает лишь одна сторона и она может его менять. В результате количество и профессионализм людей, занимающихся криптографией, значительно выросли. Все это не особенно нравилось государству, которое  начало противодействовать развитию гражданской криптографии. Открытое противостояние гражданской криптографии и государства началось после создания RSA.
RSA (название происходит от первых букв фамилий создателей - Rivest, Shamin, Adleman) и была первой в мире работающей криптографической системой, использующей открытый ключ и алгоритм Диффи-Хеллмана. Она позволила обмениваться информацией без использования заранее выбиравшегося секретного ключа. Алгоритм действия RSA (и прочих шифровальных систем с открытым ключом) выглядел примерно так:
1.    Выбор двух простых чисел x и y
2.    Вычисление числа p=x*y
3.    Вычисление числа q=(x-1)(y-1)
4.    Выбор числа a, взаимно простого (то есть имеющего общих делителей кроме единицы) с числом q
5.    Выбор числа b, так, чтобы a*b=1 (mod q)
Числа a и b являются ключами. Шифровка-расшифровка производится таким образом:
Шифровка: c=da (mod p)
Расшифровка: d=cb (mod p)
Причем ключи равноправны, то есть можно производить шифровку при помощи ключа b, а расшифровку при помощи ключа a.
 Агенство Национальной Безопасности  США (далее АНБ) сразу же потребовало прекращения распространения  RSA, опасаясь ее использования в негосударственных структурах. Аргументами против RSA (и, кстати прочих негосударственных криптографических систем) была возможность ее использования террористами и организованной преступностью.
Однако попытки запретить RSA не увенчались успехом. Она используется во всем мире до сих пор, а в США является неофициальным стандартом шифрования с открытым ключом (официального долгое время не было из-за давления со стороны того же АНБ). Было предпринято еще много попыток подавить интерес общества к криптографии. Удалось договориться с компанией IBM о снижении криптостойкости шифра DES, начать контролировать бюро патентов, что позволило делать секретными изобретения частных лиц. Отчасти вышло установить контроль над научным сообществом (представители научного сообщества согласились отправлять в АНБ все работы по криптографии и в случае надобности отказывать в их финансировании). Однако гражданская криптография все равно продолжала существовать. В 1991 году в Интернет была выложена  PGP (Pretty Good Privacy), компьютерная программа, позволившая выполнять операции шифрования и цифровой подписи различных документов, файлов и прочей электронной информации.
Кстати, автор PGP, программист Филипп Циммерманн вначале хотел сделать ее коммерческой программой. На превращение PGP из коммерческого проекта в свободно распространяющийся его сподвиг вышедший в тот же год законопроект №266, в котором были требования (правда, необязательные), которые заставили бы производителей защищенного оборудования для телекоммуникаций оставлять «черные ходы», которые позволили бы государственным структурам иметь доступ к незашифрованным сообщениям. Законопроект провалился, а PGP осталась и долго использовалась, несмотря на то, что против Циммерманна возбудили уголовное дело за «экспорт вооружений», которое было прекращено только в 1996 году.
Следующей инициативой США в отношении гражданской криптографии было создание сильного алгоритма шифрования SkipJack. ОН был довольно сильным, однако позволял получить информацию третьей стороне, то есть правительству. Попытка полностью провалилась, поскольку частные лица уже имели хорошие программы вроде PGP. Многие другие страны тоже пытались внедрить подобные шифры, но постепенно от этого отказались в пользу идей о неприкосновенности частной жизни.
После отказа от технических средств доступа к ключам правительство США решило законодательно урегулировать данный вопрос, то есть создать ситуацию, когда  человек сам обязуется по требованию предоставить ключ от шифра. Впрочем, к этой инициативе разные государства относятся по-разному.
В некоторых странах, например, в Дании, ее отклонили, во многих поддержали, в некоторых (в частности, в США), это предложение рассмотрели, но с поправками о необязательности свидетельствовать против себя.
Постепенно отношение к гражданской криптографии улучшается. В 2000 году в США сняли почти все ограничения в этой сфере, за исключением экспорта криптографической продукции семи странам с «террористическими режимами». В России деятельность по разработке криптографических средств является лицензируемой.
С конца 90-х - начала 2000-х начался процесс открытого формирования государственных криптографических стандартов. Самым известным событием в этой области был начавшийся в 1997 году конкурс AES (конкурс по выбору нового криптографического стандарта), в ходе которого был выбран государственный стандарт для США - шифр Rijadael. Подобные конкурсы также есть в Европе (NESSIE - New European Schemes for Signatures, Integrity and Encryotions) и в Японии (CRYPTREC - Cryptography Research and Evaluation Committees). Сами алгоритмы постоянно усложняются, в них начинают использовать новые математические конструкции и продолжают совершенствовать старые. Также появляются новые требования, не имеющие прямого отношения к математике. Развиваются абсолютно новые направления, например квантовая криптография. Она изучает методы шифровки и взлома для пока существующих только теоретически квантовых компьютеров. Сейчас криптография  используется повсюду, в том числе в быту, например в платном цифровом телевидении, при банковских операциях и даже для защиты электронной почты от спама.
 

Заключение


Криптография и криптографические устройства существовали (письменность) и будут существовать, пока будет существовать человеческая цивилизация. Всегда будет необходимость скрыть секретную информацию или наоборот, взломать и прочитать зашифрованную. Старые шифровальные алгоритмы взламываются, но постоянно появляются новые, более сложные. Однако про старые наработки не забываются. Например, в некоторых современных шифрах частично используются усовершенствованные алгоритмы, использовавшиеся в роторных шифровальных машинах времен Второй мировой войны. Вполне возможно, что через несколько десятилетий криптография изменится до неузнаваемости, однако ее цели останутся теми же, что и несколько тысяч лет назад - шифровка открытой информации и взлом зашифрованной. А вот какими методами это будет производиться в будущем - неизвестно.
 







Источник: http://www.diplomy.su

Славяно-Арийские Веды – священная книга русов

Славяно-Арийские Веды – священная книга русов «По воле Вышнего Тарха Даждьбога, будут сокрыты до Времени Света Древние Веды в Харатьях и Саньтиях, кои содержать Тьраги и Руны от любопытного взора тёмных людей.

Королевство Мустанг

Select Combined Package Tours.......... Langtang - Helambu » Trekking-rafting-safari (15 dasy) » Trekking-rafting-safari (21 days) Annapurna region » Nepal Experience Tour (14 days) » Trekking-rafting-chitwan safari (21 days) » Jomsom trekking rafting safari (20 days) Everest Region » Everest BC Trek - Rafting- Safari (22 days) » Everest BC with island Peak (21 days) Go to.

Сенсация: египетские пирамиды строили не рабы

Древние сооружения строили не рабы, как традиционно считалось ранее, а свободные люди. И даже, по некоторым свидетельствам, многие из них были знатными людьми.