Từ xa xưa, mật mã đã được sử dụng để giữ bí mật. Một trong những hệ thống mật mã cổ xưa nhất, thông tin về lịch sử đã mang lại cho chúng ta, đang lang thang. Nó đã được sử dụng bởi người Hy Lạp cổ đại từ thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên. Trong những ngày đó, Sparta, được sự hỗ trợ của Ba Tư, đã tiến hành một cuộc chiến tranh chống lại Athens. Vị tướng Lysander của Sparta bắt đầu nghi ngờ người Ba Tư về một trò chơi đôi. Anh cần gấp những thông tin xác thực về ý định của họ. Vào thời điểm quan trọng nhất, một nô lệ đưa tin từ trại Ba Tư đến với một lá thư chính thức. Sau khi đọc bức thư, Lysander yêu cầu người đưa tin thắt lưng. Hóa ra trên chiếc thắt lưng này, một người bạn trung thành (bây giờ chúng ta sẽ nói là "mật vụ") Lysandra đã viết một thông điệp được mã hóa. Trên thắt lưng của sứ giả, nhiều chữ cái khác nhau được viết lộn xộn, không có từ nào thêm vào. Hơn nữa, các chữ cái không được viết dọc theo eo, mà là ngang. Lysander lấy một hình trụ bằng gỗ có đường kính nhất định (lang thang), quấn thắt lưng của sứ giả quanh nó theo cách mà các cạnh của vành đai đóng lại, và thông điệp mà anh ta đang chờ đợi được xếp thẳng hàng trên thắt lưng dọc theo ma trận của hình trụ. Hóa ra là người Ba Tư đang âm mưu tấn công người Sparta bằng một cú đâm bất ngờ vào lưng và giết chết những người ủng hộ Lysander. Nhận được thông điệp này, Lysander bất ngờ và bí mật hạ cánh gần vị trí của quân Ba Tư và với một đòn bất ngờ đã đánh bại chúng. Đây là một trong những trường hợp đầu tiên được biết đến trong lịch sử, trong đó một thông điệp mật mã đóng một vai trò cực kỳ quan trọng.
Đó là một mật mã hoán vị, văn bản mật mã trong đó bao gồm các chữ cái rõ ràng được sắp xếp lại theo một luật nhất định, nhưng không được người ngoài biết đến. Hệ thống mật mã ở đây là sự hoán vị của các chữ cái, các hành động là sự uốn lượn của vành đai xung quanh sự lang thang. Khóa mật mã là đường kính của phần lang thang. Rõ ràng là người gửi và người nhận thông điệp phải có các sợi dây có cùng đường kính. Điều này tương ứng với quy tắc rằng khóa mã hóa phải được cả người gửi và người nhận biết. Lang thang là loại mật mã đơn giản nhất. Chỉ cần nhặt một số đường kính khác nhau là đủ, và sau khi cuộn dây đai trên một trong số chúng, văn bản đơn giản sẽ xuất hiện. Hệ thống mã hóa này đã được giải mã vào thời cổ đại. Thắt lưng được quấn trên một thanh côn với độ côn nhẹ. Khi đường kính mặt cắt ngang của skitala hình nón gần với đường kính được sử dụng để mã hóa, thông báo được đọc một phần, sau đó đai được quấn quanh skitala của đường kính yêu cầu.
Julius Caesar đã sử dụng rộng rãi các mật mã thuộc một loại khác (mật mã thay thế), người thậm chí còn được coi là người phát minh ra một trong những mật mã này. Ý tưởng về mật mã Caesar là trên giấy (giấy cói hoặc giấy da) hai bảng chữ cái của ngôn ngữ mà thông điệp sẽ được viết được viết một bên dưới bảng kia. Tuy nhiên, bảng chữ cái thứ hai được viết dưới chữ cái đầu tiên với một nhất định (chỉ người gửi và người nhận biết, ca). Đối với mật mã Caesar, sự dịch chuyển này bằng ba vị trí. Thay vì ký tự plaintext tương ứng, được lấy từ bảng chữ cái đầu tiên (trên), ký tự bảng chữ cái dưới bên dưới ký tự này được viết thành thông điệp (ciphertext). Đương nhiên, bây giờ một hệ thống mật mã như vậy có thể dễ dàng bị phá vỡ bởi một người dân, nhưng vào thời điểm đó, mật mã Caesar được coi là không thể phá vỡ.
Một mật mã phức tạp hơn một chút đã được phát minh bởi người Hy Lạp cổ đại. Họ viết ra bảng chữ cái dưới dạng một bảng 5 x 5, ký hiệu các hàng và cột bằng các ký hiệu (nghĩa là họ đánh số chúng) và viết hai ký hiệu thay vì một chữ cái rõ ràng. Nếu các ký tự này được đưa ra trong một thông điệp dưới dạng một khối duy nhất, thì với các thông điệp ngắn cho một bảng cụ thể, mật mã như vậy rất ổn định, ngay cả theo các khái niệm hiện đại. Ý tưởng này, có tuổi đời khoảng 2.000 năm, đã được sử dụng trong các mật mã phức tạp trong Chiến tranh thế giới thứ nhất.
Sự sụp đổ của Đế chế La Mã đi kèm với sự suy tàn của mật mã. Lịch sử đã không lưu giữ bất kỳ thông tin quan trọng nào về sự phát triển và ứng dụng của mật mã trong thời kỳ đầu và giữa thời Trung cổ. Và chỉ một nghìn năm sau, mật mã đang hồi sinh ở Châu Âu. Thế kỷ XVI ở Ý là một thế kỷ của những mưu mô, âm mưu và hỗn loạn. Các gia tộc Borgia và Medici tranh giành quyền lực chính trị và tài chính. Trong bầu không khí như vậy, mật mã và mật mã trở nên quan trọng.
Năm 1518, Trụ trì Trithemius, một tu sĩ dòng Benedictine sống ở Đức, đã xuất bản một cuốn sách bằng tiếng Latinh có tên là Polygraphy. Đây là cuốn sách đầu tiên về nghệ thuật mật mã và đã sớm được dịch sang tiếng Pháp và tiếng Đức.
Năm 1556, bác sĩ và nhà toán học đến từ Milan Girolamo Cardano đã xuất bản một công trình mô tả hệ thống mã hóa do ông phát minh, hệ thống này đã đi vào lịch sử với tên gọi "Cardano Lattice". Nó là một miếng bìa cứng với các lỗ được cắt theo thứ tự ngẫu nhiên. Mạng tinh thể Cardano là ứng dụng đầu tiên của mật mã hoán vị.
Nó được coi là một mật mã hoàn toàn mạnh ngay cả trong nửa sau của thế kỷ trước, với mức độ phát triển đủ cao của toán học. Vì vậy, trong tiểu thuyết của Jules Verne "Mathias Sandor", các sự kiện kịch tính phát triển xung quanh một bức thư mật mã được gửi cùng một con chim bồ câu, nhưng lại vô tình rơi vào tay kẻ thù chính trị. Để đọc bức thư này, anh ta đã đến gặp tác giả của bức thư với tư cách là một người hầu để tìm một lưới mật mã trong nhà anh ta. Trong cuốn tiểu thuyết, không ai có ý tưởng cố gắng giải mã một bức thư mà không có chìa khóa, chỉ dựa trên kiến thức về hệ thống mật mã được áp dụng. Nhân tiện, chữ cái bị chặn trông giống như một bảng chữ cái 6 x 6, đó là một lỗi nghiêm trọng của bộ mã hóa. Nếu cùng một chữ cái được viết trong một chuỗi không có khoảng trắng và tổng số chữ cái với sự trợ giúp của phép cộng không phải là 36, bộ giải mã sẽ vẫn phải kiểm tra các giả thuyết về hệ thống mã hóa được sử dụng.
Bạn có thể đếm số lượng tùy chọn mã hóa được cung cấp bởi mạng lưới Cardano 6 x 6. Việc giải mã một mạng tinh thể như vậy trong vài chục triệu năm! Phát minh của Cardano tỏ ra cực kỳ ngoan cường. Trên cơ sở của nó, trong Chiến tranh thế giới thứ hai, một trong những mật mã hải quân bền nhất ở Anh đã được tạo ra.
Tuy nhiên, đến nay, các phương pháp đã được phát triển cho phép, trong những điều kiện nhất định, có thể giải mã một hệ thống như vậy đủ nhanh.
Nhược điểm của mạng tinh thể này là cần phải che giấu mạng tinh thể khỏi người lạ một cách đáng tin cậy. Mặc dù trong một số trường hợp có thể nhớ vị trí của các khe và thứ tự đánh số của chúng, nhưng kinh nghiệm cho thấy rằng trí nhớ của một người, đặc biệt là khi hệ thống hiếm khi được sử dụng, không thể dựa vào trí nhớ của một người. Trong tiểu thuyết "Matthias Sandor", quá trình chuyển đổi tử địa vào tay kẻ thù để lại hậu quả bi thảm nhất cho tác giả bức thư và cho toàn bộ tổ chức cách mạng mà ông là thành viên. Do đó, trong một số trường hợp, hệ thống mã hóa ít mạnh hơn nhưng đơn giản hơn, dễ khôi phục từ bộ nhớ có thể được ưu tiên hơn.
Hai người có thể tuyên bố danh hiệu "cha đẻ của mật mã hiện đại" với mức độ thành công ngang nhau. Họ là Giovanni Battista Porta người Ý và Blaise de Vigenère người Pháp.
Năm 1565, Giovanni Porta, một nhà toán học đến từ Naples, đã xuất bản một hệ thống mật mã dựa trên sự thay thế cho phép bất kỳ ký tự bản rõ nào được thay thế bằng một ký tự mật mã theo mười một cách khác nhau. Đối với điều này, 11 bảng chữ cái mật mã được thực hiện, mỗi bảng trong số chúng được xác định bằng một cặp chữ cái xác định bảng chữ cái nào nên được sử dụng để thay thế chữ cái bản rõ bằng bảng chữ cái mật mã. Khi sử dụng bảng chữ cái mật mã Ports, ngoài việc có 11 bảng chữ cái, bạn cũng cần có một từ khóa xác định bảng chữ cái mật mã tương ứng ở mỗi bước mã hóa.
Bàn của Giovanni Porta
Thông thường, bản mã trong tin nhắn được viết thành một đoạn. Trên các đường truyền thông tin kỹ thuật, nó thường được truyền dưới dạng nhóm năm chữ số, cách nhau một khoảng trắng, mười nhóm trên một dòng.
Hệ thống cổng có độ bền rất cao, đặc biệt khi chọn và viết bảng chữ cái một cách ngẫu nhiên, thậm chí theo tiêu chí hiện đại. Nhưng nó cũng có nhược điểm là cả hai thư từ đều phải có những chiếc bàn khá cồng kềnh, tránh được những cặp mắt tò mò. Ngoài ra, bạn cần phải thống nhất bằng cách nào đó về một từ khóa, từ khóa này cũng nên được giữ bí mật.
Những vấn đề này đã được giải quyết bởi nhà ngoại giao Vigenère. Tại Rome, ông làm quen với các tác phẩm của Trithemius và Cardano, và vào năm 1585, ông xuất bản tác phẩm "A Treatise on Ciphers." Giống như phương pháp Ports, phương pháp Vigenère dựa trên bảng. Ưu điểm chính của phương pháp Vigenere là tính đơn giản của nó. Giống như hệ thống Cổng, hệ thống Vigenère yêu cầu một từ khóa (hoặc cụm từ) để mã hóa, các chữ cái trong số đó xác định bảng chữ cái nào trong số 26 bảng chữ cái mật mã mà mỗi chữ cái cụ thể của bản rõ sẽ được mã hóa. Ký tự văn bản chính xác định cột, tức là bảng chữ cái mật mã cụ thể. Bản thân chữ cái của bản mã nằm trong bảng tương ứng với chữ cái của bản rõ. Hệ thống Vigenere chỉ sử dụng 26 cipherfats và sức mạnh kém hơn so với hệ thống Ports. Nhưng bảng Vigenere rất dễ khôi phục từ bộ nhớ trước khi mã hóa và sau đó hủy. Tính ổn định của hệ thống có thể được tăng lên bằng cách không đồng ý với một từ khóa, mà là một cụm từ khóa dài, khi đó thời gian sử dụng các bảng chữ cái mật mã sẽ khó xác định hơn nhiều.
Mật mã Vigenère
Tất cả các hệ thống mã hóa trước thế kỷ 20 đều là thủ công. Với cường độ trao đổi mật mã thấp, đây không phải là một bất lợi. Mọi thứ đã thay đổi với sự ra đời của điện báo và radio. Với sự gia tăng cường độ của việc trao đổi các thông điệp mật mã bằng các phương tiện truyền thông kỹ thuật, việc truy cập trái phép các thông điệp được truyền đi của những người không có thẩm quyền đã trở nên dễ dàng hơn nhiều. Yêu cầu về độ phức tạp của mật mã, tốc độ mã hóa (giải mã) thông tin đã tăng lên đáng kể. Nó trở nên cần thiết để cơ giới hóa công việc này.
Sau Chiến tranh thế giới thứ nhất, ngành kinh doanh mã hóa bắt đầu phát triển nhanh chóng. Các hệ thống mã hóa mới đang được phát triển, các máy móc đang được phát minh để tăng tốc quá trình mã hóa (giải mã). Nổi tiếng nhất là máy mật mã cơ khí "Hagelin". Công ty sản xuất những chiếc máy này được thành lập bởi Boris Hagelin người Thụy Điển và vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Hagelin nhỏ gọn, dễ sử dụng và cung cấp độ bền cao của mật mã. Máy mật mã này thực hiện nguyên tắc thay thế và số lượng bảng chữ cái mật mã được sử dụng vượt quá số lượng của hệ thống Cổng và việc chuyển đổi từ bảng chữ cái mật mã này sang bảng chữ cái khác được thực hiện theo cách giả ngẫu nhiên.
Ô tô Hagellin C-48
Về mặt công nghệ, quá trình vận hành máy sử dụng nguyên lý hoạt động của máy cộng và máy tự động cơ khí. Sau đó, cỗ máy này đã trải qua nhiều cải tiến, cả về mặt toán học và cơ học. Điều này đã làm tăng đáng kể độ bền và khả năng sử dụng của hệ thống. Hệ thống này thành công đến nỗi trong quá trình chuyển đổi sang công nghệ máy tính, các nguyên tắc đặt ra trong Hagelin đã được mô hình hóa bằng điện tử.
Một lựa chọn khác để thực hiện mật mã thay thế là các máy đĩa, ngay từ khi mới thành lập đã là máy điện cơ. Thiết bị mã hóa chính trên xe hơi là một tập hợp các đĩa (từ 3 đến 6 miếng), được gắn trên một trục, nhưng không cứng và theo cách mà các đĩa có thể quay quanh trục một cách độc lập với nhau. Đĩa có hai đế, làm bằng bakelite, trong đó các đầu nối tiếp xúc được nhấn theo số lượng các chữ cái trong bảng chữ cái. Trong trường hợp này, các tiếp điểm của một đế được kết nối điện bên trong với các tiếp điểm của đế kia theo từng cặp theo cách tùy ý. Các tiếp điểm đầu ra của mỗi đĩa, ngoại trừ đĩa cuối cùng, được kết nối thông qua các tấm tiếp xúc cố định với các tiếp điểm đầu vào của đĩa tiếp theo. Ngoài ra, mỗi đĩa có một mặt bích với các chỗ lồi và lõm, chúng cùng xác định bản chất của chuyển động bước của mỗi đĩa tại mỗi chu kỳ mã hóa. Ở mỗi chu kỳ xung nhịp, mã hóa được thực hiện bằng cách tạo xung điện áp thông qua tiếp điểm đầu vào của hệ thống chuyển mạch tương ứng với ký tự bản rõ. Ở đầu ra của hệ thống chuyển mạch, điện áp xuất hiện trên tiếp điểm, tương ứng với ký tự hiện tại của bản mã. Sau khi hoàn thành một chu kỳ mã hóa, các đĩa sẽ được quay độc lập với nhau theo một hoặc một số bước (trong trường hợp này, một số đĩa có thể hoàn toàn không hoạt động ở mỗi bước). Quy luật chuyển động được xác định bởi cấu hình của mặt bích đĩa và có thể được coi là giả ngẫu nhiên. Những cỗ máy này đã phổ biến rộng rãi, và những ý tưởng đằng sau chúng cũng được mô hình hóa bằng điện tử trong thời đại máy tính điện tử ra đời. Độ bền của mật mã được tạo ra bởi những chiếc máy như vậy cũng đặc biệt cao.
Trong Thế chiến II, máy đĩa Enigma được sử dụng để mã hóa thư từ của Hitler với Rommel. Một trong những phương tiện đã rơi vào tay tình báo Anh trong một thời gian ngắn. Sau khi tạo ra một bản sao chính xác của nó, người Anh đã có thể giải mã các thư tín bí mật.
Câu hỏi sau là phù hợp: liệu có thể tạo ra một mật mã hoàn toàn mạnh, tức là một điều sẽ không được tiết lộ ngay cả về mặt lý thuyết. Cha đẻ của điều khiển học, Norbert Wiener, lập luận: “Bất kỳ đoạn mã đủ dài nào cũng có thể được giải mã, với điều kiện là đối thủ có đủ thời gian cho việc này … Bất kỳ mật mã nào cũng có thể được giải mã nếu chỉ cần có nhu cầu khẩn cấp về nó và thông tin được cho là có được có giá trị. Phương tiện của nỗ lực và thời gian . Nếu chúng ta đang nói về một mật mã được tạo ra phù hợp với bất kỳ thuật toán nào được xác định chính xác và rõ ràng, cho dù nó có thể phức tạp đến đâu, thì đây thực sự là trường hợp.
Tuy nhiên, nhà toán học và chuyên gia xử lý thông tin người Mỹ Claude Shannon đã chỉ ra rằng một mật mã hoàn toàn mạnh có thể được tạo ra. Đồng thời, không có sự khác biệt thực tế giữa một mật mã mạnh tuyệt đối và cái gọi là mật mã cường độ thực tế (được thực hiện bằng cách sử dụng các thuật toán phức tạp được phát triển đặc biệt). Một mật mã hoàn toàn mạnh phải được tạo và sử dụng như sau:
- mật mã được tạo ra không sử dụng bất kỳ thuật toán nào, mà theo cách hoàn toàn ngẫu nhiên (ném đồng xu, mở thẻ ngẫu nhiên từ một bộ bài hỗn hợp tốt, tạo ra một chuỗi các số ngẫu nhiên bởi một trình tạo số ngẫu nhiên trên một diode nhiễu, v.v..);
- độ dài của bản mã không được vượt quá độ dài của bản mã được tạo, tức là một ký tự mật mã sẽ được sử dụng để mã hóa một ký tự của bản rõ.
Đương nhiên, trong trường hợp này, tất cả các điều kiện để xử lý chính xác mật mã phải được đáp ứng và trên hết, văn bản không thể được mã hóa lại bằng một mật mã đã được sử dụng một lần.
Mật mã tuyệt đối mạnh được sử dụng trong các trường hợp phải đảm bảo tuyệt đối không thể giải mã được bởi kẻ thù của thư từ. Đặc biệt, những mật mã như vậy được sử dụng bởi các điệp viên bất hợp pháp hoạt động trên lãnh thổ của đối phương và sử dụng ghi chú mật mã. Sổ ghi chép bao gồm các trang với các cột số, được chọn ngẫu nhiên và được gọi là mật mã khối.
Các phương pháp mã hóa khác nhau, nhưng một trong những cách đơn giản nhất là sau đây. Các chữ cái trong bảng chữ cái được đánh số gồm hai chữ số A - 01, B - 02 … Z - 32. Sau đó, thông báo "Sẵn sàng gặp mặt" có dạng như sau:
văn bản thuần túy - SN SÀNG ĐỂ GẶP;
mở văn bản số - 0415191503 11 03181917062406;
mật mã khối - 1123583145 94 37074189752975;
bản mã - 1538674646 05 30155096714371.
Trong trường hợp này, bản mã thu được bằng cách cộng số của văn bản kỹ thuật số thuần túy và mô đun mật mã khối 10 (tức là đơn vị chuyển, nếu có, không được tính đến). Bản mã dùng để truyền bằng các phương tiện thông tin liên lạc kỹ thuật có dạng nhóm năm chữ số, trong trường hợp này, nó có dạng: 15386 74648 05301 5509671437 16389 (4 chữ số cuối được thêm vào tùy ý và không được tính đến). Đương nhiên, cần phải thông báo cho người nhận trang nào của sổ ghi chép mật mã được sử dụng. Điều này được thực hiện ở một nơi xác định trước dưới dạng văn bản thuần túy (bằng số). Sau khi mã hóa, trang cipherpad đã sử dụng sẽ bị xé ra và bị hủy. Khi giải mã mật mã nhận được, mật mã tương tự phải được trừ đi modulo 10 khỏi bản mã. Đương nhiên, một cuốn sổ như vậy phải được cất giữ rất cẩn thận và bí mật, vì thực tế về sự hiện diện của nó, nếu nó bị kẻ thù biết được, có nghĩa là đặc vụ đã thất bại.
Sự xuất hiện của các thiết bị tính toán điện tử, đặc biệt là máy tính cá nhân, đã đánh dấu một kỷ nguyên mới trong sự phát triển của mật mã. Trong số nhiều ưu điểm của các thiết bị dạng máy tính, có thể lưu ý những điều sau:
a) tốc độ xử lý thông tin đặc biệt cao, b) khả năng nhanh chóng nhập và mã hóa văn bản đã chuẩn bị trước đó, c) khả năng sử dụng các thuật toán mã hóa phức tạp và cực kỳ mạnh mẽ, d) khả năng tương thích tốt với các phương tiện liên lạc hiện đại, e) hình dung nhanh văn bản với khả năng in hoặc xóa nhanh, f) khả năng có trong một máy tính các chương trình mã hóa khác nhau với việc chặn quyền truy cập vào chúng
những người không được phép sử dụng hệ thống mật khẩu hoặc bảo vệ tiền điện tử nội bộ, g) tính phổ biến của tài liệu được mã hóa (nghĩa là trong những điều kiện nhất định, thuật toán mã hóa máy tính có thể mã hóa không chỉ thông tin chữ và số, mà còn cả các cuộc trò chuyện qua điện thoại, tài liệu ảnh và tài liệu video).
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng trong việc tổ chức bảo vệ thông tin trong quá trình phát triển, lưu trữ, truyền tải và xử lý thông tin, cần tuân thủ một cách tiếp cận có hệ thống. Có nhiều cách để rò rỉ thông tin, và ngay cả việc bảo vệ tiền điện tử tốt cũng không đảm bảo tính bảo mật của nó trừ khi các biện pháp khác được thực hiện để bảo vệ nó.
Người giới thiệu:
Adamenko M. Cơ sở của mật mã học cổ điển. Bí mật về mật mã và mật mã. M.: Báo chí DMK, 2012. S 67-69, 143, 233-236.
Simon S. Sách Mật mã. M.: Avanta +, 2009. 18-19, 67, 103, 328-329, 361, 425.
