Interaktyvi "Vegenere" kripto sistemos vizualizacija

Įvadas Atsiradus raštui, kurį supranta visi raštingi žmonės, greitai atsirado ir bandymai rašyti taip, kad ne visi suprastų. Pirmuosius tokius bandymus rašyti kitaip negu visi liudija maždaug 3-4 tūkstantmečio pr. Kr. egiptiečių įrašai antkapiniuose akmenyse. Šių įrašų hieroglifai skiriasi nuo įprastinių kasdieninio vartojimo hieroglifų. Galbūt šitaip siekta patraukti skaitytojų dėmesį, suteikti įrašams paslaptingumo. Šiaip ar taip tai pirmieji bandymai rašyti ne taip, kad būtų lengviau perskityti, tačiau siekiant apsunkinti skaitymą. Tačiau niekas negali patvirtinti, kad egiptiečiai tikrai naudojo slaptaraštį tiesiogine žodžio prasme, t.y. būdą rašyti taip, kad suprastų tik tie, kam tas raštas skirtas.1 Neabejotina, kad slaptaraštį naudojo žydų raštininkai. Pavyzdžiui, Šventojo rašto Jeremijo knygoje, parašytoje apie 500-600 pr. Kr. naudojamas vadinamasis ATBASH slaptaraštis. Jo esmė, kad vietoje vienų raidžių naudojamos kitos. Pavyzdžiui, perrašydami lietuvių kalbos abėcėle parašytus tekstus šiuo slaptaraščiu turėtume keisti raides tokia tvarka. Darbo objektas- interaktyvi Vegere krypto sistemos vizualizacija. Darbo tikslas – išanalizuoti literatūrą analizuojančia realią interaktyvi Vegere krypto sistemos vizualizaciją. Darbo uždaviniai: 1. Pateikti interaktyvios Vegere krypto sistemos vizualizacijos samprata. 2. Išrtirti interaktyvios Vegere krypto sistemos vizualizacija. 3. Nustatyti interaktyvios Vegere krypto sistemos vizualizacijos parametrus. 4. Išanalizuoti išanalizuoti literatūrą interaktyvios Vegere krypto sistemos vizualizacijos spartą. Slaptaraščiai minimi ir klasikinės Graikijos šaltiniuose. Pavyzdžiui, Spartoje apie 500 m. pr. Kr. buvo naudotas tekstų šifravimo būdas, kurį galime laikyti pirmuoju „šifravimo mašinos" panaudojimo atveju. „Prietaisas" labai paprastas: jį sudaro lazdelė (graikiškai skytalė) ir odos juosta, kurią reikia užvynioti ant lazdelės pagal sraigtinę liniją. Po to išilgai lazdelės ant odos reikia rašyti tekstą: eilutė po eilutės. Baigus rašyti, juostelė nuvyniojama. Ant jos pamatysime tarsi atsitiktinai užrašytas raides. Kad iš jų vėl susidėtų prasmingas tekstas, juostelę vėl reikia užvynioti ant to paties skersmens lazdelės. Kai kurie autoriai abejoja, ar toks šifravimo būdas tikrai buvo naudojamas. Šiaip ar taip idėja yra puiki. Tačiau svarbiausias graikų įnašas į mokslą apie slaptąjį raštą - pats šio mokslo pavadinimas. Krip­tografija, kriptologija - abu terminai prasideda tuo pačiu graikų kalbos žodžiu kripto (kpvktlS) - slėpti. Slaptaraščio menas minimas ir klasikiniuose indų civilizacijos šaltiniuose. Pavyzdžiui, apie 300 m. pr. Kr. parašytame politikos veikale „Artha-Sastra" šitaip patariama rinkti informaciją apie žmonių lojalumą: Reikia pasiklausyti elgetų šnekų, o taip pat girtuoklių ir kvailių, perskaityti užrašus ant sienų maldininkų lankomose vietose ir šventyklose o taip pat iššifruoti užrašus ir slaptus raštus.2 Darbo metodai: loginė ir sisteminė analizė. 1.Kriptografijos apžvalga Savoir est pouvoir. Žinios yra jėga. Mūsų žinios yra mūsų jėga, o žinios apie mus? Kartais tai gali būti jėga, kurios vertėtų išvengti. Jeigu informacija apie objektą egzistuoja tik kartu su juo, tai didelių problemų nekyla. Jei objekto nematyti, tai ir informacijos apie jį nėra. Tačiau žmonės sugalvojo būdą, kaip atskirti daiktus ir reiškinius nuo žinių apie juos. Paprastai sakant, jie sugalvojo raštą. Tai reiškia, kad žmonės be savo pirminio realaus gyvenimo įgijo antrinę „užrašytą", nekontroliuojamą būtį. Juk sakoma, kad žodis ne žvirblis, išskridusio nepagausi. Atsiradus raštui, kurį supranta visi raštingi žmonės, greitai atsirado ir bandymai rašyti taip, kad ne visi suprastų. Pirmuosius tokius bandymus rašyti kitaip negu visi liudija maždaug 3-4 tūkstantmečio pr. Kr. egiptiečių įrašai antkapiniuose akmenyse. Šių įrašų hieroglifai skiriasi nuo įprastinių kasdieninio vartojimo hieroglifų. Galbūt šitaip siekta patraukti skaitytojų dėmesį, suteikti įrašams paslaptingumo. Šiaip ar taip tai pirmieji bandymai rašyti ne taip, kad būtų lengviau perskityti, tačiau siekiant apsunkinti skaitymą. Tačiau niekas negali patvirtinti, kad egiptiečiai tikrai naudojo slaptaraštį tiesiogine žodžio prasme, t.y. būdą rašyti taip, kad suprastų tik tie, kam tas raštas skirtas.3 Neabejotina, kad slaptaraštį naudojo žydų raštininkai. Pavyzdžiui, Šventojo rašto Jeremijo knygoje, parašytoje apie 500-600 pr. Kr. naudojamas vadinamasis ATBASH slaptaraštis. Jo esmė, kad vietoje vienų raidžių naudojamos kitos. Pavyzdžiui, perrašydami lietuvių kalbos abėcėle parašytus tekstus šiuo slaptaraščiu turėtume keisti raides tokia tvarka AĄBCČDE'ĘĖFGHI Į Y J ŽZVU\Jl]TŠSRPONMLK Slaptaraščiai minimi ir klasikinės Graikijos šaltiniuose. Pavyzdžiui, Spartoje apie 500 m. pr. Kr. buvo naudotas tekstų šifravimo būdas, kurį galime laikyti pirmuoju „šifravimo mašinos" panaudojimo atveju. „Prietaisas" labai paprastas: jį sudaro lazdelė (graikiškai skytalė) ir odos juosta, kurią reikia užvynioti ant lazdelės pagal sraigtinę liniją. Po to išilgai lazdelės ant odos reikia rašyti tekstą: eilutė po eilutės. Baigus rašyti, juostelė nuvyniojama. Ant jos pamatysime tarsi atsitiktinai užrašytas raides. Kad iš jų vėl susidėtų prasmingas tekstas, juostelę vėl reikia užvynioti ant to paties skersmens lazdelės. Kai kurie autoriai abejoja, ar toks šifravimo būdas tikrai buvo naudojamas. Šiaip ar taip idėja yra puiki. Tačiau svarbiausias graikų įnašas į mokslą apie slaptąjį raštą - pats šio mokslo pavadinimas. Krip­tografija, kriptologija - abu terminai prasideda tuo pačiu graikų kalbos žodžiu kripto (kpvktlS) - slėpti. Slaptaraščio menas minimas ir klasikiniuose indų civilizacijos šaltiniuose. Pavyzdžiui, apie 300 m. pr. Kr. parašytame politikos veikale „Artha-Sastra" šitaip patariama rinkti informaciją apie žmonių lojalumą: Reikia pasiklausyti elgetų šnekų, o taip pat girtuoklių ir kvailių, perskaityti užrašus ant sienų maldininkų lankomose vietose ir šventyklose o taip pat iššifruoti užrašus ir slaptus raštus.4 Slaptaraščio menas minimas ir „Kama-Sutroje" kaip 44-asis iš 64 menų, kuriuos turi išmanyti vyrai ir moterys. Didysis Cezaris rašė Ciceronui naudodamasis labai paprastu teksto šifravimo būdu: kiekviena abėcėlės raidė keičiama raide, kuri abėcėlėje užrašyta trimis pozicijomis toliau. Kad suprastume, kaip keičiamos paskutinės trys abėcėlės raidės, įsivaizduokime, kad abėcėlė išrašyta apskritimu. Galima susitarti kiekvieną abėcėlės raidę keisti ne trečiąja, bet ketvirtąja, penktąja ... toliau užrašyta raide. Tokį šifravimo būdą vadiname Cezario kriptosistema. Mūsų akimis ji yra paprasta tarsi žaisliukas. Tačiau tuomet, kai net neužšifruotą tekstą skaityti ne tiek jau daug kas mokėjo, jos, tikriausiai, pakako. Šiuolaikinei kriptologijai ji tebėra įdomi kaip paprastas šifravimo pavyzdys, kuriuo pasinaudojus galima paaiškinti kai kurias gana sudėtingas kriptologijos sąvokas.5 Apie viduriniųjų amžių kriptografiją nedaug įdomaus galima pasakyti. Slaptaraščiai buvo naudojami magiškiems receptams šifruoti. Jeigu kas domėjosi kriptografijos teorija tai tik arabai. Tačiau dauguma jų kriptografijos veikalų neišliko. 1412 metais užbaigtoje 14 tomų arabų mokslo enciklopedijoje buvo skyrius, skirtas kriptografijai.6 Iš lėto silpo ir geso Antikos kultūros šviesa. Nustojo veikti Platono akademija, Aristotelio licėjus, buvo sudeginta didžioji Aleksandrijos biblioteka, apie 400 metus Romos imperatorius Teodosijus uždraudė olimpines žaidynes (jos buvo rengiamos daugiau nei tūkstantį metų!). Antikos veikalai ir kūriniai buvo išbarstyti, sunaikinti, pamiršti. Eu­ropa pasinėrė į Viduramžių intelektualinį snaudulį. Tik pirmaisiais naujojo tūkstantmečio šimtmečiais Europoje prasidė­jo kitoks gyvenimas. Didžiausio italų poeto Dantės Alighieri (1265-1321) kūrinys taip ir pavadintas - „Naujas gyvenimas" (Vita nuova). Suklestėję Italijos miestai buvo pačiame naujojo gyvenimo sūkuryje. Varžybose dėl įtakos, valdžios, naudos ir turto geri buvo visi ginklai, visos priemonės.7 Atėjo laikas politinei Europos kriptografijai. Italijos miestų valdžia turėjo savo žinioje šifrų specialistus, kurie triūsė šifruodami ir dešif­ruodami slaptus laiškus, tiek savo miesto, tiek svetimus - pagrobtus, užverbuotų agentų perduotus... Pavyzdžiui, Venecijoje XVI amžiaus viduryje buvo net trys šifrų sekretoriai - visas kriptografų skyrius! Kriptografijos meno buvo mokoma mokyklose, buvo rengiami kripto-analizės konkursai, už nuopelnus dosniai atlyginama. 1555 metais kriptografo (sekretoriaus šifrų reikalams) pareigybę įstei­gė ir popiežius. Apie 1580 metus popiežiams ėmė tarnauti įžymių kriptografų Argenti šeima. Argenti pirmieji pradėjo naudoti žodžius šifrų raktams perduoti.8 Tuo laiku naudotus pranešimų prasmės slėpimo būdus galima su­skirstyti į dvi grupes: kodus ir šifrus. Kodas reiškė išankstinį su­sitarimą keisti vienus žodžius ar frazes kitais žodžiais, frazėmis arba simboliais. Pavyzdžiui, viename seniausių Vatikano tekstų, skirtų kriptografijai, nurodoma, kad tuometinėse popiežiaus kovose su Ro­mos imperatorium dalyvavusių gelfų ir gibelinų partijas reikia vadin­ti egiptiečiais ir Izraelio vaikais, minint karalių rašyti raidę A, popie­žių - raidę D ir pan. Kad gavėjas perskaitytų jam parašytą naudojant kodą laišką, gavėjui turi būti iš anksto įteiktas pats kodas - vartoja­mų žodžių ir tikrosios jų prasmės atitikties lentelė. Kitaip pranešimo prasmė slepiama naudojant šifrus. Iš anksto su­sitariama, kaip bus keičiamos laiško raidės. Jos gali būti keičiamos kitomis raidėmis, kokiais nors simboliais arba tiesiog skaičiais. Laiš­ko gavėjas turi žinoti taisyklę, kuria naudojamasi keičiant raides, t. y. raktą. Tokiam raktui perduoti Argenti pradėjo vartoti prasmingus žodžius (juos lengviau įsiminti!). Kaip tai buvo daroma, parodyta pa­vyzdyje.9 ARGENTIBCDFHJ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 KLMOPQSUVWXYZ 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 33 34 Pirmoje ir trečioje eilutėse užrašyta lotyniška abėcėlė, tačiau ne įpras­tine tvarka. Ji prasideda rakto žodžiu ARGENTI, o po jo išrašytos li­kusios abėcėlės raidės eilės tvarka. Antroje eilutėje užrašyti skaičiai, kuriais šifruojant keičiamos abėcėlės raidės. Jeigu vartotume žodį, kuriame yra pasikartojančių raidžių, jas reiktų praleisti, pavyzdžiui, vietoje SAKALAS rašyti SAKL. Ši idėja buvo naudojama net ir dau­giau kaip po tūkstantmečio. Štai Richardo Zorgės - žvalgo, antrojo pasaulinio karo išvakarėse dirbusio Japonijoje, šifro pavyzdys.10 1467 metai yra svarbi Vakarų pasaulio kriptografijos data. Tais metais Leonas Battista Alberti (1404-1472) parašė 25 puslapių ,,De cifris", kuriame išdėstė naują tekstų šifravimo būdą. L. Alberti buvo tikras Renesanso žmogus. Tokių įvairiapusių interesų žmogų mūsų laikais sunku sutikti. Jis buvo architektas, dailininkas, kompozitorius, vargonininkas, o taip pat mokslininkas. L. Alberti mokėjo iššifruoti šifrus, kurie paremti vienų raidžių keitimu kitomis. Jis iškėlė mintį, kad šifruojant galima vienas raides keisti kitomis ne pagal vieną ir tą pačią taisyklę, bet naudoti kelias taisykles. Jis sugalvojo paprastą prietaisą, kuriuo naudojantis tą galima lengvai daryti. Alberti skrituliai Šį prietaisą sudaro du skrituliai - didesnis ir mažesnis. Išilgai jų kraštų išrašytos 24 lotyniškos abėcėlės raidės, mažesnįjį galima sukioti apie ašį, kuri eina per bendrą abiejų skritulių centrą. Fiksavę mažojo skritulio padėtį didžiojo atžvilgiu gauname raidžių keitimo kitomis raidėmis taisyklę: kiekvieną ant didžiojo skritulio užrašytą raidę keičiame po ja stovinčia mažojo skritulio raide. Užšifravę pirmąją teksto raidę galime pasukti mažąjį skritulį ir antrąją raidę jau šifruoti naudodami kitą raidžių keitimo taisyklę! Taigi telieka susitarti, kaip reikia sukioti mažąjį skritulį. Nesunku suprasti, kad šiais skrituliais galime naudotis ir dešifruodami šifrą.11 Tiems laikams tai tikrai saugus šifras. Alberti galėtume vadinti moderniosios kriptologijos pradininku. Tačiau iš tiesų jo išradimas buvo pamirštas ir vėliau ne kartą išrastas iš naujo. Pavyzdžiui, panašią šifravimo sistemą 1518 metais pasiūlė benediktinų vienuolis Trithemius pirmojoje spausdintoje kriptografijos knygoje „Polygraphiae". Giovanis Batistą Belaso 1553 metais sugalvojo, kaip paprastai nurodyti naudojimosi Alberti skrituliais taisyklę. Ją galima nusakyti vienu ar keliais žodžiais. Pavyzdžiui, taisyklė, nusakoma žodžiu BELASO yra tokia: pasukame mažąjį skritulį, kad po didžiojo skritulio raide A būtų mažojo skritulio raidė B, užšifruojame pirmąją teksto raidę; pasukame mažąjį skritulį, kad po didžiojo skritulio raide A būtų mažojo skritulio raidė E, užšifruojame antrąją teksto raidę ir 1.1. Užšifravę pirmąsias šešias teksto raides naudojame tą patį žodį nuo pradžios. Taigi žodis yra šio šifro raktas. Atrodo, matematikui ir gydytojui Džirolamo Kardano atėjo į galvą mintis, kad šį šifrą galima dar patobulinti, naudojant patį šifruojamą tekstą kaip raktą. Tai galima daryti įvairiais būdais. Pavyzdžiui, pirmąją teksto raidę galime užšifruoti naudojant iš anksto sutartą skritulių tarpusavio padėtį, o po to patį šifruojamą tekstą naudoti kaip raktą, t.y. sukioti mažąjį skritulį taip, kaip nurodo šifruojamo teksto raidės.12 Alberti išrastas šifras dabar dažniausiai vadinamas Vigenere šifru. Blezas de Vigenere (1523-1596) buvo prancūzų diplomatas, daug keliavęs po Europą. Būdamas 47 metų jis atsidėjo vien rašymui. Rašė apie viską: alchemiją, magiją, kabalą, kometas, šifrus... 1585 metais parašė 600 puslapių veikalą apie šifrus „Traictė des Chiffres". Tai nebuvo vien kriptografijos veikalas. Jame buvo receptų ir apie tai, kaip pasigaminti aukso. Tačiau Vigenere gerai išdėstė ir to laiko kriptografijos pagrindus. XVII amžiuje kriptografija ir kriptoanalizė tapo kasdieniu didžiosios politikos įrankiu. Pirmuoju profe­sionaliu Prancūzijos kriptgrafu buvo Antuanas Rossignolis, o anglų - matematikas Džonas Valis. A. Rossig-nollio karjera prasidėjo 1628 metais, kai jis prisidėjo prie karaliaus, kovojančio prieš hugenotus. Karali­aus šalininkai buvo apsupę gerai įtvirtintą Realmonto miestą. Nesitikėdami miesto paimti jie gal būtų ir pasitraukę, tačiau Rossignoliui pavyko iššifruoti slaptą hugenotų pranešimą, kuriame buvo rašoma, kad jų amunicijos atsargos baigiasi. Karaliaus šalininkai paėmė miestą, o Rossignolis gavo labai gerai atlyginamą kriptoanalitiko tarnybą karaliaus dvare.13 Kriptoanalitikų tarnybas prie savo dvarų įsteigė ir kiti Europos valdovai. Šios tarnybos paprastai buvo vadinamos „juodaisiais kambariais" (Black Chamber, Cabinet Noir, Geheimkabinett). Juose dirban­tys žmonės atplėšinėjo ir skaitė laiškus, dešifravo šifrus. Geriausią kriptoanalitikų tarnybą turėjo Austrijos imperatorius. Dešimties žmonių grupė kasdien užšifruodavo ir dešifruodavo apie 100 pranešimų. Jie mokėjo visas Europos kalbas.14 Po Didžiosios prancūzų revoliucijos pažiūra į „juoduosius kambarius" ėmė keistis. Laisvės idealai ir privačios korespondencijos skaitymas - visiškai nesuderinami dalykai. Juodieji kambariai ėmė nykti. Su jais - ir klasikinė „pieštuko ir popieriaus" kriptografija. Tačiau 1837 metais prasidėjo nauja epocha. Ji prasidėjo (beveik kaip visos naujos epochos) be dide­lio triukšmo: Samuelis Morzė išrado telegrafą. Informacija, kurią reikia perduoti, virto paprasčiausiais brūkšneliais ir taškais. Tie brūkšneliai ir taškai daug ką pakeitė. Pavyzdžiui, mūšiams vadovaujančius gen­erolus nusodino nuo žirgų, ant kurių jie stebėdavo mūšių eigą, ir pasodino už stalų kažkur saugioje užfrontės vadavietėje. Moraliniu požiūriu, pasauliui tikriausiai būtų buvę geriau, jeigu jie ir toliau būtų jodinėję ir kariavę pagal šimtmečiais nesikeičiančias taisykles, tačiau nenugalima išradėjų ir mokslininkų aistra viską išaiškinti ir pritaikyti galų gale įteikia jų sukurtus prietaisus į rankas tiems, kurių aistra - naikinti ir griauti.15 Šiaip ar taip ir kriptografija turėjo prisitaikyti prie pasikeitusio informacijos vaizavimo ir perdavimo būdo. Naujųjų amžių reikalavimus kriptografijai pirmasis labai aiškiai ir konkrečiai suformulavo Augustas Kerckhoffas savo straipsnyje „La cryptographie militaire", 1883 metais išspausdintame žurnale „Journal de sciences militaires". Jo maksimas verta apžvelgti, kadangi jos iš esmės lieka aktualios ir mūsų laikams.16 A. Kerckhoffas konstatuoja, kad atsirado būtinybė šifruoti ne pavienius vienkartinius pranešimus, tačiau garantuoti nuolatinį šifruotos informacijos perdavimą tarp armijos vadaviečių tokiais kanalais, kurių savybės negali būti keičiamos. Jis suformulavo šešis reikalavimus informacijos šifravimo prietaisams, kurie gali būti naudojami. Pirma, jeigu šifravimo sistema gali būti įveikta, tai tik matematiškai (le systėme doit etre matėriellement, sinon mathmatiąuement, indcryptahle ). Taigi šifruota informacija negali būti atskleista, taip kaip iš dėlionės dalelių sudedamas paveikslas; t.y. sistemą galima įveikti tik atskleidus jos matematinius pagrindus. Antra, sistema turi būti tokia, kad net ją turėdamas priešininkas negalėtų jos įveikti (U f aut ąu'il n'exige pas le secret et ąu'il puisse sans inconvėnient tomher entre les mains de l'ennemi ). Trečia, sistemos raktas turi būti įsimenamas ir perduodamas jo neužrašius, jis turi būti keičiamas (la clė doit pouvoir en etre communiąuėe et retenue sans le secours de notes crites, et tre change et modifie au gr des correspondants). Ketvirta, sistema turi būti pritaikyta telegrafo ryšiui (ii jaut ąu'il soit applicable a la correspondance tėlegraphiąue).Penkta, šifravimo sistema turi būti nešiojama ir naudojimuisi ja nereiktų daugelio žmonių (U jaut ąu'il soit portatij, et ąue son maniement ou son jonctionnement n'ezige pas le concours de plusieurs personnes). Šešta, sistema turi būti paprasta naudotis: neturi būti reikalinga nei proto įtampa, nei ilga taisyklių seka (le systėme doit etre d'un usage facile ne demandant ni tension d'esprit, ni la connaissance d'une longue sėrie de r egles a ohserver). Jeigu ir reiktų ką pakeisti pritaikant šį „kriptografijos kodeksą" mūsų laikams - tai vietoje telegrafo minėti elektroninį ryšį. Tačiau kriptografija Kerkhoffo laikais vis dar buvo kūdikystės amžiuje. Pats A. Kerkhoffas savo straip­snyje rašo, kad jį stebina mokyti žmonės, siūlantys šifravimos sistemas, kurias įveikti galima per pusvalandį. 1861 metais prūsų majoras W. Kassiski išleido brošiūrą, kurioje aprašė, kaip galima įveikti Vigenere šifrą. Jo metodas paprasčiausiai liko nepastebėtas, ir Vigenere šifras dar ilgai buvo laikomas visiškai saugiu. Kad kriptografijos reikšmė būtų suvokta, reikėjo sunkių išbandymų. Būtinybę kuo greičiau subręsti atskleidė pirmasis pasaulinis karas.17 Kriptoanalitikų skyriai atsirado visų šalių slaptosiose tarnybose. Paprastai viena kriptoanalitikų grupė stengėsi dešifruoti diplomatinę, kita - karinę korespondenciją. Kriptoanalizė tapo kasdieniu „juodu" darbu. Didelių pastangų šifruotoms telegramoms gauti nebereikėjo - pakakdavo pasiklausyti radijo stočių.18 Pirmojo pasaulinio karo metais kriptoanalitikų darbas pirmą kartą akivaizdžiai paveikė lemiamus poli­tinius sprendimus. Anglų kriptoanalitikų tarnyba ,,Room 40" 1917 metais iššifravo vokiečių užsienio ministro Arthuro Zimmermano telegramą vokiečių ambasadoriui Meksikoje. Telegramoje buvo siūloma imtis veiksmų, nuteikiančių Meksiką prieš JAV. Kai telegramos tekstas tapo žinomas amerikiečiams prezidentas Wilsonas priėmė sprendimą dėl karo paskelbimo vokiečiams. Vokiečiai pradėjo karą neturėdami geros kriptoanalitikų tarnybos. Šioje srityje priešininkai juos gerokai pranoko. ,,Room 40" darbuotojams nebuvo sunku įveikti nesudėtingus vokiečių šifrus, tuo labiau, kad raktai buvo retai keičiami. 1918 metais vokiečiai pradėjo naudoti vadinamąjį ADFGVX šifrą ir keisdavo raktą kasdien. Tačiau ir šį šifrą greitai įveikė prancūzų kriptoanalitikas leitenantas Georgės-Jean Painvin.19 Apskritai, pirmojo pasaulinio karo metai yra svarbus kriptologijos istorijos etapas. Per šiuos metus kriptologija iš antraeilio dalyko tapo svarbiu politikos ir karybos elementu. Trečiajame XX amžiaus dešimtmetyje kriptografijos pažanga visų pirma sietina su elektrinių-mechaninių šifravimo prietaisų konstravimu ir tobulinimu. Jaunas AT&zT bendradarbis G. Vernamas dar 1917 metais JAV užpatentavo šifravimo įrenginį, kuriame naudojamas atsitiktinai generuotas, tokio pat ilgio kaip pats šifruojamas tekstas raktas. Jis pasiūlė savo šifravimo mašiną JAV vyriausybei, tačiau pasiūlymas buvo atmestas. Išties, naudotis tokia sistema gana sudėtinga, tačiau tai vienintelė visiškai saugi kriptosistema. Apskritai JAV nuo 1861 iki 1980 metų buvo išduota apie 1700 su kriptografija susijusių patentų. Tačiau pagrindinė XX a. trečiojo dešimtmečio kriptografijos idėja - rotoriai. Rotoriai - tai diskai, suverti ant vienos ašies ir galintys sukiotis. Ant abiejų rotoriaus pusių yra elektriniai kontaktai, atitinkantys abėcėlės raides. Gretimų rotorių kontaktai liečiasi. Techninė rotoriais pagrįstų šifravimo mašinų konstrukcija yra gana sudėtinga, tačiau bendrąjį veikimo principą paaiškinti galima visai paprastai. Šifravimo mašinos priminė elektrines spausdinimo mašinėles: renkant klaviatūroje tekstą ant popieriaus iš karto spausdinamas teksto šifras.20 Prisiminkime Alberti skritulius: vienas jų yra didesnis, kitas mažesnis, pastarasis gali sukiotis apie bendrą skritulių ašį. Ant abiejų skritulių išrašytos abėcėlės raidės, mažojo skritulio raidės yra tiesiog po didžiojo skritulio raidėmis. Įsivaizduokime, kad naudojimasis šiais skirtuliais yra „mechanizuotas": papaudus klavišą, ant popieriaus atsiranda raidė, kuri mažajame skritulyje yra parašyta po klavišo raide, be to skritulys per vieną raidę pasisuka. Paspaudus klavišą su kita raide, vėl atspausdinamas jos šifras, o mažasis skritulys pasisuka ir t.t. Nesunku įsitikinti, kad ši sistema tai Vigenere šifras, kurio ilgis lygus abėcėlės raidžių skaičiui n. Galima prie dviejų skritulių pridėti dar ir trečiąjį, kuris taip pat gali sukiotis. Galime padaryti taip, kad skrituliai suktųsi pagal tą pačią taisyklę kaip elektros, dujų ir kt. apskaitos skaitikliai: iš pradžių sukasi mažasis skritulys; jam apsisukus ratu, per vieną padalą pasisuka vidurinysis skritulys; vėl sukasi mažasis skritulys ir 1.1. Tai būtų schematiškas šifravimo mašinos su trimis rotoriais modelis. Juo realizuojamas Vigenere šifras su n2 ilgio raktu. Rotorių idėja kilo keliems tarpusavyje nesusijusiems žmonėms. Vokietis Arthur Scherbius užpatentavo išradimą 1918 metais, olandas Hugo Koch ir švedas Arvid Damm - 1919 metais, amerikietis Edward Hebern - 1921 metais. Didelės komercinės sėkmės išradėjai nesulaukė. A. Scherbius firma „Chiffriermaschinen Aktiengesellschaft" 1923 metais pristatė komercinį šifravimo mašinos, pagrįstos rotoriais, modelį ENIGMA A. Vėliau pasirodė modeliai B, C, D ir kt. Daugelis vyriausybių nusipirko po egzempliorių, kad specialistai galėtų išstudijuoti ir modifikuoti, pats A. Scherbius tragiškai žuvo 1927 metais, o jo bendrovė pakeistu pavadinimu gyvavo iki 1945 metų.21 Vokiečiai, pirmajame pasauliniame kare, neįvertinę kriptografijos reikšmės, naująjį karą norėjo pradėti tinkamai pasiruošę. Pagrindinė jų kriptografinė amunicija - keli atitinkamai modifikuoti ENIGMA variantai. Tačiau jiems vėl labai nepasisekė. Lenkai buvo sukūrę gerą kriptoanalitikų grupę. 1932 metais jaunas matematikas Marian Rejewski įstengė įveikti Wehrmachto ENIGMA su trimis rotoriais variantą. Sifrogramų, kurios radijo bangomis buvo perduodamos Prūsijoje, lenkai turėjo pakankamai. Jie pasinaudojo ir vokiečių neatsargumu. Pavyzdžiui, gana dažnai būdavo šifruojami raidžių pakartojimai: bb, ss ir 1.1. Lenkams padėjo ir iš prancūzų šnipo Hans-Thilo Schmidt, dirbusio vokiečių gynybos ministerijoje, gauta informacija. Jis perdavė instrukcijas, kaip naudotis ENIGMA, o taip pat keletą raktų. 1943 metais H.-T. Schmidt buvo demaskuotas ir nužudytas.22 Vokiečių šifravimo mašina ENIGMA • • • o • • • Tačiau 1938 metais vokiečiai pakeitė šifravimo sistemą. Buvo pridėti dar du rotoriai. Padėtis darėsi grėsminga. Reikėjo glaudesnio Vakarų šalių bendradarbiavimo. Tarpininkaujant prancūzams 1939 metų liepos 25 dieną Varšuvoje buvo surengtas lenkų ir anglų kriptoanalitikų susitikimas. Suspėta pačiu laiku, nes po mėnesio prasidėjo antrasis pasaulinis karas. Lenkai perdavė anglams savo patirtį dešifruojant ENIGMA. Prieš pat karą anglai savo kriptoanalizės tarnybą iš užsienio ministerijos perkėlė į Bletchley Park vietovę. Čia kriptoanalitikai dirbo per visą karą. Vienas iš svarbių kriptoalitikų tarnybos uždavinių buvo ENIGMA dešifravimas. 1939 metų rugsėjo 4 dieną į Bletchley Park atvyko matematikas Alanas Turingas. Jis pradėjo studijuoti lenkų informaciją ir analizuoti ENIGMA. Anglų Bletchley Park kriptoanalitikams jau 1940 metais pavyko įveikti silpniausią ENIGMA variantą - tą kuriuo naudojosi Geringo Luftwaffe. Nuo 1941 metų birželio jau buvo dešifruojama ir karinių jūros pajėgų Kriegsmarine korespondencija, nuo 1941 metų rugsėjo anglai skaitė maršalo Rommelio pranešimus Berlynui. Tik sausumos karo pajėgų šifrų nepavyko atskleisti iki 1942 metų. Si ENIGMA istorija akivaizdžiai rodo, koks pavojingas išsamia analize neparemtas pasitikėjimas kriptografijoje. Vokiečiai manė, kad jų ENIGMA neįveikiama, o ji jau nebebuvo paslaptis priešininkams kone nuo pat sistemos naudojimo pradžios!23 Panašiai atsitiko ir japonams. Jie neįvertino amerikiečių kriptoanalitikų jėgos, galbūt tikėjosi kad pati japonų kalba jau yra papildoma saugumo garantija. Amerikoje dirbo Williamas Friedmanas. Jis laikomas vienu geriausių visų laikų kriptoanalitikų. Į karinės kriptografijos tarnybą jį atvedė kelias, prasidėjęs labai toli nuo valstybinių paslapčių. Jis tyrinėjo tuo metu populiarią hipotezę, kad Šekspyro kūrinių autorius iš tikrųjų visai ne Šekspyras, bet filosofas Rodžeris Baconas. Nuo 1917 metų Williamas Friedmanas kartu su savo žmona Elizabeth dirbo kriptoanalitikų darbą JAV vyriausybei. Beje, W. Friedmanas pradėjo pirmasis naudoti ir patį kriptoanalizės terminą.24 1948 metais įvyko vienas svarbus įvykis, kurį net įvykiu nelabai tinka vadinti. Tiesiog buvo išspausdintas Claude Shannono straipsnis ,,A Mathematical Theory of Communication". Tai reiškė naujos matematikos srities, nagrinėjančios informacijos perdavimo procesus, gimimą. Naujoji teorija išniro kone tobula forma -kaip kokia Botičelio Venera. Prieš tai buvo ir kitas straipsnis, tiksliau slaptumo grifu pažymėtas C. Shannono veikalas ,,A Mathematical Theory of Cryptography". Taigi ir kriptografija iš neapibrėžtų kontūrų disciplinos tapo matematikos sritimi. Tačiau tuomet, žinoma, niekas negalėjo nuspėti, kokią reikšmę ji įgys vos po kelių dešimtmečių. Kad paliks uniformuotų kariškių ar smokinguotų diplomatų draugiją ir taps nelabai disciplinuotos ir tvarkingos universitetų bendruomenės diskusijų tema. Užuot minėję naujųjų laikų kriptografijos faktus, verčiau imkimės jos studijų. 2.Naujųjų laikų kriptografija Industrinė visuomenė iš esmės virto informacine. Žemės paviršių tarsi voratinklis apraizgė informacijos perdavimo kanalai, kuriais keliauja milžiniški informacijos srautai. Visas šis didžiulis ir sudėtingas tinklas susideda iš elementų, kuriuos galime apibūdinti labai paprastai: • subjektas A perduoda informaciją subjektui B. Gali būti, kad A ir B vienas ir tas pats subjektas; pavyzdžiui, kai informacija užrašoma saugojimui. Kad šie ryšio subjektai nebūtų grynos abstrakcijos subjektą A dažnai vadinsime Algiu, o B - Birute. Šioje paprastoje schemoje abu subjektai niekada nėra vienu du. Visų pirma, visada dalyvauja tai, ką mes pavadinsime Gamta. Tad pranešimas, kurį A siunčia B, gali pasiekti adresatą iškraipytas arba visai jo nepasiekti. Apie šį trečiąjį informacijos perdavimo proceso dalyvį galima pasakyti štai ką: • Gamta gali pakenkti informacijos perdavimo procesui, bet niekada nedaro to iš piktos valios. • Gamta netobulina savo kenkimo būdų ir priemonių. Vis dėlto, neigiamo Gamtos poveikio informacijos perdavimui dažnai negalima nepaisyti. Priešnuodžių galima rasti kodavimo teorijoje. 1 Tačiau kartais tenka daryti išvadą, kad ryšį veikia ne tik Gamta bet ir paslaptingasis subjektas Z (Zigmas). Apie jį tenka daryti tokias prielaidas: • Svarbiausias Z veiklos tikslas yra kontroliuoti A ir B ryšį. • Z yra labai aukšto intelekto individas (galbūt daug kartų kartų protingesnis už mus). Siunčiamai informacijai perskaityti ir analizuoti jis gali naudoti geriausias šiuo metu egzistuojančias technines prie­mones. Taigi norėdami išsaugoti savo ryšio privatumą Algis ir Birutė turi pasirūpinti jo saugumu. Sukurti priemones ryšio saugumui garantuoti - tai ir yra iššūkis naujųjų laikų kriptografijai. Galvojant apie saugų ryšį visų pirma tenka atsižvelgti į tai, kad fizinės ryšio saugumo priemonės negali būti efektyvios. Juk elektroninio ryšio kanalų neįmanoma paslėpti. O nesinaudoti jais reiškia nedalyvauti informacinės visuomenės gyvenime. Be fizinių ryšio saugumo priemonių yra dar teisinės ir matematinės. Matematinės ryšio saugumo užtikrinimo priemonių kūrimas ir yra kriptografijos mokslo uždavinys.25 Siekiantis pažeisti A ir B ryšio saugumą Zigmas irgi turi savo mokslą - kriptoanalizę. Kriptografija ir kriptoanalizė sudaro kriptologiją. Teorijos plėtojimo požiūriu Zigmas nėra Algio ir Birutės priešai. Juk pažeisdamas Algio ir Birutės ryšio saugumą Zigmas parodo, kad jų naudojama sistema nėra pakankama. Aptarkime, ką iš viso reiškia informacijos saugumas, t.y. kas gresia viešu perdavimo kanalu siunčiamai informacijai. Visų pirma, Z gali tą informaciją perskaityti. Pavyzdžių, kai tai yra nepageidautina, galima nesunkiai pateikti iš politikos, karybos, verslo, o taip pat ir žmonių tarpusavio bendravimo sričių. Perdavimo kanalo dažniausiai neįmanoma, o todėl ir neverta slėpti. Tad verta ir reikia slėpti informacijos prasmę, t. y. • atvirą tekstą versti šifru, šifruoti. Šifravimo būdą arba algoritmą tenka sugalvoti. Galima sugalvoti ką nors panašaus į egiptiečių raštą. Jei algoritmas labai paprastas - Zigmas jį nesunkiai atspės. Jeigu sudėtingas - algoritmą teks užrašyti ir saugoti. Tačiau reikia atsiminti Z savybes. Jei šifravimo algoritmu naudosimės pakankamai ilgai, Zigmas jį įmins arba paprasčiausiai gaus (jis lengvai įgyja žmonių pasitikėjimą ir negaili pinigų). Kadangi algoritmą sunku nuslėpti, to ir neverta daryti. Reikia, kad šifravimo algoritmas turėtų parametrą (raktą), jį ir reikia slėpti. Tai vienas iš pagrindinių moderniosios kriptografijos principų, suformuluotų Kerckhoff von Nieuwenhofo2 Senųjų amžių kriptografijos istorijos apžvalgoje jau minėjome keletą šifrų su raktais pavyzdžių. Štai dar vienas toks pavyzdys. Posakį HE WHO TEACHES LEARNS šifruosime naudodami „geležinkelio tvorelės" sistemą su raktu k = 4: H E L E TA S E S W O C E A N H H R gausime HELETASESWOCEANHHR. Jeigu naudojame tinkamą šifravimo sistemą, galime tikėtis, kad Zigmas net ir turėdamas mūsų pranešimus neįstengs atskleisti jų prasmės, t.y. bus užtikrintas informacijos slaptumas arba lotyniškai tariant - konfi­dencialumas.26 Tačiau Zigmas gali ne tik pasyviai klausytis ar skaityti A ir B pranešimus. Jis gali aktyviai įsiterpti į ryšio kanalą ir pakeisti ką nors siunčiamoje informacijoje sau naudinga linkme. Net vieno bito pakeitimas gali sukelti labai nemalonių padarinių. Įsivaizduokime, kad pranešime finansų įstaigai „Perveskite 1000$ į sąskaitą Nr. 1000000 " vietoje paskutiniojo nulio atsirado vienetas. Kita vertus, Zigmas gali perduoti Birutei dezinformaciją, prisidengęs siuntėjo Algio vardu. Todėl dažnai pageidautina, kad pranešimo gavėjas turėtų galimybę patikrinti, ar jį pasiekusi informacija nėra pakeista bei trečiojo asmens sufalsifikuota. Taigi - užtikrinti informacijos vientisumą ir autentiškumą taip pat yra vienas iš kriptografijos uždavinių. Aut­entiškumo problema turi dar vieną aspektą. Kai Algis ir Birutė yra tiesioginiame ryšyje, jiems svarbu žinoti, kad ryšio kanalas tikrai jungia juos, o ne, pavyzdžiui, Birutę ir Algiu apsimetusį Zigmą. Todėl svarbu, kad būtų įmanoma kriptografijos priemonėmis patikrinti ryšio subjektų identitetą. Sis uždavinys vadinamas subjekto identifikavimo problema.27 Tam tikrų problemų tarp Algio ir Birutės gali kilti ir be Zigmo įsikišimo. Tarkime Algis pranešime Birutei kažką pažadėjo, o vėliau paneigė, tvirtindamas, kad tas pranešimas yra piktavalio Zigmo suklastotas. Taigi atsiranda būtinybė turėti priemones, kuriomis būtų galima įrodyti, kad Algis ketina išsižadėti savo pranešimo. Trumpai, nors ir neaprėpiant visų aspektų galima teigti, kad pagrindiniai kriptografijos mokslo tik­slai - sukurti priemones, kurios gali būti naudojamos informacijos slaptumui, vientisumui bei aut­entiškumui garantuoti, ryšio subjektų identitetui patikrinti, išsižadėjimams paneigti. Tačiau ne visada visi šie reikalavimai yra vienodai svarbūs. Aukščiau minėtas pranešimas bankui galbūt gali būti perduotas ir atviru tekstu, tačiau labai svarbu, kad jis būtų autentiškas. Iš pradžių panagrinėkime kriptografijos priemonių taikymą informacijai šifruoti. 3.Sistemos (kriptosistemos) modelis Kriptografinę sistemą sudaro aibių trejetas ir funkcijų e(-,K):M^C, d(-,K):C^M, K e K, rinkinys, čia komponentes interpretuosime taip: M - siunčiamų pranešimų aibė; K - naudojamų raktų aibė; C - šifruotų pranešimų aibė; e(-, K) - šifravimo procedūra, naudojant raktą K; d(-, K') - dešifravimo procedūra, naudojant raktą K' . Jean Guillaume Hubert Viktor Prancois Auguste Kerckhoff von Nieuwenhof (1835—1903) — olandų filologas. Aibės M elementus vadinsime nešifruotais arba atvirais tekstais (plaintext), aibės C - šifrais (ciphers).3 Praktiškai kiekvienas pranešimas gali būti labai ilgas simbolių (bitų) srautas. Šifravimo procedūra yra funkcija, kuri pagal tam tikrą algoritmą verčia atvirą tekstą šifru. Jei ji operuoja pavieniais simboliais (bitais), gaunamą šifrą vadinsime srauto šifru (stream cipher), jeigu pranešimas skaidomas blokais ir šie blokai šifruojami - šifrus vadinsime blokų šifrais (block ciphers). Bendroji ryšio, kurį saugo tokia kriptosistema, schema yra tokia: • subjektas A šifruoja pranešimą naudodamas raktą Kca Jr siunčia B šifrą C = e (M, Kc a)', • subjektas B dešifruoja šifrą naudodamos raktą Kj b skaito gautą pranešimą d(C, Kj b) = M; • jei yra atgalinis ryšys, šifravimas ir dešifravimas vykdomas naudojantis raktais Ke b, K^a- Gali atrodyti, kad tokia raktų gausybė yra nereikalingas apibendrinimas. Išties, paprasčiausiose sistemose Kc,a = Kd

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!