История возникновения криптографии

История возникновения криптографии

Почти четыре тысячи лет назад в городе Менет-Хуфу на берегу Нила некий египетский писец нарисовал иероглифы, которые рассказывали историю жизни его господина. Сделав это, он стал родоначальником документально зафиксированной истории криптографии.

Дэвид Кан (David Kahn), эксперт по кодам и шифрам, консультант Конгресса США по вопросам криптографии.

Почти четыре тысячи лет назад в городе Менет-Хуфу на берегу Нила некий египетский писец нарисовал иероглифы, рассказавшие историю жизни его господина. Сделав это, он стал родоначальником документально зафиксированной истории криптографии.

Эта система не была тайнописью в том смысле, как ее понимают в современном мире. Для засекречивания своей надписи египетский писец не использовал никакого полноценного шифра. Дошедшая до наших дней надпись, вырезанная примерно в 1900 году до н. э. на гробнице знатного человека по имени Хнумхотеп, лишь в отдельных местах состоит из необычных иероглифических символов вместо более привычных иероглифов. Большинство из них встречается в последних двадцати столбцах, где перечисляются монументы, построенные Хнумхотепом во славу фараона Аменемхета II. Безымянный писец старался не затруднить чтение текста, а лишь придать ему большую важность, подобно тому, как в каком-нибудь заявлении по важному поводу пишут, например, «в год одна тысяча восемьсот шестьдесят третий от Рождества Христова», вместо того чтобы просто и без затей написать: «в 1863 году». Вместе с тем, хотя писец применил не тайнопись, он, бесспорно, воспользовался одним из существенных элементов шифрования — умышленным преобразованием письменных символов. Это самый древний известный нам текст, который претерпел такие изменения.

По мере расцвета древнеегипетской цивилизации и совершенствования письменности росло количество усыпальниц почитаемых умерших, и все более изощренными становились преобразования текстов на стенах гробниц. Со временем писцы стали заменять обычную иероглифическую форму буквы, например, рот, изображенный анфас, иной формой, например, ртом, изображенным в профиль. Они вводили в употребление новые иероглифы, первый звук произношения которых выражал желательную букву, как, например, изображение свиньи. Иногда произношение двух иероглифов различалось, но их изображение напоминало друг друга. Время от времени писцы использовали иероглиф по принципу ребуса, подобно тому, как, например, в английском языке изображение пчелы может означать букву «В». Эти преобразования были изначально свойственны обычному египетскому письму: именно с их помощью иероглифы приобрели свои звуковые значения. В дальнейшем они лишь усложнялись и делались все более искусственными.

Такие изменения обнаружены во многих местах — в надгробных надписях, восхвалявших умерших, в гимне в честь Тота и на саркофагах фараона Сети I. В них нет попыток скрыть истинный смысл текста. Большинство надписей дублируются в обычной форме рядом с измененной. Для чего же тогда это делать? Часто с той же определенной целью, что и в гробнице Хнумхотепа, — произвести впечатление на читателя. Иногда для того, чтобы блеснуть каллиграфией или ради красоты. Реже — чтобы отразить соответствующее тому времени произношение.

Но постепенно многие надписи начинали преследовать другую, самую важную для криптографии цель — секретность. В некоторых случаях секретность была нужна для усиления тайны и, следовательно, колдовской силы поминальных текстов. Гораздо чаще секретность проистекала из понятного желания древних египтян заставить прохожего прочитать их эпитафии и тем самым выразить умершим благословения, которые содержались в надгробных надписях. В Древнем Египте, с характерной для него непоколебимой верой в загробную жизнь, количество надгробных надписей быстро достигло такой степени, когда интерес к ним прохожих резко упал. Чтобы возродить былой интерес к надписям, писцы нарочно делали их несколько туманными. Они ввели криптографические знаки, дабы привлечь внимание читателя, заставить его задуматься и вызвать у него желание разгадать их смысл. Но эти приемы совершенно не удались. Вместо того чтобы заинтересовать читателя, они губили даже малейшее желание прочитать набившие всем оскомину эпитафии. А посему вскоре после появления «надгробной» криптографии от нее отказались.

Итак, добавление элемента секретности в преобразование иероглифов породило криптографию. Правда, это напоминало скорее игру, поскольку преследовалась цель задержать разгадку только на самое короткое время. Поэтому криптоанализ также заключался всего лишь в раскрытии головоломки. Таким образом, древнеегипетский криптоанализ был квазинаукой, в отличие от криптоанализа современного, ставшего чрезвычайно серьезной областью научных знаний. Однако всем великим делам свойственны скромные начинания. Иероглифы Древнего Египта действительно включали, хотя и в несовершенной форме, два важных элемента — секретность и преобразование письма, которые составляют основные атрибуты криптографии.

Так родилась криптология. В течение 3000 лет ее развитие не было поступательным. В одних местах криптология появлялась самостоятельно и потом исчезала вместе с породившими ее цивилизациями. В других она выжила, проникнув в памятники литературы. Опираясь на ее литературную основу, последующие поколения уже могли карабкаться к новым высотам криптологии. Но продвижение к ним было достаточно медленным и прерывистым. Больше было потеряно, чем сохранено. Значительная часть древней истории криптологии представляет собой плохо подобранный разношерстный букет, составленный из расцветающих, распустившихся и увядающих цветов одновременно. Накопленные знания получили простор только в начале эпохи европейского Возрождения.

В Индии, стране с древней высокоразвитой цивилизацией, люди с незапамятных времен пользовались несколькими разновидностями тайнописи. В классическом древнеиндийском трактате об искусстве управлять государством, написанном между 321 и 300 годом до н. э., рекомендуется, чтобы глава шпионской спецслужбы давал своим агентам задания с помощью тайнописи. Там же дипломатам дается совет прибегать к криптоанализу для получения разведывательных данных: «При невозможности беседовать с людьми пусть посол осведомится о происходящем у врага из речей нищих, пьяных, сумасшедших, спящих или из условных знаков, надписей, рисунков в храмах и местах паломничества». И хотя автор трактата не дает никакого намека, как именно нужно читать тайнопись, тот факт, что он знает о возможности ее дешифрования, свидетельствует о некоторой искушенности в области криптоанализа. Более того, впервые в истории человечества здесь упоминается о криптоанализе в политических целях.

Не избежала соприкосновения с шифрами (или, если говорить точнее, с предшественниками шифров, так как в ней отсутствует элемент секретности) и Библия. Как и в случае с иероглифами на гробнице Хнумхотепа, преобразования письма выполнены в Библии без какого-либо явного желания скрыть содержание текста. Главной причиной, очевидно, являлось стремление переписчика обессмертить себя путем изменения текста, который позднее будет снова тщательно переписан и позволит пронести частицу его личности через века.

Самая знаменитая «криптограмма» в Библии связана с историей о том, как в разгар пира у вавилонского царя Валтасара человеческая рука стала писать на стене зловещие слова: «мене, текел, фарес». Однако тайна заключается не в том, что означают эти слова. Непонятно, почему мудрецы царя не смогли разгадать их смысл.

Сами слова «мене», «текел» и «фарес» взяты из арамейского языка, родственного древнееврейскому, и означают «исчислил», «взвешен» и «разделено». Когда Валтасар вызвал к себе пророка Даниила, последний без труда прочитал надпись и дал толкование этих трех слов: «мене — исчислил Бог царство твое и положил конец ему; текел — ты взвешен и найден очень легким; фарес — разделено царство твое и отдано мидянам и персам».

Надпись «мене, текел, фарес» может также означать названия денежных единиц — мина, текел (1/60 мины) и фарес (1/2 мины). Их перечисление именно в такой последовательности символизирует крушение Вавилонской империи.

Учитывая возможность всех этих интерпретаций, кажется странным, что вавилонские мудрецы не сумели прочитать зловещую надпись на стене. Возможно, они боялись сообщить Валтасару плохую новость или, может быть, Господь открыл глаза только Даниилу. Как бы там ни было, одному Даниилу удалось разгадать эту загадку, и в результате он стал первым известным криптоаналитиком. А поскольку это библейское сказание, то и награда за успешный криптоанализ, согласно Библии, намного превзошла какие-либо более поздние вознаграждения за аналогичные успехи в дешифровании: «Тогда... облекли Даниила в багряницу, и возложили золотую цепь на шею его, и провозгласили его третьим властелином в царстве».

В Европе криптография находилась в состоянии застоя вплоть до наступления эпохи Возрождения. Применявшиеся шифросистемы были предельно просты — фразы писались по вертикали или в обратном порядке, гласные заменялись точками, использовались иностранные алфавиты (например, древнееврейский и армянский), каждая буква открытого текста заменялась следовавшей за ней буквой. Кроме того, в течение всех этих лет криптология была поражена болезнью, которая сохранилась до более позднего времени, а именно: убежденностью многих людей в том, что криптография и криптоанализ являются разновидностями черной магии.

С первых дней своего существования криптография преследовала цель спрятать содержание важных разделов письменных документов, имевших отношение к таким сферам магии, как гадание и заклинание. В одной из рукописей о магии, датируемой III веком н. э., используется шифр, чтобы скрыть важные части колдовских рецептов. Криптография часто была на службе магии во времена средневековья, и даже в эпоху Возрождения с помощью шифров алхимики засекречивали важные части формул получения «философского камня».

Сходство между магией и криптографией обусловливалось и другими факторами. Помимо криптографии, таинственные символы использовались в таких понятных лишь посвященным областях магических знаний, как астрология и алхимия, где, подобно знакам открытого текста, каждая планета и каждое химическое вещество имели специальный знак. Как и зашифрованные слова, заклинания и магические формулы, вроде «абракадабры», походили на чепуху, но в действительности были сильны скрытым значением.

Вдобавок многие люди, которые хвастались своей способностью разгадывать шифры, одновременно похвалялись и умением слышать человеческие голоса, будучи глубоко под землей, или даром телепатии. Естественно, что впоследствии эти две области стали обсуждаться вместе — поскольку, мол, они всегда развивались бок о бок.

Мнение о том, что криптоанализ является по своей природе черной магией, происходит и от поверхностного сходства между криптоанализом и гаданием. Извлечение смысла из шифротекста казалось точно таким же делом, что и получение знаний путем изучения расположения звезд и планет, длины линий и мест их пересечения на ладони, внутренностей овец, положения кофейного осадка в чашке. Видимость брала верх над реальностью. Простодушные усматривали магию даже в обычном процессе расшифрования. Другие, более искушенные, видели ее в криптоанализе, так как вскрытие чего-то глубоко спрятанного казалось им непостижимым и сверхъестественным.

Ни в одном из упомянутых выше случаев применения тайнописи нет подтверждения существованию криптоанализа как науки. Время от времени факты дешифрования текста имели место. Подтверждением тому служат истории с пророком Даниилом или с какими-нибудь египтянами, которые разгадали отдельные иероглифические надписи на могильных памятниках. Но научного криптоанализа не существовало ни в Египте с Индией, ни в Европе вплоть до 1400 года. Была только криптография.

Первыми открыли и описали методы криптоанализа арабы. Этот народ в те времена создал одну из самых развитых цивилизаций, которую когда-либо знала история. Арабская наука процветала. Медицина и математика у арабов стали самыми лучшими в мире. Распространились ремесла. Мощная созидательная энергия арабской культуры, которую ислам лишил живописи и скульптуры, дала плоды на ниве литературы. Получило широкое распространение составление словесных загадок, ребусов и каламбуров. Грамматика являлась главным учебным предметом и включала в себя тайнопись.

Интерес к криптографии у арабов проявился рано. В 855 году арабский ученый по имени Абу Бакр Ахмед бен-Али бен-Вахшия ан-Набати включил несколько классических шифроалфавитов в свою «Книгу о большом стремлении человека разгадать загадки древней письменности». Один такой шифроалфавит, называвшийся «дауди» (по имени израильского царя Давида), использовался для зашифрования трактатов по черной магии. Он был составлен из видоизмененных букв древнееврейского алфавита. Другой — сохранился до более позднего времени: в 1775 г. он был использован в письме шпиона, направленном регенту Алжира.

Познания арабов в области криптологии были подробно изложены в произведении Шехаба Калкашанди, которое представляет собой громадную 14-томную энциклопедию, написанную в 1412 году для того, чтобы дать систематический обзор всех важных областей знания. Раздел под общим заголовком «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений» содержал две части: одна касалась символических действий и намеков, а другая была посвящена симпатическим чернилам и криптологии. Первый раз за всю историю шифров в энциклопедии приводился список как систем перестановки, так и систем замены. Более того, в пятом пункте списка впервые упоминался шифр, для которого была характерна более чем одна замена букв открытого текста. Однако каким бы замечательным и важным этот факт ни был, он затмевается первым в истории описанием криптоаналитического исследования шифротекста.

Его истоки, очевидно, следует искать в интенсивном и скрупулезном изучении Корана многочисленными школами арабских грамматиков. Наряду с другими исследованиями они занимались подсчетом частоты встречаемости слов, пытаясь составить хронологию глав Корана, изучали фонетику слов, чтобы установить, являлись ли они подлинно арабскими или были заимствованы из других языков. Большую роль в обнаружении лингвистических закономерностей, приведших к возникновению криптоанализа у арабов, сыграло также развитие лексикографии. Ведь при составлении словарей авторам фактически приходилось учитывать частоту встречаемости букв, а также то, какие буквы могут стоять рядом, а какие никогда не встречаются по соседству.

Калкашанди начинает изложение криптоаналитических методов с главного: криптоаналитик должен знать язык, на котором написана криптограмма. Поскольку арабский язык, «самый благородный и самый прекрасный из всех языков», является «одним из наиболее распространенных», далее дается пространное описание его лингвистических характеристик. Кроме того, указываются перечни букв, которые никогда не стоят вместе в одном слове, и букв, редко появляющихся по соседству, а также буквенные комбинации, которые в словах встретить невозможно. Последним идет список букв в порядке «частоты их использования в арабском языке в свете результатов изучения священного Корана». Калкашанди даже отмечает, что «в произведениях, не связанных с Кораном, частота использования может быть иной». Далее он продолжает:

«Если вы хотите прочесть сообщение, которое вы получили в зашифрованном виде, то прежде всего начните подсчет букв, а затем сосчитайте, сколько раз повторяется каждый знак, и подведите итог в каждом отдельном случае. Если изобретатель шифра был очень внимателен и скрыл в сообщении все границы между словами, то первая задача, которая должна быть решена, заключается в нахождении знака, разделяющего слова. Это делается так: вы берете букву и работаете, исходя из предположения, что следующая буква является знаком, делящим слова. И таким образом вы изучаете все сообщение с учетом различных комбинаций букв, из которых могут быть составлены слова... Если получается, тогда все в порядке; если нет, то вы берете следующую по счету букву и т. д., пока вы не сможете установить знак раздела между словами. Затем нужно найти, какие буквы чаще всего встречаются в сообщении, и сравнить их с образцом частоты встречаемости букв, о котором упоминалось прежде. Когда вы увидите, что одна буква попадается чаще других в данном сообщении, вы предполагаете, что это буква «алиф». Затем вы предполагаете, что следующая по частоте встречаемости будет буквой «лам». Точность вашего предположения должна подтверждаться тем фактом, что в большинстве контекстов буква «лам» следует за буквой «алиф»... Затем первые слова, которые вы попытаетесь разгадать в сообщении, должны состоять из двух букв. Это делается путем оценки наиболее вероятных комбинаций букв до тех пор, пока вы не убедитесь в том, что вы стоите на правильном пути. Тогда вы глядите на их знаки и выписываете их эквиваленты всякий раз, когда они попадаются в сообщении. Нужно применять точно такой же принцип по отношению к трехбуквенным словам этого сообщения, пока вы не убедитесь, что вы на что-то напали. Вы выписываете эквиваленты из всего сообщения. Этот же принцип применяется по отношению к словам, состоящим из четырех и пяти букв, причем метод работы прежний. Всякий раз, когда возникает какое-либо сомнение, нужно высказать два-три предположения или еще больше и выписать каждое из них, пока оно не подтвердится на основании другого слова».

Дав это четкое разъяснение, Калкашанди приводит пример вскрытия шифра. Дешифруемая криптограмма состоит из двух стихотворных строк, зашифрованных с помощью условных символов. В заключение Калкашанди отмечает, что восемь букв не было использовано и что это как раз те самые буквы, которые стоят в конце перечня, составленного по частоте встречаемости. Он отмечает: «Однако это простая случайность: буква может быть поставлена не на то место, которое она должна занимать в вышеупомянутом перечне». Такое замечание свидетельствует о наличии большого опыта в области криптоанализа. Чтобы расставить все точки над «i», Калкашанди приводит второй пример криптоанализа довольно длинной криптограммы. Этим примером он и заканчивает раздел о криптологии.

История умалчивает о том, в какой степени арабы использовали свои блестящие криптоаналитические способности, продемонстрированные Калкашанди, для вскрытия военных и дипломатических криптограмм или какое воздействие это оказало на мусульманскую историю. Однако совершенно ясно, что вскоре эти познания перестали применяться на практике и были забыты. Один эпизод, произошедший почти 300 лет спустя, ярко показывает произошедшую деградацию.

В 1600 году марокканский султан Ахмед аль-Мансур направил к английской королеве Елизавете I посольство во главе с доверенным человеком — министром Абдель Вахид ибн Масуд ибн Мухаммед Ануном. Посольство должно было заключить с Англией союз, направленный против Испании. Анун отправил на родину зашифрованную простой заменой депешу, которая вскоре после этого каким-то образом попала в руки одного араба. Араб тот был, возможно, умным человеком, но, к сожалению, он ничего не знал о великом арабском наследии в области криптоанализа. Свидетельством тому — памятная записка, в которой он написал:

«Хвала Аллаху! Относительно письма министра Абдель Вахид ибн Масуд ибн Мухаммед Ануна.

Я нашел письмо, написанное его рукой, в котором он с помощью тайных знаков изложил некоторые сведения, предназначенные для нашего покровителя Ахмеда аль-Мансура. Эти сведения касаются султанши христиан (да покарает их Аллах!), которая жила в стране под названием Лондон... С того момента, как это письмо попало ко мне, я постоянно время от времени изучал содержавшиеся в нем знаки. Прошло примерно 15 лет, пока не наступило то время, когда Аллах позволил мне понять эти знаки, хотя никто не обучал меня этому...».