Американская криптология

3. Использование стойкого криптоалгоритма для шифрования сообщений. Даже если они будут перехвачены, их содержимое не удастся прочитать контрразведке.

4. Устройства должны быть портативными и совместимыми с различными компьютерными аппаратными платформами.

5. Преемственность предыдущих и новейших технических решений с оптимальной гибкостью, что позволяет при наличии будущих улучшений безопасности читать сообщения старых систем скрытой связи.

11. Асимметричная криптология

Научные основы криптологии существенно расширили две научных работы, написанной в послевоенные годы прошлого века, а именно: статья американца Клода Элвуда Шеннона (Claude Shannon) «Теория связи в секретных системах» (англ. Communication Theory of Secrecy Systems) и статья советского учёного Владимира Котельникова «Основные положения автоматической шифровки». Эти статьи полностью уничтожили радужные надежды и предубеждения, развеяли мифы и разрушили вековые легенды, а также сняли с криптологии «покров» тайны.

Талантливый инженер Шеннон в 1941 году начал работать в математическом отделении научно-исследовательского центра «Бэл Лэбораториз» (англ. Bell Laboratories — лаборатории Бэлла), сосредоточенного преимущественно на проблемах военных коммуникационных систем и криптографии. Напряженная работа в этой сфере за годы войны дала самые богатые плоды в мирное время.

В 1948 году он опубликовал свой эпохальный труд «Математическая теория связи». Цель этой работы была практической — как улучшить передачу информации телеграфным или телефонным каналом, который находится под воздействием электрических шумов. При решении этой задачи у Шеннона родился поистине революционный труд, который положил начало целой науке под названием «теория информации».

Следующая эпохальная работа Клода Шеннона «Теория связи в секретных системах» появилась практически одновременно с «теорией информации» и была обнародована в 1949 году. По некоторым причинам она не получила такой же широкий резонанс, поскольку явно опережала свое время сразу на несколько десятилетий. В действительности данная статья представляла собой немного переделанный отчет, подготовленный Шенноном еще в 1945 году.

Мировое значение этого труда заключается в том, что теперь вся история криптологии от античности до настоящего разделяется на два периода: до 1949 года, когда «тайнопись» считалась шаманством, оккультизмом и видом искусства, и после 1949 года, когда криптология стала полноценной прикладной наукой на базе фундаментальной математической теории.

Шеннон доказал, что предложенный Вернамом в 1917 году метод шифрования с применением случайной комбинации знаков (гаммы), объединенный с одноразовым шифрблокнотом, был единственной абсолютно стойкой системой шифрования при условии, что длина ключа равнялась длине самого сообщения. В своей статье он выделил 2 основных принципа, которые используются в шифрах: рассеивание и перемешивание.

Рассеивание — это распространение влияния одного знака открытого текста (или, что более важно, одного знака ключа) на многие знаки шифротекста, что позволяет спрятать статистические особенности текста и, в свою очередь, усложнить восстановление ключа.

Перемешиванием Шеннон назвал использование таких шифрующих превращений, которые осложняют восстановление взаимосвязи между открытым текстом и шифротекстом. Основной идеей его была суперпозиция простых шифров, которые реализуют рассеивание и перемешивание, каждое из которых давало малый прирост сложности дешифровки, но в совокупности можно было получить достаточно стойкую систему.

Подобная суперпозиция называется составленным шифром. В практических составленных шифрах чаще всего используются перестановки (перемешивание символов открытого текста) и подстановки (замена символа или группы символов другим символом того же алфавита), при этом конкретный алгоритм перестановки и подстановки определяется только секретным ключом.

Основным результатом упомянутой работы было то, что Шеннон ввёл понятие стойкости шифра и показал, что существует шифр, который обеспечивает абсолютную секретность. Другими словами, знание шифротекста не позволяет противнику улучшить оценку соответствующего открытого текста. Им, как уже сказано выше, может быть, например, шифр Виженера при условии использования бесконечно длинного ключевого слова и случайного распределения символов в этом слове.

Очевидно, что практическая реализация такого шифра (бесконечная случайная лента) невозможна (точнее, в большинстве случаев — экономически невыгодна), поэтому обычно рассматривают практическую стойкость шифра, которая измеряется числом элементарных операций, необходимым на его раскрытие. Эта оценка в последнее время используется более часто, чем оценка времени, поскольку стремительное развитие вычислительной техники делает оценку времени более некорректной.