Европейская криптология. История спецсвязи

Но и эти не очень стойкие шифры использовались с серьёзными ошибками. Ключи не менялись длительное время, в шифротекстах сохранялась разбивка на слова (в соответствии с открытым текстом), использовались стандартные обращения и подписи, значительная часть сообщения не шифровалась (считалась несекретной) и тому подобное. Все это, безусловно, облегчало дешифровку. Кроме того, в экстренных случаях тайные сообщения вообще не шифровались и в открытом виде попадали к противнику.

При Наполеоне также не были изобретены новые специальные шифры. Французская армия пользовалась известными на то время способами шифровки. Поэтому противники Наполеона достигли достаточно серьёзных успехов в дешифровке его переписки. До 1811 года французы для передачи сообщений использовали простые шифры, которые получили популярность как «petits chiffres». Они были рукописными и расшифровывались в спешке на поле боя. Как правило, это были короткие сообщения, инструкции или приказы, зашифрованные кодом на основе 50 величин.

В конце 1811 года новые таблицы кодов были разосланы из Парижа всем ведущим французским военным. Они были основаны на дипломатическом коде середины XVIII века, и в них использовалось 1400 кодовеличин. Такие таблицы отправлялись вместе с инструкциями по их использованию, направленными на устранение некоторых недостатков в использовании шифров.

Например, в конце сообщения рекомендовалось приписывать цифры — «пустышки», лишенные всякого содержания. Это было сделано для того, чтобы затруднить работу дешифровщика, поскольку была высокая вероятность наличия в конце сообщения стандартных фраз, которыми обычно заканчивалась корреспонденция (например, звание и фамилия лица, которое отправило документ). Знание открытого и шифрованного текстов, понятно, облегчало дешифровку.

В конце XIX века криптология начала обретать черты точной науки, а не только искусства, как это было ранее, её начинают изучать в военных академиях. Здесь следует отметить роль французской военной академии Сен-Сир, где к этому времени был разработан свой собственный военно-полевой шифр, получивший название «Линейка Сен-Сира». Линейка представляла собой длинный кусок картона с напечатанными на нём буквами алфавита. Эта последовательность букв называлась «неподвижной шкалой». Снизу, под неподвижной шкалой, в линейке были сделаны вырезы, через которые легко передвигался «движок» — узкая полоска из картона с нанесённым на него (с двойным повторением) тем же алфавитом.

Шифрование осуществлялось так: полоска («движок») перемещалась в положение, при котором буква ключа-лозунга оказывалась под буквой «А» неподвижной шкалы. Получалась простая замена первой буквы открытого текста (буквы «движка» образовывали нижнюю строку подстановки-замены). При шифровании второй буквы открытого текста вторая буква ключа-лозунга путём передвижения «движка» оказывалась под буквой «А» неподвижной шкалы и т. д. Лозунг повторялся периодически по шифруемым буквам открытого текста.

Таким образом, линейка Сен-Сира была простым механическим воплощением шифра Виженера. Она позволила существенно повысить эффективность труда шифровальщика, облегчить алгоритм реализации шифра Виженера. Именно в этой механизации процессов шифрования и дешифровки заключается вклад авторов линейки в практическую криптологию.

Развитием идеи линейки Сен-Сира стало произвольное расположение букв алфавита на «движке». Секретное (ключевое) расположение этих букв существенно усилило криптостойкость шифра. Однако основная слабость — короткопериодическое продолжение ключа-лозунга сохранилось, что и определило последующие успехи криптоаналитиков.

В завершении исторического эпизода с линейкой Сен-Сира отметим, что она была самой простой технологической реализацией диска Альберти. Реализация шифра Виженера на уровне картонных полосок была значительно более «дешёвой», чем создание оригинальных устройств типа дискового шифратора Альберти. Поэтому «линейка» получила достаточно широкое применение.

В конце XIX века премьер-министр Франции Леон Мишель Гамбета (1838-82) предложил вообще отказаться от применения приборов шифрования и заменить их простыми алгебраическими операциями. Буквы текста и лозунга заменялись на числа (в соответствии с порядком их расположения в алфавите), а затем складывались между собой, порождая шифротекст (добавление ведется по модулю, равному мощности алфавита). Именем Гамбеты был назван основной современный элемент шифрования — «гамма» шифра.

В 1888 году офицер французской армии маркиз де Виари стал первым после Бэбиджа, который предложил использовать алгебраические уравнения для описания процессов шифрования, в частности, шифра Виженера. В одной из своих научных статей, посвященных криптологии, он обозначил греческой буквой «X» любую букву шифрованного текста, греческой буквой «Г» любую букву «гаммы» и буквой «С» любую букву открытого текста.

По сути, он доказал, что алгебраическая формула X=(С+Г)mod26 воспроизводит процесс шифрования по системе Виженера при замене букв алфавита числами (см. таблицу).