„Tratat de Cifre” ( 1466 ) - una dintre primele cărți din Europa dedicate criptoanalizei , scrisă de Leon Battista Alberti - un om de știință, umanist , scriitor italian, unul dintre inițiatorii noii arhitecturi europene și un teoretician important al artei Renașterii . Prin munca sa, el a adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea criptografiei, propunând ideea unui cifru polialfabetic și a inventat un dispozitiv care implementează un cifr de substituție polialfabetică, numit disc Alberti.
În secolul al XV-lea în Europa de Vest, primatul în dezvoltarea economică și politică aparține statelor italiene. Curia papală continuă să joace cel mai mare rol în viața politică. Pentru a-și consolida pozițiile și a dezvolta proiecte secrete, Vaticanul are nevoie de ajutorul criptologiei (ascunde-ți planurile, dezvăluie cărțile adversarului tău). În acest sens, începe nu numai utilizarea activă a metodelor de criptografie și criptoanaliza, ci și crearea fundamentelor teoretice ale criptologiei.
Cei mai capabili oameni din orașele italiene și-au oferit serviciile Vaticanului, ceea ce a făcut posibilă complicarea și îmbunătățirea metodelor.
Tratatul unui reprezentant marcant al Renașterii italiene, Leon Battista Alberti, dedicat subiectului în discuție, poate fi considerat prima sursă din istorie pentru studiul noilor abordări ale criptografiei.
Alberti este primul reprezentant al ideilor noi în acest domeniu. Este cunoscut pe scară largă ca un reprezentant strălucit al Renașterii italiene, gama de interese ale sale este foarte extinsă. A slujit mai bine de 30 de ani în biroul papal, ceea ce l-a făcut să se intereseze de criptografie. Printre lucrările sale se numără tratatul „Despre principiile cifrelor”. Manuscrisul este păstrat în arhivele Vaticanului. A fost realizată o traducere în engleză, italiană a acestei lucrări. Împreună cu cartea prezentată la expoziția de la Mantua , dedicată aniversării a 590 de ani de la nașterea lui Alberti, a fost lansat în decembrie 1994 un CD care conține o introducere istorică, textul a 12 manuscrise supraviețuitoare ale operei și traducerile acesteia în diferite limbi.
Lucrarea a fost scrisă la cererea prietenului lui Alberti, Leonardo Data, secretarul Papei. Alberti a inclus în lucrarea sa nu doar o descriere a principiilor generale ale criptării și criptoanalizei, niște cifruri specifice, ci și o nouă metodă de criptare pe care a inventat-o. De asemenea, a inclus în carte o scurtă discuție despre steganografie (steganografia este un set de mijloace și metode de a ascunde faptul transmiterii informației).
Deci, tratatul conține atât informații despre criptografie, cât și despre criptologie. Alberti însuși nu împărtășea strict aceste concepte. Cu toate acestea, chiar la începutul cărții, el descrie cercetări nu atât de importante pentru criptare, cât și pentru criptoanaliza. Vorbim despre frecvența diferitelor vocale și consoane ale limbii latine , precum și despre frecvența bigramelor și poziția vocalelor și consoanelor limbii latine. Alberti a notat că în orice carte latină raportul dintre vocale și consoane ar fi de 300 la 100.
La fel de puțin mulțumit cu descrierea cifrurilor de substituție simplă, Alberti dă recomandări cu privire la compilarea cifrurilor de substituție proporțională. În ele, pentru a înlocui cele mai frecvente vocale, el recomandă să se folosească nu una, ci mai multe litere sau alte simboluri diferite unele de altele, care ar trebui să alterneze în cifr.
Alberti dă și câteva recomandări pentru utilizarea eficientă a acestui sistem (simplificarea ortografiei, folosirea „spațiilor” – simboluri care nu înseamnă nimic).
Alberti a descris un alt sistem, care este o combinație de cifre și coduri, în care silabele individuale, cuvintele și propozițiile cu text simplu sunt înlocuite cu litere. De asemenea, a apelat la sisteme de criptare mai simple asociate cu permutarea literelor.
Alberti mai menționează și metodele steganografiei (folosirea laptelui, a cepei și a sării, care pot fi folosite pentru a scrie text care apare sub influența apei și a căldurii.
În cele din urmă, Alberti oferă propriul cifru.
„Discul Alberti” era format din două discuri - un disc fix extern (avea litere latine în ordine alfabetică și numerele 1, 2, 3, 4) și un disc mobil intern pe care literele erau rearanjate. Discurile erau montate pe o singură axă, astfel încât cea interioară să se poată roti. Circumferința fiecărui disc este împărțită în 24 de celule egale. Alunecarea alfabetelor este controlată de literele cheie incluse în corpul criptogramei. Pentru a descifra un mesaj scris folosind discurile Alberti, trebuia să ai alfabetul corespunzător pe discul tău intern.
Principiul construirii acestui cifru este următorul: pentru criptare, nu unul, ca într-o simplă înlocuire, ci se folosesc mai multe alfabete de cifr. Procesul de criptare a constat în găsirea unei litere de text simplu pe unitatea externă și înlocuirea acesteia cu litera de pe unitatea internă de sub ea. După aceea, discul interior a fost deplasat cu o poziție, iar a doua literă a fost criptată folosind noul alfabet cifru.
Cheia acestui cifr a fost ordinea literelor de pe discul interior și poziția sa inițială față de discul exterior. O altă invenție a lui Alberti au fost codurile, el a propus să înlocuiască silabe, cuvinte și propoziții întregi cu combinații ordonate de două, trei și patru cifre (sunt în total 336 de astfel de combinații). După aceea, numerele au fost recipherate printr-o substituție polialfabetică. După cum puteți vedea, discul este un dispozitiv mecanic pentru înlocuire simplă. Invenția unui astfel de dispozitiv nu explică încă de ce Alberti este recunoscut ca părintele criptologiei vest-europene. Principalul merit al lui Alberti este utilizarea nu a unuia, ci a mai multor alfabete, ceea ce face dificilă analiza frecvenței. Alberti a sugerat trecerea de la un alfabet la altul la fiecare 3-4 cuvinte. Acest lucru se face prin rotirea discului interior într-o direcție sau alta printr-un anumit număr de diviziuni. O literă mare a servit drept semnal pentru o astfel de comutare. Fără acest motiv, majusculele din text nu aveau unde să fie. La început, Alberti a folosit două alfabete, apoi mai multe. Astfel, Alberti a fost unul dintre primii care a prezentat ideea „dublei criptări” - textul obținut ca urmare a primei criptări a fost supus re-criptării cu un alt cifr. Ideile lui Alberti au fost folosite în crearea mașinilor de criptare în prima jumătate a secolului al XX-lea , unele dintre ele au fost folosite în diferite țări până în anii 1980.
Cifrul Alberti nu este periodic. În secolul al XVI-lea, Giovanni Battista della Porta a folosit un sistem de cuvinte cheie pentru a implementa un cifr care poate fi văzut ca o variație a cifrului Alberti. Un cuvânt cheie este folosit pentru a forma o permutare a unui alfabet, un alt cuvânt cheie este folosit pentru a defini o secvență pentru mai multe alfabete. Această tehnică, care a fost numită „cifr dublu” a fost descrisă mai precis ca polialfabetică. Tehnica de permutare Port s-a bazat pe un tabel bidimensional, de exemplu, iată o variantă a tabelului Port bazat pe un alfabet de 26 de caractere:
Echivalentul unității externe: abcdefghijklmnopqrstu vwxyz 0 ALBERTICPHDFGHJKMNOSU VWXYZ 1 ZALBERTICPHDFGHJKMNOS UVWXY N 2 YZALBERTICPHDFGHJKMNO SUVWX u 3 XYZALBERTICPHDFGHJKMN OSUVW m 4 WXYZALBERTICPHDFGHJKM NOSUV b 5 VWXYZALBERTICPHDFGHJK MNOSU e 6 UVWXYZALBERTICPHDFGHJ KMNOS r 7 SUVWXYZALBERTICPHDFGH JKMNO 8 OSUVWXYZALBERTICPHDFG HJKMN o 9 NOSUVWXYZALBERTICPHDF GHJKM f 10 MNOSUVWXYZALBERTICPHD FGHJK 11 KMNOSUVWXYZALBERTICPH DFGHJ S 12 JKMNOSUVWXYZALBERTICP HDFGH h 13 HJKMNOSUVWXYZALBERTIC PHDFG i 14 GHJKMNOSUVWXYZALBERTI CPHDF f 15 FGHJKMNOSUVWXYZALBERT ICPHD t 16 DFGHJKMNOSUVWXYZALBER TICPH s 17 HDFGHJKMNOSUVWXYZALBE RTICP 18 PHDFGHJKMNOSUVWXYZALB ERTIC 19 CPHDFGHJKMNOSUVWXYZAL BERTI 20 ICPHDFGHJKMNOSUVWXYZA LBERT 21 TICPHDFGHJKMNOSUVWXYZ ALBER 22 RTICPHDFGHJKMNOSUVWXY ZALBE 23 ERTICPHDFGHJKMNOSUVWX YZALB 24 BERTICPHDFGHJKMNOSUVW XYZAL 25 LBERTICPHDFGHJKMNOSUV WXYZA
În acest caz, literele mari se potrivesc cu alfabetul randomizat al discului intern, folosim ALBERTICIPHER ca cuvânt cheie pentru a forma alfabetul. Literele majuscule corespund unității exterioare, iar numerele de pe colț reprezintă indici ai mai multor alfabete, al doilea cuvânt cheie este folosit pentru a desemna succesiunea de indici folosită pentru a selecta rândurile din tabel. Pentru un cifr precum Porta, cheia de criptare va consta din permutarea dată în primul rând al tabelului plus deplasarea care urmează după fiecare literă a textului. Fiecare nouă valoare de schimbare în metoda Port sau fiecare „cuvânt” nou din al doilea cuvânt cheie înseamnă un nou alfabet de text cifrat.
Descoperirea unei noi clase de cifruri - cifrurile de substituție polialfabetică - ar putea avea o importanță deosebită pentru îmbunătățirea metodelor criptografice, dar lucrarea lui Alberti nu a fost utilizată pe scară largă. Singurul scriitor non-italian al secolului al XVI-lea care a menționat tratatul lui Alberti în lucrarea sa a fost diplomatul francez Blaise de Vigenère . Informațiile conform cărora Alberti a creat cu adevărat un astfel de tratat păreau să se piardă până în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, când cercetătorul englez R. Brown a stabilit, pe baza unui studiu al manuscriselor arhivelor venețiene, că Alberti a inventat într-adevăr o nouă criptare. sistem.
Ca exemplu al acestui cifru, să criptăm mesajul „acesta este un test al Alberti” folosind tabelul de mai sus.
Să începem prin a scrie al doilea cuvânt cheie, CATWALK, în mod repetat sub text.
acesta este un test al lui Alberti CATW AL K CATW AL KCATWALAcum înlocuiți literele cuvântului cheie cu echivalentul lor numeric, unde A = 0, B = 1, C = 2 etc.
t--h--i--s i--sa t--e--s--t o--f a--l--b--e--r--t--i 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11Următorul caracter corespunzător coordonatelor este determinat de natura textului și de valoarea indexului, (adică (t, 2) = N, (h, 0) = C etc.)
acesta este un test al lui Alberti NCKW PC M NRZX JU MHLFVSXMesajul a fost schimbat dincolo de recunoaștere. De asemenea, trebuie remarcat faptul că analiza frecvenței este lipsită de sens deoarece, fără literele corespunzătoare h, s, t și i, ambele au fost traduse în literele corespunzătoare C și respectiv X.
Pentru a descifra mesajul secret, notați caracterele criptate și schimburile lor corespunzătoare.
N--C--K--W P--CM N--R--Z--X J--U M--H--L--F--V--S--X c--a--t--w a--lk c--a--t--w a--l k--c--a--t--w--a--l 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11Acum vă puteți uita la caracterele din tabelul de mai sus pentru a obține mesajul original.
acesta este un test al lui AlbertiÎn comparație cu cifrurile anterioare ale vremii, cifrul Alberti era imposibil de descifrat fără cunoașterea metodei. Acest lucru se datorează faptului că distribuția frecvenței și analiza frecvenței - singura modalitate cunoscută de a ataca cifrurile la acea vreme - nu au ajutat.
Ar trebui analizate încă două trăsături ale raționamentului lui Alberti despre criptografie.
În primul rând, considerând că este de datoria lui să menționeze steganografia, Alberti manifestă mult mai puțin interes față de ea decât în considerarea diferitelor metode criptografice. I se atrage atenția asupra analizei și dezvoltării metodelor criptografice care necesită, mai presus de toate, mișcarea minții umane. Cu toate acestea, acest lucru a fost oarecum înaintea timpului său, așa că ideea de criptare s-a reflectat într-o formă vizuală precum utilizarea discurilor cu plăci de cupru.
În al doilea rând, a devenit posibil să se creeze un sistem de criptare fundamental nou. Acest lucru se datorează faptului că, pentru prima dată, baza pentru îmbunătățirea metodelor a fost utilizarea cunoștințelor matematice, în special, a unor prevederi de combinatorie.
Deci, contribuția lui Alberti la dezvoltarea criptologiei poate fi considerată semnificativă nu numai pentru crearea condițiilor preliminare pentru utilizarea activă a criptografiei pentru a asigura securitatea corespondenței secrete papale, ci și pentru formarea teoriei criptografiei în epoca modernă timpurie.