Как зашифровать послание в тексте
Криптография и защищённая связь: история первых шифров
Криптография и шифрование тысячи лет используются людьми для защиты своих секретов. С некоторой долей условности эту историю можно начать с Древнего Египта.
Древний Египет
Самый древний текст с элементами криптографии найден в гробнице древнеегипетского вельможи Хнумхотепа II, наследного князя и номарха города Менат-Хуфу, жившего почти 4000 лет назад. Где-то около 1900 г до н.э. писарь Хнумхотепа описывал жизнь своего господина в его гробнице. Среди иероглифов он использовал несколько необычных символов, которые скрывают прямое значение текста. Такой метод шифрования фактически представляет собой шифр подстановки, когда элементы исходного текста заменяются другими элементами по определённым правилам.
Символы из гробницы Хнумхотепа II и их расшифровка
По мере развития египетской культуры замены иероглифов встречались всё чаще. Есть разные версии, почему египтяне использовали такую систему шифрования. По одной версии, они хотели охранить свои религиозные ритуалы от обычных людей. По другой версии, таким образом писцы придавали тексту некий формальный вид, как в наше время юристы используют специфические выражения для замены обычных слов. Как и сейчас, египетская криптография тоже могла быть способом писца впечатлить других людей — показать, что он может изъясняться на более высоком уровне, чем они.
Древняя Греция
Примерно в 500 г до н.э. спартанцы разработали устройство под названием скитала, созданное для отправки и получения секретных сообщений. Оно представляло собой цилиндр, обёрнутый по спирали узкой полоской пергамента. Послание писалось вдоль скиталы, но если полоску развернуть, оно становилось нечитаемым. Для прочтения текста требовалась скитала такого же диаметра. Только в этом случае буквы становились в ряд, чтобы восстановить оригинальное сообщение.
Пример скиталы
Скитала является примером перестановочного шифра, в котором элементы исходного текста меняют местами, а не заменяют другими символами. По современным стандартам скиталу было бы очень просто взломать, но 2500 лет назад очень мало людей умели читать и писать. Скитала обеспечила спартанцам защищённую связь.
Древний Рим
Самый ранний известный способ военного применения криптографии принадлежит Юлию Цезарю. Около 2000 лет назад Цезарь, будучи полководцем римской армии, решил проблему безопасных коммуникаций со своими полками. Проблема была в том, что гонцы с секретными военными сообщениями часто перехватывались неприятелем. Цезарь разработал шифр подстановки, в котором заменял одни буквы другими. Только тот, кто знал таблицу подстановки, мог расшифровать секретное сообщение. Теперь, даже если гонец попадёт в руки врага, шифровки не будут рассекречены. Это дало римлянам огромное преимущество в войне.
Пример шифра подстановки
В отличие от примера на этой иллюстрации, Цезарь обычно просто сдвигал буквы на некое определённое число. Это число было шифровальным ключом для его алгоритма. Случайный порядок замены символов обеспечивает гораздо лучшую безопасность благодаря большему количеству возможных таблиц замены.
Шифр Альберти-Виженера
В середине 15 века итальянский учёный, архитектор, скульптор, художник и математик Леон Батиста Альберти изобрёл систему шифрования на основе шифровального диска. Это было механическое устройство со скользящими дисками, которые допускали много разных методов подстановки символов. Это базовая концепция многоалфавитного шифра, в котором метод шифрования меняется непосредственно в процессе шифрования. В своей книге «Взломщики кодов» Дэвид Кан называет Альберти «отцом западной криптографии». Альберти никогда не реализовал свою концепцию шифровального диска, она осталась только на бумаге.
В 16 веке французский дипломат Блез Виженер на основе концепции многоалфавитного шифра Альберти создал шифр, который получил название шифра Виженера. Он работает точно как система Цезаря за исключением того, что ключ меняется в процессе шифрования. В шифре Виженера применяется решётка из букв, которая задаёт метод подстановки. Её называют квадратом Виженера или таблицей Виженера. Решётка состоит из 26 строк алфавита со смещением на один символ друг относительно друга.
Метод смены одного ключа на другой следует простому шаблону. В качестве ключа шифрования выбирается специальное секретное слово. Каждый символ в исходном тексте заменяется с использованием таблицы. Чтобы определить, на какую букву нужно заменить первый символ, мы совмещаем первый символ исходного текста (по одной оси) с первым символом секретного слова (по другой оси). Метод повторяется для второй и каждой последующей букв, секретное слово используется многократно, пока не закончатся символы в исходном тексте.
Предположим, что нужно зашифровать такую фразу:
Отправитель послания выбирает секретное слово и повторяет его до окончания исходного текста. Например, LEMON.
Для зашифровки первого символа нужно совместить строку A со столбцом L (в результате получается L), для шифрования второго символа — строку T со столбцом E (в результате получается X) и так далее. Вот как выглядит результат:
Расшифровка выполняется таким же способом: буква в тексте послания (диагональные строки таблицы) совмещается с буквой секретного слова в столбцах или строках таблицы.
Дисковый шифр Джефферсона
В конце 18 века Томас Джефферсон придумал шифровальную систему, очень похожую на шифр Виженера, но с лучшей защитой. Его шифратор состоял из 26 дисков с буквами алфавита, случайно размещёнными на каждом. Диски были пронумерованы и установлены на цилиндр в определённом порядке. Ключом является порядок дисков на оси.
Дисковый шифр Джефферсона
Чтобы зашифровать сообщение, нужно составить исходный текст в одной из строк цилиндра. Зашифрованным текстом будет любая другая строка. Получатель сообщения должен расположить диски в правильном порядке, после чего составить строку зашифрованного текста на цилиндре. Затем быстрый визуальный осмотр цилиндра сразу выявит текст исходного сообщения. Практически нулевая вероятность, что в строках цилиндра появится два не лишённых смысла сообщения.
Как и Альберти, Джефферсон никогда не использовал свою систему шифрования. В начале 20 века шифровальщики американской армии придумали заново цилиндр Джефферсона, ничего не зная об этом изобретении. Джефферсон опередил своё время более чем на сто лет. Армия США использовала такую систему шифрования с 1923 по 1942 годы.
10 популярных кодов и шифров
Авторизуйтесь
10 популярных кодов и шифров
Коды и шифры — не одно и то же: в коде каждое слово заменяется другим, в то время как в шифре заменяются все символы сообщения.
В данной статье мы рассмотрим наиболее популярные способы шифрования, а следующим шагом будет изучение основ криптографии.
Стандартные шифры
Этот шифр известен многим детям. Ключ прост: каждая буква заменяется на следующую за ней в алфавите. Так, А заменяется на Б, Б — на В, и т. д. Фраза «Уйрйшоьк Рспдсбннйту» — это «Типичный Программист».
Попробуйте расшифровать сообщение:
Сумели? Напишите в комментариях, что у вас получилось.
Шифр транспонирования
В транспозиционном шифре буквы переставляются по заранее определённому правилу. Например, если каждое слово пишется задом наперед, то из hello world получается dlrow olleh. Другой пример — менять местами каждые две буквы. Таким образом, предыдущее сообщение станет eh ll wo ro dl.
Ещё можно использовать столбчатый шифр транспонирования, в котором каждый символ написан горизонтально с заданной шириной алфавита, а шифр создаётся из символов по вертикали. Пример:
Из этого способа мы получим шифр holewdlo lr. А вот столбчатая транспозиция, реализованная программно:
Азбука Морзе
В азбуке Морзе каждая буква алфавита, цифры и наиболее важные знаки препинания имеют свой код, состоящий из череды коротких и длинных сигналов: 
Чаще всего это шифрование передаётся световыми или звуковыми сигналами.
Сможете расшифровать сообщение, используя картинку?
Шифр Цезаря
Это не один шифр, а целых 26, использующих один принцип. Так, ROT1 — лишь один из вариантов шифра Цезаря. Получателю нужно просто сообщить, какой шаг использовался при шифровании: если ROT2, тогда А заменяется на В, Б на Г и т. д.
А здесь использован шифр Цезаря с шагом 5:
Моноалфавитная замена
Коды и шифры также делятся на подгруппы. Например, ROT1, азбука Морзе, шифр Цезаря относятся к моноалфавитной замене: каждая буква заменяется на одну и только одну букву или символ. Такие шифры очень легко расшифровываются с помощью частотного анализа.
Например, наиболее часто встречающаяся буква в английском алфавите — «E». Таким образом, в тексте, зашифрованном моноалфавитным шрифтом, наиболее часто встречающейся буквой будет буква, соответствующая «E». Вторая наиболее часто встречающаяся буква — это «T», а третья — «А».
Однако этот принцип работает только для длинных сообщений. Короткие просто не содержат в себе достаточно слов.
Шифр Виженера
Представим, что есть таблица по типу той, что на картинке, и ключевое слово «CHAIR». Шифр Виженера использует принцип шифра Цезаря, только каждая буква меняется в соответствии с кодовым словом.
В нашем случае первая буква послания будет зашифрована согласно шифровальному алфавиту для первой буквы кодового слова «С», вторая буква — для «H», etc. Если послание длиннее кодового слова, то для (k*n+1)-ой буквы, где n — длина кодового слова, вновь будет использован алфавит для первой буквы кодового слова.
Чтобы расшифровать шифр Виженера, для начала угадывают длину кодового слова и применяют частотный анализ к каждой n-ной букве послания.
Попробуйте расшифровать эту фразу самостоятельно:
Подсказка длина кодового слова — 4.
Шифр Энигмы
Энигма — это машина, которая использовалась нацистами во времена Второй Мировой для шифрования сообщений.
Есть несколько колёс и клавиатура. На экране оператору показывалась буква, которой шифровалась соответствующая буква на клавиатуре. То, какой будет зашифрованная буква, зависело от начальной конфигурации колес.
Существовало более ста триллионов возможных комбинаций колёс, и со временем набора текста колеса сдвигались сами, так что шифр менялся на протяжении всего сообщения.
Цифровые шифры
В отличие от шифровки текста алфавитом и символами, здесь используются цифры. Рассказываем о способах и о том, как расшифровать цифровой код.
Двоичный код
Текстовые данные вполне можно хранить и передавать в двоичном коде. В этом случае по таблице символов (чаще всего ASCII) каждое простое число из предыдущего шага сопоставляется с буквой: 01100001 = 97 = «a», 01100010 = 98 = «b», etc. При этом важно соблюдение регистра.
Расшифруйте следующее сообщение, в котором использована кириллица:
Шифр A1Z26
Это простая подстановка, где каждая буква заменена её порядковым номером в алфавите. Только нижний регистр.
Попробуйте определить, что здесь написано:
Шифрование публичным ключом
Алгоритм шифрования, применяющийся сегодня буквально во всех компьютерных системах. Есть два ключа: открытый и секретный. Открытый ключ — это большое число, имеющее только два делителя, помимо единицы и самого себя. Эти два делителя являются секретным ключом, и при перемножении дают публичный ключ. Например, публичный ключ — это 1961, а секретный — 37 и 53.
Открытый ключ используется, чтобы зашифровать сообщение, а секретный — чтобы расшифровать.
Как расшифровать код или шифр?
Для этого применяются специальные сервисы. Выбор такого инструмента зависит от того, что за код предстоит расшифровать. Примеры шифраторов и дешифраторов:
ФОЦПМРЬОЯКЦА: разбираемся в шифрах
Любовь Карась
Тарабарщина, абракадабра, затейное письмо — зашифрованные сообщения называли по-разному. Это был надежный способ передавать тайную информацию. Раньше умение дешифровать загадочные письма приравнивалось к сверхспособности, ведь нужно было обладать логическим, критическим и креативным мышлением. Вместе с экспертом Музея криптографии, который откроется в декабре этого года, рассказываем о популярных шифрах, а также о том, как их разгадать. Можете проверить себя!
Анастасия Ашаева
Кандидат исторических наук, старший научный сотрудник Музея криптографии
Атбаш
Этот шифр считается одним из самых древних в истории криптографии. Он появился примерно две с половиной тысячи лет назад на Ближнем Востоке. Чаще всего этот шифр можно встретить в религиозных текстах (кумранские рукописи, Ветхий Завет), где с его помощью скрывали, например, названия городов или имена собственные. Принцип шифрования очень прост: нужно написать алфавит в обратном порядке, так, чтобы под буквой «А» оказалась буква «Я», под буквой «Б» — буква «Ю» и так далее, а потом каждую букву сообщения, которое следует зашифровать, заменить на букву из алфавита, написанного в обратном порядке.
Такой незатейливый, но действенный способ шифрования и есть атбаш, то есть «алеф», «тав», «бет» и «шин» — первая, последняя, вторая и предпоследняя буквы еврейского алфавита.
Интересный факт: самое известное упоминание шифра атбаш — в романе Дэна Брауна «Код да Винчи», где главные герои дешифруют сообщение, зашифрованное с помощью этого шифра, что позволяет им приблизиться к разгадке тайны святого Грааля.
Квадрат Полибия
Интересный факт: изначально квадрат Полибия выполнял две функции: с его помощью можно было как зашифровать сообщение, так и передать его на дальнее расстояние посредством оптического телеграфа. Делалось это при помощи группы факелов: сначала поднимались факелы слева, количество которых указывало номер строки, а потом — факелы справа, указывающие номер столбца. Для получения и расшифрования такого сообщения адресату нужно было иметь точно такой же квадрат, а также зорко следить за количеством поднятых факелов.
Проверьте себя: «Телеграфируем» фразу «ОЧШОУеЗЗОУК» (34 51 52 34 43 21 23 23 34 43 26)
Шифр Цезаря
Известный шифр Античности получил имя самого известного политического деятеля и полководца Древнего мира неспроста. Юлий Цезарь мог одновременно не только писать, читать, диктовать и слушать, но и шифровать. Своим потомкам в наследство он оставил великую Римскую империю и шифр, которым, по свидетельствам античных авторов, императоры пользовались почти до самого падения империи.
В шифре, который был придуман Цезарем, для зашифрования нужно заменять каждую букву слова на букву, которая следует за ней третьей по счету: например, букву «А» мы заменим на букву «Г», а букву «Б» — на букву на «Д» и т. д. В целом сдвигать буквы можно на любое количество позиций вправо, и именно знание о том, на сколько букв вправо был сдвиг, и позволит расшифровать сообщение.
Интересный факт: шифр Цезаря лег в основу многих более сложных шифров и использовался вплоть до начала XX века, когда были изобретены первые шифровальные машины. И по сей день этот шифр считается наиболее важным и значимым в истории криптографии.
Проверьте себя: «ТУЛЫЗОЦЕЛЖЗОТСДЗЖЛО» — так выглядит одно из известных выражений, приписываемых Юлию Цезарю, зашифрованное при помощи шифра Цезаря со сдвигом на три позиции вправо. Попробуй расшифровать!
Опыт всему учитель
Пришел, увидел, победил
Русская литорея
В средневековой Руси тоже любили шифровать. Зачастую шифры использовались в качестве украшения в литературных произведениях. Авторы шифровали свое имя и даже целые главы текста, используя тайнопись как литературный прием, который позволял выделить такой труд из множества других. Наиболее распространенным шифром в это время в России была литорея (от латинского слова littera — «буква»). Шифр предполагал замену согласных букв на согласные буквы по определенному правилу.
Под первыми десятью согласными буквами (за исключением «Й»), идущими по порядку, записывались другие десять согласных букв, но в порядке, противоположном тому, который использовался в верхней строке. Таким образом, под буквой «Б» оказывалась буква «Щ», а под буквой «В» — буква «Ш» и т. д.
Интересный факт: известное всем слово «тарабарщина» в веках означало не что иное, как шифр литорея, и употреблялось в качестве синонима. Одна из историй возникновения этого слова гласит, что для сохранения тайны передаваемого сообщения его зашифровывали, но не писали на бумаге, а давали гонцам заучивать наизусть. Гонцы доставляли сообщение адресату в виде устного послания, а так как произнести зашифрованный текст и понять его порой было непросто, он и получил название «тарабарщина».
Век живи — век учись
Без труда не выловишь и рыбку из пруда
Не плюй в колодец, пригодится воды напиться
Шифр Виженера
Новую эру в криптографии знаменует открытие полиалфавитного шифра, известного также как шифр Виженера. Описанный в 1586 году французским дипломатом Блезом де Виженером, шифр долго оставался нераскрытым, пережив множество усложнений и модификаций и став своеобразным мостиком для изобретения первых механических шифровальных машин. Для шифрования использовалась специальная таблица, в которой количество строк и столбцов соответствовало количеству букв в алфавите. Таким образом, каждая буква в исходном тексте сдвигается по алфавиту на разное количество символов и количество сдвигов каждой буквы задается специальным ключом (ключевым словом).
Для простоты использования слово (или фраза,) которое нужно было зашифровать, записывалось в строку, а под ней писалось ключевое слово и повторялось несколько раз подряд, чтобы под каждой буквой исходного текста оказалась буква ключевого слова. Далее мы берем букву из сообщения и букву из ключевого слова под ней и обращаемся к таблице. Буква, которая будет на пересечении этих двух букв в таблице, и станет первой буквой криптограммы.
Интересный факт: Несмотря на то что шифр носит имя Виженера, сам Виженер его не изобретал. Шифр был придуман в 1466 году итальянским гуманистом, ученым и архитектором Леоном Баттистой Альберти. Вклад в его развитие внесли современники Альберти, среди которых — немецкий гуманист и аббат Иоганн Тритемий и итальянский ученый Джованни Баттиста Беллазо. Виженер же просто описал все известные ему способы шифрования, а в XIX веке за шифром прочно закрепилось имя Виженера, под которым он известен и по сей день.
Проверьте себя: «ЧФЩЪОВН ЙЪЯФОН» — так бы мог выглядеть призыв к атаке, зашифрованный при помощи таблицы Виженера с использованием ключевого слова «мел».
Как использовать методы комбинаторной литературы, чтобы отправить секретное послание
wikiHow работает по принципу вики, а это значит, что многие наши статьи написаны несколькими авторами. При создании этой статьи над ее редактированием и улучшением работали, в том числе анонимно, 19 человек(а).
Количество просмотров этой статьи: 10 904.
Приемы скрытого письма можно использовать для того, чтобы послать незаметное сообщение во внешне безобидном письме. Хотя эти приемы зачастую используют люди, которые хотят развлечься в дождливые деньки или те, кто желает поднапрячь свой мозг составлением и расшифровкой скрытых посланий, данную технику можно использовать и в более серьезных ситуациях. Например, когда узник хочет рассказать о жестоком обращении с ним со стороны его пленителя, а почта тщательно проверяется.
Обычные методы шифрования тут не подходят, поскольку очевидный код может быть опознан, даже если проверяющий не намерен искать какой-либо шифр в письме. Даже без предварительной договоренности с адресатом, человек может составить послание, достаточно искусное, чтобы пленитель не заметил подвоха, в то время как получивший это письмо человек сразу ощутит что-то необычное в письме и вероятно попытается расшифровать послание. Самое главное, чтобы получатель письма был знаком с нормальным стилем письма отправителя, знал что такое внутренняя отсылка или просто постарался бы найти другой смысл послания. Например, священник, взятый в заложники, должен составить письмо, включающее фразы из его воскресных речей, которые будут распознаны его паствой, но не его пленителями.
Шифрование сообщений в Python. От простого к сложному. Шифр Цезаря
Немного о проекте
Мне, лично, давно была интересна тема шифрования информации, однако, каждый раз погрузившись в эту тему, я осознавал насколько это сложно и понял, что лучше начать с чего-то более простого. Я, лично, планирую написать некоторое количество статей на эту тему, в которых я покажу вам различные алгоритмы шифрования и их реализацию в Python, продемонстрирую и разберу свой проект, созданный в этом направлении. Итак, начнем.
Для начала, я бы хотел рассказать вам какие уже известные алгоритмы мы рассмотрим, в моих статьях. Список вам представлен ниже:
Шифр Цезаря
Итак, после небольшого введения в цикл, я предлагаю все-таки перейти к основной теме сегодняшней статьи, а именно к Шифру Цезаря.
Что это такое?
Какими особенностями он обладает?
Программная реализация
В интернете существует огромное множество уроков, связанных с криптографией в питоне, однако, я написал максимально простой и интуитивно понятный код, структуру которого я вам продемонстрирую.
Начнем, пожалуй, с создания алфавита. Для этого вы можете скопировать приведенную ниже строку или написать все руками.
Далее, нам нужно обозначить программе шаг, то есть смещение при шифровании. Так, например, если мы напишем букву «а» в сообщении, тот при шаге «2», программа выведет нам букву «в».
Итак, создаем переменную smeshenie, которая будет вручную задаваться пользователем, и message, куда будет помещаться наше сообщение, и, с помощью метода upper(), возводим все символы в нашем сообщении в верхний регистр, чтобы у нас не было ошибок. Потом создаем просто пустую переменную itog, куда мы буем выводить зашифрованное сообщение. Для этого пишем следующее:
Модернизация
Вот мы и написали программу, однако она имеет очень большой недостаток: «При использовании последних букв(русских), программа выведет вам английские буквы. Давайте это исправим.
Для начала создадим переменную lang, в которой будем задавать язык нашего шифра, а так же разделим английский и русский алфавиты.
Теперь нам надо создать условие, которое проверит выбранный язык и применит его, то есть обратится к нужному нам алфавиту. Для этого пишем само условие и добавляем алгоритм шифрования, с помощью которого будет выполнено шифрование:
Дешифровка сообщения
Возможно это прозвучит несколько смешно, но мы смогли только зашифровать сообщение, а насчет его дешифровки мы особо не задумывались, но теперь дело дошло и до неё.
Для начала, я предлагаю сделать «косметическую» часть нашей переделки. Для этого перемещаемся в самое начало кода:
Остальное можно оставить так же, но если у вас есть желание, то можете поменять названия переменных.
По большому счету, самые ‘большие’ изменения у нас произойдут в той части кода, где у нас находится алгоритм, где нам нужно просто поменять знак «+» на знак «-«. Итак, переходим к самому циклу:
Итоговый вид программы
Итак, вот мы и написали простейшую программу для шифрования методом Цезаря. Ниже я размещу общий вид программы без моих комментариев, чтобы вы еще раз смогли сравнить свою программу с моей:
Вы успешно написали алгоритм шифровки и дешифровки сообщения на Python с помощью метода Цезаря. В следующей статье мы с вами рассмотрим Шифр Виженера, а также разберем его реализацию на Python, а пока я предлагаю вам написать в комментариях варианты модернизации программы(код или просо предложения и пожелания). Я обязательно учту ваше мнение.