День образования криптографической службы России


День образования криптографической службы России

Краткая история криптографии

История человеческой цивилизации стала также историей создания систем безопасной передачи информации. Искусство шифрования и тайной передачи информации было присуще практически всем государствам.

Примерно в 1900 году до н. э. древние египтяне начали видоизменять и искажать иероглифы, чтобы закодировать определенные сообщения. В 600 - 500 годы до н. э. древние евреи создали упорядоченную систему криптографии "Атбаш" - в России известна под названием "тарабарская грамота". Суть метода проста: при письме одна буква алфавита заменяется другой, например, вместо буквы "а" всегда пишется буква "я".

Основные принципы разведки и контрразведки, включая и методы обработки информации, впервые сформулировал китайский ученый Сун Цзы в своей книге "Искусство войны" примерно в 500 году до н. э. Малоизвестно, что в известной древнеиндийской книге "Кама Сутра" криптография упоминается как одно из 64 искусств, обязательных к изучению.

Абу Яхмади, составитель первого словаря арабского языка в VIII веке научился взламывать византийские секретные депеши, написанные на основе греческого языка.

В XV веке итальянский математик Леон Батиста Альберти создал первую математическую модель криптографии. Он также создал первое механическое устройство для шифрования секретных документов. На основе его изобретения действовали все криптографические устройства, использовавшиеся до появление компьютеров. В частности, в 17 веке известный английский ученый сэр Фрэнсис Бэкон создал подобное устройство, где каждой букве алфавита могло соответствовать пять вариантов шифровки.

В XVII столетии криптографией увлекся Томас Джефферсон, один из отцов-основателей США, третий по счету президент страны и ученый. Он создал шифровальную машину цилиндрической формы, позволявшую использовать десятки вариантов кодирования. Подобные устройства использовались во всем мире вплоть до конца Второй мировой войны.

В XVIII веке английская разведка стала широко применять невидимые чернила - в частности молоко. Метод письма молоком (текст становится виден при нагревании листа бумаги) позже использовал Владимир Ленин.

В 1930-е годы германские ученые создали шифровальную машину Enigma - фактически первый специализированный механический компьютер. Через три года после появление Enigma принцип действия этого устройства был разгадан специально созданной группой английских ученых.

Начало развития криптографии как необходимого и достаточно надежного средства сохранения государственных секретов в России, по существу, относится к эпохе Петра I. Этот период и весь ХУIII век характеризуется широким использованием шифр переписки, организацией первых шифровальных служб, появлением первых наметок анализа шифров, созданием шифров с последующим их усложнением. Разработка шифров, их доставка на места эксплуатации были четко организованы и подчинялись действию определенной системы. Постоянно разрабатывались шифры для индивидуальной, циркулярной связи и для расширявшихся систем общей связи. Создатели шифров правильно понимали значение лингвистических, статистических характеристик шифрованных и открытых текстов для использования их при де шифровании. Русские шифры обладали своеобразием: активно использовались пустышки, многоязычные шифры, специальные усложнения, что повышало их криптографическую стойкость.

Система, созданная еще при Петре I продолжала практически без изменений существовать вплоть до второй половины XIX века. В первой половине XIX века главой русского криптологического ведомства П.Л. Шиллингом был создан первый русский биграммный шифр. Вследствие сложности этот шифр применялся лишь для наиболее значимой дипломатической переписки и был весьма устойчив ко взлому. Позже был создан биклавный шифр – сложная разновидность шифра многозначной замены с использованием 2 ключей, продолжавший использоваться на протяжении всего XIX века. Параллельно употреблялись «шифровальные коды» – система условных обозначений для употребляемых слов, словосочетаний, понятий и т.д.(до 10 тыс. знаков), но «шифровальные коды» не являются шифром в полном смысле слова, а потому не отражают уровень развития криптологии в России того периода.

Несмотря на значительные успехи в теории критпологического дела, на практике многие достижения оказывались невостребованными или использовались с такими нарушениями, что теряли всякий смысл. Возможности сложнейших номенклаторов, содержавших несколько сотен «пустышек», практически не использовались армейскими и флотскими офицерами, считавшими их чересчур сложными и неудобными. Только секретная дипломатическая переписка МИДа была более-менее надежно защищена. В связи с этим в 1860-х годах для более эффективного использования криптографических систем в армии и полиции в соответствующих министерствах были созданы криптологические отделы, призванные активнее внедрять криптографию с существующие системы связи. Но несмотря на все усилия ведущих криптологов, которые по своей квалификации мало в чем уступали европейским, рядовой состав российских служб связи оставлял желать лучшего.

Это становится ясно при рассмотрении шифров, которые использовали революционеры в конце XIX – начале ХХ века. Все их шифрсистемы основаны в основном на принципе простой замены , не представляли из себя ничего нового по сравнению с шифрами предыдущего времени, и тем не менее многие из шифрованных писем революционеров не были дешифрованы полицией (хотя большинство шифров взламывалось).

Но совсем непонятным кажется то крайнее пренебрежение, с которым русские военные относились к криптографическим средствам защиты сообщений. Появившаяся в начале ХХ века радиосвязь значительно повышала требования к стойкости армейских шифров, в условиях когда почти каждое сообщение могло быть перехвачено противником. К началу Первой мировой войны для русской армии был создан сложный шифр двойной перестановки с частой сменой ключей, представлявший проблему для самых опытных криптоаналитиков того времени, но этот шифр к началу войны поступил лишь в некоторые части, что вызвало колоссальную неразбериху – ведь в одних частях все еще действовал старый шифр, а в других он был уничтожен и приходилось передавать сообщения открытым текстом.

В то же время криптоаналитические службы, в особенности соответствующие отделения МИДа работали весьма успешно. Главная проблема русской криптографической службы заключалась не в плохой теоретической и практической подготовке кадров и не в использовании устаревших приемов шифрования, а с практическим применением шифрсистем, из-за чего вся проделанная криптологами работа становилась бесполезной. И если криптология в России как наука находилась на мировом уровне, то применение ее достижений на практике оставляло желать лучшего. Сказывалась и нехватка необходимого оборудования для ведения радиоперехвата, дававшего основной материал для криптографов. Только в 1916 году удалось более-менее наладить своевременное снабжение частей новым шифрами и установить в вопросе секретной связи некоторое взаимодействие, однако события 1917 года и последовавшая гражданская война привели к почти полной ликвидации криптографических служб России. Почти все квалифицированные криптографы и крптоаналитики оказались на стороне «белых», которые небезрезультатно использовали их опыт и знания в ходе гражданской войны. На стороне большевиков также оказалась часть криптолгов, но они не имели единого руководства и были распылены по отделам МИДа, ВЧК и Военных ведомств.

В результате к 1920-м годам в России не существовало криптологичекого центра, способного обеспечить еще более возросшую потребность в защите информации. Предстояло воссоздать подобные службы практически с нуля, поэтому в мае 1921 года на базе криптографического отдела ВЧК был создан Спецотдел по криптографии при данном ведомстве (восьмой спецотдел) . Спецотдел не являлся однако частью этой структуры, а состоял при ней и пользовался достаточно широкой автономией. В рамках спецотдела было четко организовано разделение труда: второе отделение занималось теоретическими проблемами криптологии и разработкой новых шифров, третье отделение организовывало шифрсвязь в различных советских ведомствах, четвертое – занималось криптоаналитикой, т.е. вскрытием перехваченных шифрсообщений. Помимо этих отделов, занимавшися собсвтенно вопросами криптологии, имелось еще несколько, курировавших смежные вопросы: первое – контроль за соблюдением гостайны при использовании шифрсистем, пятое – радиоконтроль и радиоперехват, шестое – изготовление конспиративных документов, седьмое – химический анализ документов на предмет тайнописи. Спецотдел играл роль центрального криптографического органа, хотя свои, в достаточной мере независимые криптографические службы имелись и у военных и у МИДа, а также Иностранный отдел ОГПУ, имевший в 20-е годы наверное лучшую команду криптоаналитиков, занимавшуюся вскрытием дипломатической переписки.

Уже в 1921-22 годах удалось вскрыть первые дипломатические и военные турецкие шифры, к 1925 коду ведется активная и небезуспешная работа с шифрами 15 европейских государств, в 1927 году начинается чтение японских сообщений, в 1930 расшифровываются некоторые шифры США.

В начале 1930-х разворачивается масштабная программа по подготовке армейских криптографов. В 1931-1932 годах свои криптографические отделы создаются уже во всех военных округах, а к середине 30-х годов численность криптографических служб СССР в центре и на местах достигла примерно 500 человек, что вполне отвечало потребностям того времени. Сложилась весьма эффективная система криптологических служб, дешифровывающая до 30% всей перехватываемой информации, что было очень хорошим показателем по тем временам. Эти достижения оказали значительное влияние на ход Второй мировой войны, хотя и в этот период русские войска нередко игнорировали шифрсвязь и передавали сообщения открытым текстом, да и стойкость самих советских шифров была далека от уровня «Энигмы».

С окончанием Второй мировой войны, Советский Союз вступил в острое противостояние с Западом, что в значительной степени способствовало развитию отечественной криптологии, занявшей лидирующие позиции в ХХ веке, однако это был уже новый, современный этап развития криптологической науки.

Начиная с 50-х годов криптография становится "электронной". Это означает, что широкое применение средств электронной техники для построения систем шифров и их исследования. Возможности применения электронной памяти позволили осуществлять обработку открытых текстов целыми отрезками (блоками) и это вызвало применение так называемых блочных шифров. С 70-х годов сфера применения криптографии начинает расширяться, криптография становиться гражданской отраслью. Это означает, что криптографические средства начинают применяться для защиты коммерческой информации. Для этих целей в США в 1978 году был принят стандарт шифрования данных DES, который является блочным шифром с длиной блока 64 бит. Этот процесс получил развитие и в настоящее время все развитые страны имеют свои стандарты шифрования. Разработан криптографический алгоритм IDEA, который рассматривается в качестве кандидата для международного стандарта шифрования.

В 70-х годах американские ученые Диффи и Хеллман предложили использовать так называемые системы с открытыми ключами, в которых нет канала для распространения ключей, но есть возможность двустороннего обмена информацией между отправителем и получателем. Фиксированная процедура такого обмена позволяет выработать общий секретный ключ. В этот период были предложены несколько систем с открытыми ключами. Среди них --- система RSA, названная так по первым буквам ее авторов --- Райвест, Шамир, Адлеман, в которой открытые сообщения кодируются натуральными числами, а операция шифрования заключается в возведении в степень числа, представляющего открытый текст, и в приведении полученного числа по некоторому модулю.

Данные идеи оказались плодотворными. Во-первых, они расширили область средств, применяемых для обоснования шифров. Во-вторых, способствовали притоку математиков к решению криптографических проблем. В-третьих, привели к возникновению новых направлений криптографии. Например, процедура обмена информацией при выработке общего ключа привела к понятию криптографического протокола. В-четвертых, они привели к появлению новых направлений в дискретной математике. Например, возникло понятие однонаправленной функции, для которой имеется простой алгоритм вычисления значения функции, но сложно вычисляется значение аргумента по значению функции. Для криптографических применений это понятие трансформировано в понятие односторонней функции с секретом. Хотя в настоящее время существование односторонних функций не доказано, имеется ряд кандидатов для этого, которые используются для построения систем шифров.

В заключение два слова о будущем криптографии. Ее роль будет возрастать в связи с расширением ее областей приложения (цифровая подпись, аутентификация и подтверждение подлинности и целостности электронных документов, безопасность электронного бизнеса, защита информации, передаваемой через Интернет и др.). Знакомство с криптографией потребуется каждому пользователю электронных средств обмена информацией, поэтому криптография в будущем станет "третьей грамотностью" наравне со "второй грамотностью" - владением компьютером и информационными технологиями.

05 мая 2021
Ежегодно
Поделиться