Шифр «Поворотная решетка»

Введение

Натан Ротшильд когда-то давно произнес фразу, ставшую впоследствии легендарной: «Тот, кто владеет информацией, тот владеет миром». И хотя с той поры так и не появилось внятного объяснения, зачем нужно этим миром владеть, стоимость информации постоянно возрастает. Когда у людей стали появляться ценные сведения, появилась и потребность ограничить к ним доступ. Это значить, что одни группы людей должны были иметь возможность понять, что написано в сообщении, а для всех остальных эти сведения должны были оставаться закрытыми.

Первые попытки засекретить информацию были, по сегодняшним меркам, наивно-примитивными, а именно, часть информации просто была представлена на других языках. К примеру, вместо греческого языка использовали латынь. Это делалось для той части греков, которые этот язык не понимали. Однако, и современные методы криптографии используют похожий принцип, то есть, применяют определенный, искусственно созданный тип «языка», который недоступен для понимания основной массой людей.

Первым механическим шифром был шифр Сцитала (иная транскрипция – Скитала). Главной деталью этого шифровального устройства является стержень или конус заданного диаметра. На этот стержень наматывалась длинная полоска бумаги, на витках которой записывался текст. Далее бумажную ленту снимали и пересылали адресату, например, в другой город, где у получателя имелся цилиндр или конус точно такой же формы. Намотав полученное бумажное послание на такой стержень, адресат мог прочесть сообщение.

Для того чтобы подобная система функционировала, нужно, чтобы и у человека, передающего сообщение, и у его получателя имелись абсолютно идентичные цилиндры. Это был один из самых первых известных человечеству механических шифров, но, если выражаться на современном языке, то следует отметить низкую криптостойкость этой системы шифрования.

Шифр «Поворотная решетка»

Для того чтобы использовать шифр, называемый «Поворотная решетка», следует изготовить трафарет из прямоугольного листа клетчатой бумаги, имеющего размеры 2m2k клеток. В трафарете необходимо вырезать mk клеток таким образом, что, если наложить его на чистый лист бумаги такого же размера четырьмя возможными способами, то его вырезы должны полностью покрывать всю площадь листа. Буквы сообщения должны быть последовательно вписаны в вырезы трафарета (по строчкам, в каждой строчке слева направо) при каждом из четырех его возможных положений в заранее определенном порядке.

Для того чтобы пояснить процесс шифрования, приведем конкретный пример. Предположим, что в качестве ключа использована решетка 6*10, изображение которой приведено на рисунке ниже.

Рисунок 1. Решетка. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Требуется зашифровать при помощи этой решетки следующий текст:

ШИФРРЕШЕТКАЯВЛЯЕТСЯЧАСТНЫМСЛУЧАЕМШИФРАМАРШРУТНОЙПЕРЕСТАНОВКИ

Для этого следует наложить решетку на лист бумаги и вписать первые пятнадцать (по количеству вырезов) символов сообщения, а именно:

ШИФРРЕШЕТКАЯВЛЯ....

Далее, если снять решетку, то можно увидеть следующий текст, который представлен на рисунке ниже.

Рисунок 2. Текст. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Далее следует повернуть решетку на сто восемьдесят градусов. В окошках должны появиться новые, еще пустые клетки. Необходимо вписать в них очередные пятнадцать символов. В итоге должна получиться запись, которая приведена на рисунке ниже.

Рисунок 3. Текст. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

А дальше необходимо перевернуть решетку на другую сторону и зашифровать остатки текста аналогичным методом, как показано на рисунках ниже.

Рисунок 4. Решетки с текстом. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Получатель сообщения должен обладать точно такой же решеткой, тогда он без труда сможет прочесть исходный текст. Для этого он должен наложить решетку на зашифрованный текст по порядку четырьмя способами.

Может быть доказано, что количество вероятных трафаретов, то есть, число ключей шифра типа «решетка», равняется:

T=4mk.

Данный тип шифрования может использоваться для сообщений, имеющих длину не более: n=4mk.

Количество всех перестановок в тексте такой длины составит (4mk)!, что во много раз больше, чем число T. Однако следует отметить, что уже при размере трафарета 8*8 количество возможных решеток будет более четырех миллиардов.

Широко распространенной разновидностью шифра маршрутной перестановки является, так называемый, «шифр вертикальной перестановки» (ШВП). В нем также использован прямоугольник, в который сообщение должно быть вписано обычным методом, то есть, по строкам слева направо. Символы должны выписываться по вертикали, а столбцы в этом случае должны браться в порядке, который определяется ключом.

Рассмотрим конкретный пример. Предположим, что имеется следующий ключ:

(5,4,1,7,2,6,3),

и при помощи его необходимо зашифровать такое сообщение:

ВОТПРИМЕРШИФРАВЕРТИКАЛЬНОЙПЕРЕСТАНОВКИ

Следует вписать сообщение в прямоугольник, столбики которого имеют нумерацию, определяемую ключом, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 5. Шфровка. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Далее следует выбрать столбцы в порядке, который задан ключом и выписать последовательно буквы каждого из них сверху вниз. В результате должна получиться следующая криптограмм:

ОРЕЬЕКРФИЙА-МААЕО-ТШРНСИВЕВЛРВИРКПН-ПИТОТ-

Количество ключей ШВП будет не больше, чем m!, где m является числом столбцов таблицы. Обычно m гораздо меньше, чем длина текста n (сообщение укладывается в несколько строк по m букв), а это означает, что и m! много меньше n!.