Засекречивание сообщений при помощи кодов и шифров – это целая наука под названием криптография. Подобно многим другим научным дисциплинам она зародилась в Древней Греции. Имя для нее было подобрано путем соединения двух слов древнегреческого языка – «κρυπτoς» («тайный») и «γραφω» («писать») и в переводе на русский означает «тайнопись». Примеры использования кодов можно отыскать в Древнем Египте, Месопотамии и Древней Индии. Но основные криптографические методы, по всей видимости, сначала были унаследованы римлянами именно от греков и только потом получили распространение в Западной Европе. Одновременно с криптографией возник криптоанализ – наука о том, как читать чужие шифрованные сообщения. Процесс их чтения посторонними лицами был назван дешифрованием. Наука о безопасности связи, объединяющая криптографию и криптоанализ, называется криптологией.
Термины, которыми пользуются специалисты по кодам и шифрам, обычно вполне понятны из контекста. Например, человек, занимающийся взломом кодов и шифров, ожидаемо именуется взломщиком, но более точно называть его дешифровальщиком. Открытый текст – это сообщение перед зашифрованием, а шифрованный текст (шифртекст) – сообщение после зашифрования.
На протяжении тысяч лет верховные правители и правительницы вместе с полководцами командовали своими армиями, которым отдавали приказы, стремясь пользоваться для этого наиболее надежной и эффективной связью. Они прекрасно понимали, что произойдет, если отправленные ими сообщения окажутся у противника, который в результате узнает их самые сокровенные секреты. Опасение, что враг сумеет каким-то образом перехватить и прочитать эти сообщения, стало причиной создания и постоянного совершенствования кодов и шифров – методов засекречивания сообщения таким образом, чтобы прочитать его мог только адресат.
В государствах функционировали организации, занимавшиеся разработкой и применением на практике стойких кодов и шифров. В то же самое время вражеские дешифровальщики старались взломать эти коды и шифры, чтобы выведать скрываемые ими секреты. Поэтому история кодов и шифров представляет собой многовековую летопись непрекращающегося поединка между их создателями и взломщиками, который оказал существенное влияние на ход человеческой истории.
Коды и шифры претерпели длительную эволюцию. Их развитие вполне может рассматриваться как пример борьбы за существование. Они всегда являлись объектами атаки со стороны дешифровальщиков. Как только обнаруживалось слабое место в каком-то коде или шифре, дальнейшее его использование становилось лишенным всяческого смысла. Он либо выходил из употребления, либо на его основе создавался другой, более совершенный. Этот новый код или шифр получал повсеместное распространение до тех пор, пока дешифровальщики не находили в нем слабость, и так далее в том же духе.
В этом смысле коды и шифры аналогичны бактериям, которые живут и процветают, пока для борьбы с ними не будет изобретен антибиотик, убивающий их путем воздействия на выявленное слабое место. В результате бактерии вынуждены постоянно эволюционировать, чтобы стать неуязвимыми для антибиотика, начать бесконтрольно размножаться и восстановить свою численность.
Благодаря постоянной борьбе криптографов с дешифровальщиками были сделаны многие научные открытия – в области математики и лингвистики, теории информации и квантовой физики. Эта борьба послужила катализатором научно-технического прогресса. Причем наиболее ярко и полно это проявилось в развитии компьютерной техники. Роль кодов и шифров в истории человечества трудно переоценить. Они определяли исход решающих военных сражений и приводили к насильственной смерти царственных особ.
Слово «код» в криптографии имеет отношение к весьма специфическому виду секретной связи. В коде слово или фраза подлежат замене на число, символ, другое слово или фразу. Подобно этому у разведчиков и уголовников существуют псевдонимы – клички, которые используются вместо их настоящих имен. Точно так же фразу «Атаковать на рассвете» можно было бы заменить кодовым словом «Барбаросса»[10] и в нужный момент довести его до сведения главнокомандующего. Если о секретном значении этого кодового слова заранее договориться с главнокомандующим, то смысл полученного сообщения будет понятен ему, но скрыт от посторонних.
В просторечии кодом обычно именуют сигнал в устной, письменной или визуальной форме. При этом слову, фразе, флажку или световому сигналу придается особый смысл, содержащий призыв к какому-то определенному действию. Например, красный сигнал светофора на дороге означает, что транспортные средства должны немедленно остановиться перед ним. Когда в июле 1588 года на английских холмах были по цепочке зажжены предупредительные костры, это означало, что к Англии приближались испанские военные корабли и надо было срочно приводить вооруженные силы в состояние полной боевой готовности.
21 октября 1805 года в Трафальгарском морском сражении с объединенным франко-испанским флотом английский флот впервые применил для связи сигнальные флажки. Они были проиллюстрированы в специальной кодовой книге с указанием присвоенных им значений. Экземпляр этой книги имелся у капитана каждого военно-морского корабля Англии и позволял читать сообщения, размещенные в виде сигнальных флажков на верхушке мачты флагмана. Перед самым началом Трафальгарского сражения главнокомандующий английским флотом Горацио Нельсон решил передать сообщение, адресованное всем без исключения морякам, находившимся в его подчинении. Оно гласило: «Англия верит, что каждый исполнит свой долг». Слова «верит» в кодовой книге не оказалось, и его заменили на «ожидает».
Подводя итог, можно сказать, что кодированное сообщение представляет собой своего рода сигнал, имеющий вполне определенное значение как для его отправителя, так и для получателя. Это значение подлежит запоминанию или содержится в кодовой книге.
Альтернативой коду является шифр, при использовании которого замене подлежат буквы в сообщении, а не слова или фразы целиком. Например, каждую букву можно заменить следующей по порядку буквой русского алфавита. «А» будет заменена на «Б», «Б» – на «В», «В» – на «Г» и так далее. В этом случае «Атаковать на рассвете» превратится в «Бублпгбуэ об сбттгжуж».
Нельзя не упомянуть о проблеме, с которой неизбежно сталкивается любой автор, пишущий об истории кодов и шифров. Некоторые ее события до сих пор хранятся в строжайшей тайне. Об их участниках ничего не известно, поскольку примененные ими методы разработки или взлома кодов и шифров не подлежат разглашению, а достижения позволяют судить о секретных потенциальных возможностях, которыми обладают современные специалисты в области кодов и шифров. Тем не менее всегда остается надежда, что даже самые секретные события из новейшей истории кодов и шифров когда-нибудь станут достоянием гласности.
На протяжении многих веков кодированием сообщений пользовались в основном военные. В древности они писали донесения и приказы стилусом на папирусе, а впоследствии – гусиными перьями на пергаменте. Компьютерная техника существенно упростила процесс написания и отправки сообщений, но главные принципы их засекречивания остались неизменными с прошлых времен. Поэтому будет очень полезно вкратце рассказать о том, какую роль криптография сыграла в истории человечества.
В 405 году до нашей эры главнокомандующий спартанским флотом Лисандр получил сообщение на пергаментной ленте, зашифрованное при помощи приспособления под названием сцитала. Для шифрования сообщения использовались пергаментная лента и брусок цилиндрической формы. Пергаментная лента наматывалась на брусок без просветов и нахлестов. Написание сообщения производилось по намотанной пергаментной ленте слева направо. По достижении конца намотанной ленты брусок поворачивался, и написание сообщения продолжалось. После разматывания ленты на ней оказывалось зашифрованное сообщение. Расшифрование выполнялось с использованием бруска таких же типоразмеров. Прочитав полученное шифрованное сообщение, Лисандр узнал местонахождение вражеского афинского флота. Атака спартанцев стала неожиданной для афинян, и в результате их флот был почти полностью уничтожен.
Один из самых известных в мире шифров был назван в честь Юлия Цезаря[11], который якобы им пользовался. При использовании этого шифра каждая буква открытого текста сообщения заменяется на букву, которая в алфавите находится на три позиции правее. В результате слово «Цезарь» будет в зашифрованном виде выглядеть как «Щзкгуя».
В Римской империи письменность считалась важным и действенным фактором для объединения ее обширных владений в единое целое и повышения их управляемости. После падения Римской империи роль письменности в мире существенно снизилась. Вместе с этим уменьшилась и потребность в кодах и шифрах. Так продолжалось до 14-го века, когда у итальянских банкиров возникла потребность в несложных кодах для коммерческих нужд. Одновременно западноевропейским дипломатам понадобились более стойкие коды и шифры, чтобы засекречивать свои сообщения на родину о драматических политических событиях, происходивших при зарубежных королевских дворах.
Одно из таких событий случилось в 1586 году в Англии, где в распоряжении английской королевы Елизаветы I была наиболее эффективная служба государственной безопасности в Западной Европе. Эту службу возглавлял министр Френсис Уолсингем. Его подчиненные не только разрабатывали коды и шифры, но и читали шифрованную переписку католических заговорщиков в Англии, планировавших свергнуть Елизавету I. Благодаря этому Уолсингему стало известно об опасном заговоре, ставившем целью убить Елизавету I и возвести на английский трон королеву Шотландии Марию Стюарт, которая являлась католичкой. Мария находилась под домашним арестом в загородном поместье. Бывший католический семинарист Гилберт Гиффорд, завербованный заговорщиками, придумал способ тайной доставки корреспонденции Марии в бочонке с пивом. В основном ее корреспонденция пересылалась в зашифрованном виде. Но ни Мария, ни заговорщики не знали, что содержание их тайной переписки становилось известно Уолсингему. Гиффорд был двойным агентом и работал не только на заговорщиков, но и на Уолсингема. Шифрованные послания Марии читались талантливым дешифровальщиком Уолсингема Томасом Фелиппесом почти сразу же после того, как он получал их от Гиффорда. Эти послания послужили главным обвинительным материалом на заседаниях суда, который признал Марию виновной в государственной измене. В 8 часов 8 февраля 1587 года она была казнена.
О том, что даже стойкие шифры при ошибках в их применении не гарантируют надежную защиту, французский император Наполеон Бонапарт убедился на собственном горьком опыте в поздний период своего правления. В 1811 году по его распоряжению во Франции был разработан «Великий французский шифр». Бонапарт использовал его для того, чтобы отдавать приказы своим маршалам и получать от них донесения. Через год «Великий французский шифр» был взломан английским дешифровальщиком майором Джорджем Сковеллом. Для взлома он использовал шифрованные депеши, захваченные испанскими партизанами у плененных французских фельдъегерей.
В работе над «Великим французским шифром» Сковеллу помогло небрежное отношение французских военных к засекречиванию своих сообщений при помощи «Великого французского шифра»: их шифрование осуществлялось лишь частично. Имея на руках фрагменты открытого текста, Сковелл мог делать обоснованные предположения о том, каким должен быть остальной открытый текст, и проверять их с помощью ранее перехваченных сообщений французов. Разведывательная информация, полученная Сковеллом, помогла английскому полководцу Артуру Веллингтону одержать ряд важных военных побед над наполеоновскими войсками в Испании. В мае 1813 года он заявил по этому поводу: «Хотя отчеты французского правительства и его должностных лиц о своей деятельности редко бывают правдивыми, тем не менее я полагаю, что мы можем пойти на риск и положиться на истинность того, что нам стало известно о французах благодаря нашему чтению их военных шифровок». Сковелл практически в одиночку добился главного достижения своего времени в области взлома кодов. Его по праву можно считать первым успешным военным дешифровальщиком.
Следует отметить, что сообщения подвергались засекречиванию с помощью кодирования и шифрования не только на европейских полях сражений. К примеру, во время американской войны за независимость[12] Джордж Вашингтон[13] активно пользовался кодами и шифрами для поддержания связи со своими генералами и шпионами. Однако именно западноевропейской криптологии было суждено выйти на передовые позиции в мире благодаря радикальной трансформации, которую она пережила в начале Первой мировой войны.