Gyvenimo būdas

Slapta kodų istorija: kiek iš tiesų asmeniškas yra jūsų išsiųstas elektroninis laiškas?

Tūkstantmečius karaliai, karalienės ir generolai valdė šalis, vadovavo kariuomenėms remdamiesi gerai organizuota ryšių sistema. Tačiau visi jie puikiai žinojo, kas bus, jei pranešimas pateks į svetimas rankas, varžovai sužinos didžiules paslaptis ir nepaprastai svarbi informacija bus perduota priešams.
Reading time 16 minutes
Markus Spiske / Unsplash nuotr.

Grėsmė, kad priešas perims pranešimus, ir skatino kodų bei šifrų – būdų, kaip užmaskuoti pranešimą taip, kad jį perskaitytų tik numatytasis gavėjas, – raidą.

 

Troškimas įslaptinti reiškia, kad šalyse veikia privalantys užtikrinti ryšių saugumą kodų kūrimo departamentai, kurie kuria ir diegia pačius sudėtingiausius kodus. O tuo metu priešo dekoduotojai stengiasi tuos kodus nulaužti ir sužinoti paslaptis. Dekoduotojai – kalbininkai, alchemikai – mistinė gentis, kuri stengiasi bereikšmius ženklus paversti suprantamais žodžiais. Kodų ir šifrų istorija – tai pasakojimas apie šimtmečių senumo kodų kūrėjų ir dekoduotojų kovą, intelektines ginklavimosi varžybas, dažnai drastiškai lėmusias istorijos eigą.

 

Rašydamas knygą „Kodų raida“ autorius pirmiausia siekė parodyti kodų evoliuciją. Žodis „evoliucija“ pats tinkamiausias, nes į kodų raidą galima žiūrėti kaip į kovą už būvį. Kodą nuolat puola dekoduotojai. Dekoduotojams sukūrus naują ginklą, kuris atskleidžia kodo silpnybes, kodas tampa bevertis. Jis arba išnyksta, arba išsivysto į naują, atsparesnį kodą. Šis naujas kodas savo ruožtu klesti, kol dekoduotojas atranda jo silpnybes, ir taip be galo, be krašto.

 

1613643245497349 amador loureiro bvynlchwqzs unsplash
Amador Loureiro / Unsplash nuotr.

Ištrauka iš knygos „Kodų raida. Slapta kodų ir dekodavimo istorija“ (leidykla „Briedis“)

Renesansas Vakaruose

800–1200 m. arabų mokslininkams buvo energingas intelektinių laimėjimų laikotarpis. O Europa tuo metu skendėjo viduramžiuose. Kai Alkindas aprašinėjo kriptoanalizės išradimą, europiečiai vis dar kamavosi aiškindamiesi kriptografijos pagrindus. Vienintelės institucijos Europoje, skatinusios mokytis slaptojo rašymo, buvo vienuolynai, kur vienuoliai nagrinėdavo Bibliją ir ieškodavo paslėptų reikšmių – susižavėjimas išlikęs iki šių dienų (žr. C priedą).

 

Viduramžių vienuolius labai domino tai, kad Senajame Testamente yra apgalvotų ir akivaizdžių kriptografijos pavyzdžių. Kaip antai Senajame Testamente yra tradicinio hebrajų pakeitimo šifro forma (hebr. atbaš) užšifruotų teksto dalių. Šifruojant atbaš, imama kiekviena raidė ir skaičiuojama, kurioje vietoje ji yra nuo abėcėlės pradžios, tuomet pakeičiama ta raide, kurios vieta yra tiksliai tokia pati nuo abėcėlės pabaigos. Anglų kalboje abėcėlės pradžios raidė a būtų keičiama abėcėlės pabaigoje esančia Z, b keičiama Y ir taip toliau. Pats terminas atbaš jau nurodo į pakeitimą, kurį jis apibrėžia, nes prasideda pirma hebrajų abėcėlės raide alefu, po jos eina paskutinė abėcėlės raidė tavas, tada eina antra abėcėlės raidė betas, o po jos antra raidė iš abėcėlės galo šynas. Atbašo pavyzdys aptinkamas pranašo Jeremijo knygos 25 skyriaus 26 eilutėje ir 51 skyriaus 41 eilutėje, kur „Babilonas“ (Babel) pakeičiamas žodžiu „Šešakas“ (Šešak); žodžio „Babilonas“ pirma raidė yra betas – antra hebrajų abėcėlės raidė, kuri pakeičiama šynu – antra nuo galo raide; antra žodžio „Babilonas“ raidė taip pat yra betas ir ji taip pat pakeičiama šynu; o paskutinė „Babilono“ raidė yra lamedas – dvylikta hebrajų abėcėlės raidė, kuri pakeičiama kafu – dvylikta raide nuo galo.

 

Atbašas ir kiti panašūs bibliniai šifrai turbūt buvo skirti tik suteikti mįslingumo, o ne prasmei nuslėpti, bet to pakako, kad kiltų rimtas susidomėjimas kriptografija. Europos vienuoliai iš naujo ėmė aiškintis senuosius pakeitimo šifrus, kūrė naujus ir laikui bėgant vėl pradėjo taikyti kriptografiją Vakarų civilizacijoje. Pirmą žinomą europietišką knygą, kurioje aprašomas kriptografijos panaudojimas, XIII a. parašė anglų pranciškonas ir eruditas Rodžeris Bekonas (Roger Bacon). „Laiške apie slaptus meno kūrinius ir magijos menkumą“ aprašyti septyni būdai, kaip įslaptinti pranešimus, ir yra įspėjimas: „Pamišėlis tas, kuris rašo paslaptį kaip nors kitaip, o ne taip, kad nuslėptų ją nuo prastuomenės.“

 

XIV a. kriptografija jau buvo plačiai paplitusi ir alchemikai bei mokslininkai naudojosi ja savo atradimams įslaptinti. Nors astronomas ir kriptografas Džefris Čoseris (Geoffrey Chaucer) labiau žinomas dėl literatūrinių kūrinių, jis sukūrė vieną garsiausių ankstyvojo europietiško šifravimo pavyzdžių. Traktatą apie astroliabiją Čoseris papildė keliomis pastabomis, pavadintomis „The equatorie of the planetis“ („Planetų pusiaujas“), kuriose buvo kelios užšifruotos pastraipos. Čoserio šifras tekstogramos raides pakeitė ženklais, pavyzdžiui, b pakeista į . Iš keistų ženklų, o ne raidžių susidedanti kriptograma iš pirmo žvilgsnio atrodo sudėtingesnė, tačiau faktiškai prilygsta tradiciniam raidžių pakeitimui. Šifravimo procesas ir apsaugos lygmuo yra visiškai tokie patys.

 

XV a. Europoje kriptografija klestėjo. Renesanso metu atgimę menai, mokslai ir švietimas ugdė kriptografijos įgūdžius, o politinių intrigų protrūkis visokeriopai skatino slaptą susirašinėjimą. Italija buvo ypač ideali terpė kriptografijai. Renesanso lopšys buvo sudarytas iš nepriklausomų miestų-valstybių, kurie visaip mėgino pergudrauti vienas kitą. Klestėjo diplomatija ir kiekviena valstybė siųsdavo savo ambasadorius į kitų šalių dvarus. Kiekvienas ambasadorius gaudavo atitinkamos valstybės vadovo pranešimus, kuriuose būdavo išsamiai aprašoma, kokią užsienio politiką privaloma vykdyti. Kiekvienas ambasadorius savo ruožtu siųsdavo surinktą informaciją, kurią pavykdavo gauti. Aišku, abi pusės kaip įmanydamos suskato šifruoti savo pranešimus, todėl kiekvienoje valstybėje buvo įsteigta šifravimo tarnyba ir kiekvienas ambasadorius turėjo sekretorių šifruotoją.

1613642751565328 eugeniya belova pwcm9xldfxo unsplash
Eugeniya Belova / Unsplash nuotr.

Tuo pačiu metu, kai kriptografija darėsi įprasta diplomatijos priemone, Vakaruose ėmė rastis kriptoanalizės mokslas. Vos tik diplomatai įgijo įgūdžių, reikalingų saugiems ryšiams sukurti, kaipmat atsirado tą apsaugą naikinantys asmenys. Labai tikėtina, kad Europoje kriptoanalizė atsirado savarankiškai, bet taip pat gali būti, jog ji atėjo iš arabų pasaulio. Islamo mokslo ir matematikos atradimai padarė didžiulę įtaką mokslo atgimimui Europoje ir kriptoanalizė galėjo būti tarp įvežtinių žinių.

 

Neabejotina, kad pirmasis didis Europos kriptoanalitikas buvo Džovanis Soro (Giovanni Soro), kuris 1506 m. buvo paskirtas Venecijos sekretoriumi šifruotoju. Soro garsėjo visoje Italijoje ir draugiškai nusiteikusios valstybės siųsdavo perimtus pranešimus kriptoanalizei į Veneciją. Net ir Vatikanas, turbūt antras aktyviausias kriptoanalizės centras, šiam kriptoanalitikui siųsdavo jam į rankas patekusius iš pirmo žvilgsnio neiššifruojamus pranešimus. 1526 m. popiežius Klemensas VII nusiuntė Soro du užšifruotus pranešimus ir abu gavo sėkmingai išanalizuotus. O kai vieną iš paties popiežiaus užšifruotų pranešimų perėmė florentiečiai, popiežius nusiuntė kopiją Soro vildamasis, jog tas jį nuramins, esą laiškas neiššifruojamas. Soro tvirtino negalįs įveikti popiežiaus šifro, duodamas suprasti, kad ir florentiečiai nepajėgs jo iššifruoti. Tačiau tai galėjo būti gudrus taktinis žingsnis, siekiant užliūliuoti Vatikano kriptografus ir suteikti jiems apgaulingą saugumo jausmą: juk gali būti, kad Soro nenorėjo atskleisti popiežiui jo šifro silpnybių, nes tai tik būtų paskatinę Vatikaną pereiti prie saugesnio šifro – tokio, kurio Soro nepajėgtų įveikti.

Neabejotina, kad pirmasis didis Europos kriptoanalitikas buvo Džovanis Soro, kuris 1506 m. buvo paskirtas Venecijos sekretoriumi šifruotoju. Soro garsėjo visoje Italijoje ir draugiškai nusiteikusios valstybės siųsdavo perimtus pranešimus kriptoanalizei į Veneciją.

Kitur Europoje dvarai irgi pradėjo samdyti įgudusius kriptoanalitikus, tokius kaip Filiberą Babu (Philibert Babou), Prancūzijos karaliaus Pranciškaus I kriptoanalitiką. Babu garsėjo kaip neįtikėtinai atkaklus kriptoanalitikas, kuris ištisas savaites nesiliaudamas dirbdavo kiauras paras, kol iššifruodavo perimtą pranešimą. Dėl to, Babu apgailestavimui, karalius nevaržomas užmezgė ilgalaikį romaną su Babu žmona. XVI a. pabaigoje pasirodžius Fransua Vijetui (François Viète), kuris su didžiausiu džiaugsmu nulauždavo ispanų šifrus, prancūzai išlavino savo dekodavimo meną. Ispanų kriptografai, kurie, pasirodo, buvo naivūs, palyginti su savo varžovais kituose Europos kraštuose, negalėjo patikėti sužinoję, kad jų pranešimai prancūzams tapo prieinami. Ispanijos karalius Pilypas II netgi kreipėsi su prašymu į Vatikaną tvirtindamas, kad vienintelis Vijeto kriptoanalizės paaiškinimas yra tai, kad „tas nevidonas eina išvien su velniu“. Pilypas II įrodinėjo, kad už savo demoniškus darbus Vijetas turėtų būti teisiamas konsistorijoje, tačiau popiežius, žinodamas, kad jo paties kriptoanalitikai ne vienus metus skaito ispanų šifrus, atmetė ispanų prašymą. Naujienos apie prašymą greitai pasiekė įvairių šalių šifravimo specialistus ir ispanų kriptografai tapo pajuokos objektu visoje Europoje.

1613642864706285 angel luciano orqemstc56c unsplash
Angel Luciano / Unsplash nuotr.

Ispanų gėda bylojo apie kriptografų ir kriptoanalitikų kovą. Tai buvo pereinamasis laikotarpis, kai kriptografai vis dar kliovėsi monoalfabetiniu pakeitimo šifru, o kriptoanalitikai jau buvo pradėję naudoti pasikartojimų analizę šifrui nulaužti. Tie, kurie dar neperprato pasikartojimų analizės galios, ir toliau kliovėsi monoalfabetiniu pakeitimu, nesuvokdami, kokiu mastu tokie kriptoanalitikai kaip Soro, Babu ir Vijetas skaitydavo jų pranešimus.

 

Tuo tarpu šalys, kurios suprato, koks silpnas monoalfabetinis pakeitimo šifras, labai norėjo sukurti geresnį šifrą, tokį, kuris taip apsaugotų jų valstybinius pranešimus, kad priešo kriptoanalitikai jų neiššifruotų. Vienas paprasčiausių būdų patobulinti monoalfabetinį pakeitimo šifrą buvo įvesti nulius, ženklus ar raides, kurios nebūtų tikrų raidžių pakaitalai, ir tiesiog beprasmius nieko nereiškiančius brūkšnius. Pavyzdžiui, teksto raides pakeitus skaičiais nuo 1 iki 99, liktų 73 nieko nereiškiantys skaičiai, kuriuos įvairiais pasikartojimais būtų galima išbarstyti per visą kriptogramą. Nuliai nekeltų jokių problemų tiems numatytiesiems gavėjams, kurie žinotų, jog į juos reikia nekreipti dėmesio. Tačiau pranešimą perėmusį priešą nuliai suglumintų, nes sutrikdytų ataką per pasikartojimų analizę. Lygiai toks pat paprastas patobulinimas buvo tai, kad prieš užšifruodami pranešimą kriptografai kartais tyčia neteisingai parašydavo žodžius. Dil tu sudrinka passėkartoiimu puzzauzvira – ir kriptoanalitikui sunkiau išanalizuoti pasikartojimus. Tačiau numatytasis gavėjas, kuris žino raktą, gali iššifruoti pranešimą ir tada sutvarkyti neteisingą, bet ne neperskaitomą rašybą.

 

Kitas mėginimas padaryti monoalfabetinį pakeitimo šifrą saugesnį buvo kodinių žodžių įvedimas. Šnekamojoje kalboje žodžio „kodas“ reikšmė labai plati ir juo dažnai apibūdinami visi slaptų ryšių būdai. Tačiau, kaip minėta įvade, šio žodžio reikšmė labai apibrėžta ir juo apibūdinama tik tam tikra pakeitimo forma. Kol kas kalbėjome apie pakeitimo šifrą, kai kiekviena raidė pakeičiama kitokia raide, skaičiumi ar ženklu. Tačiau pakeitimas galimas ir kur kas aukštesniu lygmeniu, kai kiekvieną žodį atitinka kitas žodis ar ženklas, ir tai būtų kodas. Pavyzdžiui:

 

assassinate = D general = Σ immediately = 08

blackmail = P king = Ώ today = 73

capture = J minister = ψ tonight = 28

protect = Z prince = ϴ tomorrow = 43

 

Tekstograma = assassinate the king tonight („šiąnakt nužudykite karalių“)

Užkoduotas pranešimas = D-Ώ-28

 

Tiksliau sakant, kodas – tai pakeitimas žodžių ar frazių lygmeniu, o šifras – raidžių lygmeniu. Todėl „užšifruoti“, vadinasi, šifru užšifruoti pranešimą, o „užkoduoti“ – kodu užšifruoti pranešimą. Taip pat ir „dešifruoti“ vartojamas užšifruotam pranešimui iššifruoti, o „dekoduoti“ – užkoduotam pranešimui iššifruoti. Žodžiai „užšifruoti“ ir „iššifruoti“ bendresni ir apima ir kodų, ir šifrų užšifravimą ir iššifravimą. 7 pav. glaustai pavaizduota šių apibrėžčių diagrama. Iš esmės laikysiuosi šių apibrėžčių, tačiau kai prasmė aiški, apibrėždamas procesą, kuris iš tikrųjų yra „kodo įveikimas“, galiu vartoti žodį „dekodavimas“: žiūrint formaliai, pastaroji frazė tiksli, bet pirmoji – plačiai pripažinta.

 

Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad kodai saugesni nei šifrai, nes žodžiai kur kas atsparesni pasikartojimų analizei nei raidės. Norint iššifruoti monoalfabetinį šifrą, jums reikės tik nustatyti tikrąją kiekvieno iš 26 ženklų reikšmę, o kodui iššifruoti – nustatyti tikrąją šimtų ar net tūkstančių kodinių žodžių reikšmę. Tačiau atidžiau nagrinėdami kodus matome, kad, palyginti su šifrais, jie turi du pagrindinius trūkumus.

 

Pirma, kai tik siuntėjas ir gavėjas susitaria dėl 26 raidžių (rakto) šifro abėcėlėje, jie gali užšifruoti visus pranešimus, bet, siekiant to paties lankstumo naudojant kodą, kiekvienam iš tūkstančių galimų tekstogramos žodžių jiems reikės pedantiškai nustatyti kodinį žodį. Kodų žurnalą sudarytų šimtai puslapių ir jis primintų žodyną. Kitaip tariant, sudaryti kodų žurnalą – didžiulis uždavinys, o jį nešiotis – didžiulis nepatogumas.

 

Antra, jei priešas pagrobtų kodų žurnalą, pasekmės būtų pražūtingos. Visi užkoduoti pranešimai priešui akimirksniu taptų visiškai aiškūs. Siuntėjams ir gavėjams tektų iš naujo pedantiškai sudarinėti visiškai naują kodų žurnalą, tada tas naujas sunkus tomas turėtų būti išdalytas visiems ryšių tinklo dalyviams, o tai reikštų, kad jį tektų saugiai nugabenti ir saugiai įteikti kiekvienam ambasadoriui. O jei priešui pavyksta pagrobti šifro raktą, tada palyginti lengva sudaryti naują šifro abėcėlę iš 26 raidžių, kurią paprasta įsiminti ir išplatinti.

1613643403529425 patrick tomasso oaqk7qqnh c unsplash
Patrick Tomasso / Unsplash nuotr.

Dar XVI amžiuje kriptografai įvertino kodams būdingus trūkumus, todėl dažniausiai kliovėsi šifrais, kartais nomenklatūra. Nomenklatūra – užšifravimo sistema, pagrįsta šifro abėcėle, kuri naudojama daugeliui pranešimų užšifruoti, ir ribotu kodinių žodžių sąrašu. Pavyzdžiui, nomenklatūrą gali sudaryti pirmas puslapis su šifro abėcėle ir antras puslapis su kodinių žodžių sąrašu. Kad ir kiek kodinių žodžių pridedama, nomenklatūra – nė kiek ne saugesnė nei paprastas šifras, nes didžiąją pranešimo dalį galima iššifruoti taikant pasikartojimų analizę, o likusius užkoduotus žodžius atspėti iš konteksto.

 

Geriausi kriptoanalitikai ne tik susitvarkydavo su įdiegta nomenklatūra, bet ir sugebėdavo įveikti prastai surašytus pranešimus bei esamus nulius. Trumpai tariant, jie sugebėdavo iššifruoti daugelį užšifruotų pranešimų. Savo įgūdžiais jie užtikrino nesibaigiantį atskleistų paslapčių srautą, o tai padarė įtaką jų ponų ir ponių sprendimams, kurie kritiniais momentais nulemdavo Europos istoriją.

 

Niekas taip ryškiai neatskleidžia kriptoanalizės svarbos, kaip Škotijos karalienės Marijos Stiuart atvejis. Teismo sprendimas priklausė tik nuo karalienės Marijos kriptografų ir karalienės Elžbietos dekoduotojų mūšio baigties. Marija Stiuart buvo viena reikšmingiausių XVI amžiaus asmenybių – Škotijos ir Prancūzijos karalienė, pretendentė į Anglijos sostą, kurios likimą vis dėlto nulems popieriaus skiautė – pranešimas, kuris buvo joje surašytas, ir bus ar nebus jis iššifruotas.

Niekas taip ryškiai neatskleidžia kriptoanalizės svarbos, kaip Škotijos karalienės Marijos Stiuart atvejis. Teismo sprendimas priklausė tik nuo karalienės Marijos kriptografų ir karalienės Elžbietos dekoduotojų mūšio baigties.

Nuolatinė kodų kūrėjų ir dekoduotojų kova atnešė didžiulių mokslinių laimėjimų. Kodų kūrėjai nuolat stengiasi sukurti vis atsparesnius kodus pranešimams apsaugoti, o dekoduotojai nuolat sugalvoja vis veiksmingesnių būdų jiems atremti. Stengdamosi pažeisti arba išsaugoti slaptumą, abi pusės pasitelkia įvairias disciplinas ir technologijas, pradedant matematika ir baigiant kalbotyra ar pradedant informacinėmis technologijomis ir baigiant kvantine teorija. Mainais kodų kūrėjai ir dekoduotojai praturtino šias disciplinas ir savo veikla paskatino technologijų plėtrą, ypač šiuolaikinio kompiuterio raidą.

 

Tai pirmoji didelės apimties šifravimo istorija, kurioje autorius tiria jo raidą, populiariai ir vaizdžiai atskleidžia sudėtingas slaptų kodų paslaptis ir lemiamus jų padarinius karuose, tautų ir pavienių žmonių gyvenime – nuo Škotijos karalienės Marijos Stiuart, kuri buvo nuteista myriop iššifravus jos pačios kodą, navahų kodakalbių, padėjusių sąjungininkams laimėti Antrąjį pasaulinį karą, iki saugų internetą užtikrinusio neįtikėtino logistikos proveržio. Pateikiami aiškūs techniniai ir matematiniai paaiškinimai, įžymių asmenybių, sukūrusių ir iššifravusių pačius sudėtingiausius pasaulyje kodus, portretai.

Paskutinis šios knygos skyrius – mėginimas prognozuoti, kas laimės kodų kūrėjų ir dekoduotojų kovą už būvį. Ar kada nors kodų kūrėjai sukurs tikrai neįveikiamą kodą ir visiško slaptumo paieškos bus sėkmingai baigtos? O gal dekoduotojai sukurs mašiną, galinčią iššifruoti bet kurį pranešimą?

 

Leidyklos „Briedis“ pristatoma Simono Singho knyga „Kodų raida. Slapta kodų ir dekodavimo istorija“ galiausiai privers jus susimąstyti, kiek iš tikrųjų asmeniškas yra ką tik jūsų išsiųstas elektroninis laiškas.

 

susiję straipsniai

Rekomenduojame