Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Криптография в первую мировую войну

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………………….3
Основная часть…………………………………………………………………………….4

Криптография в первую мировую войну…………………………………………….4
Время между войнами…………………………………………………………………6
Криптография во вторую мировую войну…………………………………………....7
Криптография нового времени………………………………………………………11

Заключение………………………………………………………………………………..13
Список используемой литературы………………………………………………….…14
Приложения………………………………………………………………………………15

Введение

Криптогра́фия (от др.-греч. κρυπτός — скрытый и γράφω — пишу) — наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности (целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации1.

Изначально криптография изучала методы шифрования информации — обратимого преобразования открытого (исходного) текста на основе секретного алгоритма и/или ключа в шифрованный текст (шифротекст). Традиционная криптография образует раздел симметричных криптосистем, в которых зашифрование и расшифрование проводится с использованием одного и того же секретного ключа. Помимо этого раздела современная криптография включает в себя асимметричные криптосистемы, системы электронной цифровой подписи (ЭЦП), хеш-функции, управление ключами, получение скрытой информации, квантовую криптографию.

Криптография — одна из старейших наук, её история насчитывает несколько тысяч лет. В этой работе же будет представлено развитие криптографии в 20-ом веке.

Основная часть

20-й век- век двух мировых войн, век научно-технического прогресса, век социальных потрясений и передела государственных границ.

В этом веке криптография стала электромеханической, затем электронной. Это означает, что основными средствами передачи информации стали электромеханические и электронные устройства. Это преобразило всю криптографию, поскольку расширились возможности доступа к шифрованному тексту и появились возможности влияния на открытый текст.

Криптография в период Первой мировой войны

Во время первой мировой войны криптография, и, в особенности, криптоанализ становится одним из инструментов ведения войны.

Поскольку главным шифрсредством во время первой мировой войны были коды, которые не удавалось сохранить от компрометации, то участники военных действий взаимно читали переписку друг друга. В полевых условиях применялись:

решетка Кардано (Германия и Австро-Венгрия);
шифр Плейфер (Англия);
шифр двойной перестановки (Франция);
шифр гаммирования цифровой гаммой (Россия)2.

С применением шифров связан ряд трагических событий, из которых упомянем лишь разгром двух русских армий - Ранненкампа и Самсонова в Восточной Пруссии в августе 1914 года, которое произошло из-за плохой организации шифрсвязи и вынужденной связи между этими армиями по радио без всякого шифра.

Война преобразила криптографию. В связи с применением радио для управления войсками расширились возможности добычи шифртекста. В этот период получили развитие методы дешифрования, основанные на парах открытых и шифрованных текстов, на шифртекстах, полученных на одном ключе, на использовании вероятных ключей. Находкой для криптографов было использование в качестве лозунгов пословиц, поговорок, патриотических призывов. В математическом плане получили развитие вероятностно-статистические методы, использующие частоту знаков, биграмм, триграмм и т.д3.

Другое новшество этого периода - появление специализации в криптографической деятельности. Появляются группы по дешифрованию кодов и по дешифрованию полевых шифров, по добыче перехвата, по обработке информации, полученной из открытых и агентурных источников и т.д.

Российская империя

В русской армии в начале XX века наиболее широко использовались словарные ключи — тип шифров, в котором каждому слову из определённого специализированного словаря сопоставлялось одно или несколько кодовых чисел из трёх-пяти цифр. Ключ Военного министерства № 6 1906 года представлял собой трёхзначный многовариантный цифровой код с маскировкой и скрытым началом сообщения. Ключ Военного министерства № 7 1905 года был алфавитным трёхзначным цифровым кодом на 900 словарных величин, размещённых на 18 таблицах 5 x 10. Эти шифры использовались для передачи сообщений по телеграфу и радио.

Уже осенью 1914 года часть русских военных шифров была расшифрована австрийцами. Вскоре после этого русский шифр был изменён на новый. Началось соревнование между шифровщиками и вражескими дешифровщиками. К весне 1915 года в русских войсках полностью отказались от старой системы шифров и стали применять простой шифр Цезаря. 17 июня 1916 года в русской армии был введён новый тип шифра с 300 шифровальными группами. Однако полной секретности сообщений добиться так и не удалось.4

Русский флот, по сравнению с армией, добился намного больших успехов в шифровальной войне. Вскоре после начала войны 26 августа 1914 года возле острова Ольденсхольм сел на камни и был уничтожен русским флотом германский крейсер «Магдебург». Лейтенант Михаил Васильевич Гамильтон посланный капитаном Адрианом Ивановичем Непениным нашёл в капитанской каюте германскую книгу кодов. Впоследствии русскими водолазами была извлечена из воды вторая копия германской кодовой книги, выброшенная немцами за борт. Немецкий морской шифр был расшифрован. В 1914 году германский шифр был передан британским союзникам. Капитан I ранга Кедров и капитан II ранга Смирнов вручили его Первому лорду Адмиралтейства Уинстону Черчиллю в присутствии Первого морского лорда (начальника Морского Генерального штаба) принца Людвига Баттенбергского и начальника штаба контр-адмирала Оливера. Для перехвата германских радиосообщений в Балтийском море и в Севастополе были построены специальные подслушивающие станции. Несколько раз немцы и турки (которые пользовались немецким шифром) меняли свой шифр, не трогая его системы, и всякий раз он был разгадан русскими дешифровщиками.

Благодаря расшифровке немецких радиограмм в Балтийском море русский флот были точно осведомлён о составе и действиях неприятельских сил. Такое же гигантское преимущество над немецким флотом получил британский флот, что во многом определило исход войны на море в первую мировую войну.5

Британская империя

С началом Первой мировой в британском Адмиралтействе было создана специальное подразделение занимавшееся дешифровкой немецких сообщений, известное как комната 40 (официальное название NID25). За всю войну это подразделение расшифровало около 15,000 германских сообщений. Расшифровка немецких сообщений сыграла важную роль в сражении при Доггер-банке и Ютландском сражении.6

Пожалуй наиболее важным достижением комнаты 40 была расшифровка Телеграммы Циммермана (Приложение 1), подтолкнувшая США к вступлению в войну на стороне Антанты.

Франция

Наиболее драматическим моментом в криптографии Франции был июнь 1918 года, когда было жизненно необходимо узнать направление немецкого наступления на Париж. Жорж Панвэн (фр. Georges Painvin) сумел за несколько напряжённых дней, потеряв 15 килограмм веса, вскрыть немецкий шифр ADFGVX в результате Париж был спасён.7

Германская империя

Каждой немецкой дивизии был придан профессор математики, специалист по криптоанализу, немцы читали радиопередачи русских войск, что, в частности, обеспечило сокрушительную победу немцев над превосходящими силами русской армии в Битве при Танненберге. Впрочем, из-за недостатка криптографов, а также телефонных проводов, русские часто вели передачи по радио открытым текстом. Так или иначе, генерал Людендорф к 11 вечера имел в своём распоряжении все русские депеши за день.8

Криптография в период между мировыми войнами

Между мировыми войнами появляются во всех ведущих странах электромеханические шифраторы. Они были двух типов - на коммутационных дисках или роторах и на цевочных дисках. Примером первого типа является известная шифрмашина «Энигма» (Приложение 2), которой были оснащены германские сухопутные войска. Примером второго типа является американская шифрмашина «М-209»9 (Приложение 3).

Коммутационный диск представляет собой полый диск с нанесенными с двух сторон контактами, соответствующими алфавитам открытого и шифрованного текста, причем они соединены между собой по некоторой подстановке, называемой коммутацией диска. Эта коммутация определяет замену букв в начальном угловом положении. При изменении углового положения диска изменяется соответствующая замена на сопряженную подстановку.

          Шифратор представляет собой устройство из коммутационных дисков и механизма изменения их угловых положений. Шифратор «Энигма» состоял из 4-х коммутационных дисков, которые изменяли свои угловые положения по принципу «счетчика». Она имела несколько модификаций. Одну идею в криптографическом отношении можно считать революционной- каждый диск дважды участвовал в шифровании, что усложняло анализ шифра.
        Шифрмашина «М-209» состояла из 6 колес размера 26, 25, 23, 21,19,17 .каждое из которых имел выступы и по окружности. Эта 6-мерная комбинация выступов (их число 64) с помощью механического устройства превращалась в число на которое сдвигается буква открытого текста. Изменение угловых положений дисков осуществлялось равномерным их вращением. Ясно, что шифратор реализует шифр гаммирования.
          Советский Союз производил шифрмашины обоих названных типов.

Криптография в период Второй мировой войны

Таким образом перед второй мировой войной все ведущие страны имели на вооружении электромеханические шифрсистемы, обладающие высокой скоростью обработки информации и высокой стойкостью. Считалось, что применяемые системы недешифруемы и наступил конец криптографии. Впоследствии в ходе войны это мнение было опровергнуто и все участники военных действий имели криптографические успехи, а шифровальные службы были непосредственным участником военных действий.10

Германия

История самой известной электрической роторной шифровальной машины — «Энигма» — начинается в 1917 году — с патента, полученного голландцем Хьюго Кохом. В следующем году патент был перекуплен Артуром Шербиусом, начавшим коммерческую деятельность с продажи экземпляров машины, как частным лицам, так и немецким армии и флоту.

Германские военные продолжают совершенствовать «Энигму». Без учёта настройки положения колец (нем. Ringstellung), количество различных ключей составляло 1016. В конце 1920-х — начале 1930 годов, несмотря на переданные немецким аристократом Хансом Тило-Шмидтом данные по машине, имевшиеся экземпляры коммерческих вариантов, британская и французская разведка не стали браться за задачу криптоанализа. Вероятно, к тому времени они уже сочли, что шифр является невзламываемым. Однако группа из трёх польских математиков так не считала, и, вплоть до 1939 года, вела работы по «борьбе» с «Энигмой», и даже умела читать многие сообщения, зашифрованными «Энигмой» (в варианте до внесения изменений в протокол шифрования от декабря 1938 года). Среди результатов, переданных британским разведчикам перед захватом Польши Германией, были и «живые» экземпляры «Энигмы», и электромеханическая машина «Bomba», состоявшая из шести спаренных «Энигм» и помогавшая в расшифровке (прототип для более поздней «Bombe» Алана Тьюринга), а также уникальные методики криптоанализа.11

Дальнейшая работа по взлому была организована в Блетчли-парке (англ. Bletchley Park), сегодня являющемся одним из предметов национальной гордости Великобритании. В разгар деятельности центр «Station X» насчитывал 12 тысяч человек, но, несмотря на это, немцы не узнали о нём до самого конца войны. Сообщения, расшифрованные центром, имели гриф секретности «Ultra» — выше, чем использовавшийся до этого «Top Secret» (по одной из версий отсюда и название всей британской операции — «Операция Ультра»). Англичане предпринимали повышенные меры безопасности, чтобы Германия не догадалась о раскрытии шифра. Ярким эпизодом является случай с бомбардировкой Ковентри 14 февраля 1940 года, о которой премьер-министру Великобритании Уинстону Черчиллю было известно заранее благодаря расшифровке приказа. Однако Черчилль, опираясь на мнение аналитиков о возможности Германии догадаться об операции «Ультра», принял решение о непринятии мер к защите города и эвакуации жителей.

Хотя для СССР существование и даже результаты работы «Station X» секрета не представляли. Именно из результатов сообщений, дешифрованных в «Station X», СССР узнал о намечающемся «реванше» Гитлера за Сталинградскую битву и смог подготовиться к операции на Курском направлении, получившем названии «Курская дуга».

С современной точки зрения шифр «Энигмы» был не очень надёжным, но только сочетание этого фактора с наличием множества перехваченных сообщений, кодовых книг, донесений разведки, результатов усилий военных и даже террористических атак позволило «вскрыть» шифр.

Однако с 1940 года высшее германское командование начало использовать новый метод шифрования, названный британцами «Fish». Для шифрования использовалось новое устройство «Lorenz SZ 40» (Приложение 4), разработанное по заказу военных. Шифрование основывалось на принципе одноразового блокнота (шифр Вернама, одна из модификаций шифра Виженера, описанная в 1917 году) и при правильном использовании гарантировало абсолютную криптостойкость (что было доказано позже в работах Шеннона). Однако для работы шифра требовался «надёжный» генератор случайной последовательности, который бы синхронизировался на передающей и принимающей стороне. Если криптоаналитик сумеет предсказать следующее число, выдаваемое генератором, он сможет расшифровать текст.

К сожалению для Германии, генератор, используемый в машинах «Lorenz SZ 40» оказался «слабым». Однако его взлом всё равно нельзя было осуществить вручную — криптоаналитикам из Блетчли-парка потребовалось создать устройство, которое бы перебирало все возможные варианты и избавляло бы криптоаналитиков от ручного перебора. Таким устройством стала одна из первых программируемых вычислительных машин «Colossus», созданная Максом Ньюменом (англ. Max Newman) и Томми Флауэрсом (англ. Tommy Flowers) при участии Алана Тьюринга в 1943 году (хотя некоторые источники указывают, что она была сделана для взлома «Энигмы»). Машина включала 1600 электронных ламп и позволила сократить время, требуемое на взлом сообщений, с шести недель до нескольких часов.12

СССР

В армии и флоте СССР использовались шифры с кодами различной длины — от двух символов (фронт) до пяти (стратегические сообщения). Коды менялись часто, хотя иногда и повторялись на другом участке фронта. По ленд-лизу СССР получил несколько M-209, которые использовались как основа для создания своих собственных шифровальных машин, хотя об их использовании неизвестно.13

Также для связи высших органов управления страной (в том числе Ставки Верховного Главнокомандования) и фронтами использовалась ВЧ-связь. Она представляла собой технические средства для предотвращения прослушивания телефонных разговоров, которые модулировали высокочастотный сигнал звуковым сигналом от мембраны микрофона. Уже во время Второй мировой войны механизм заменили на более сложный, который разбивал сигнал на отрезки по 100—150 мс и три-четыре частотных полосы, после чего специальный шифратор их перемешивал. На приёмном конце аналогичное устройство производило обратные манипуляции для восстановления речевого сигнала. Криптографической защиты не было, поэтому используя спектрометр можно было выделить используемые частоты и границы временных отрезков, после чего медленно, по слогам, восстанавливать сигнал.

Во время советско-финской войны (1939—1940) Швеция успешно дешифровывала сообщения СССР и помогала Финляндии. Так, например, во время битвы при Суомуссалми успешный перехват сообщений о продвижении советской 44-й стрелковой дивизии помог Карлу Маннергейму вовремя выслать подкрепления, что стало залогом победы. Успешное дешифрование приказов о бомбовых ударах по Хельсинки позволяло часто включить систему оповещения о воздушном ударе ещё до того, как самолёты стартуют с территории Латвии и Эстонии.

30 декабря 1937 года был образовано 7-е отделение (в дальнейшем — 11-й отдел) Управления разведки Наркомата ВМФ, задачей которого являлось руководство и организация дешифровальной работы. В годы войны на дешифровально-разведочной службе СССР состояло не более 150 человек, однако всё равно, по мнению Вадима Тимофеевича Кулинченко — капитана 1 ранга в отставке, ветерана-подводника, ДРС показала «удивительную результативность и эффективность». В 1941—1943 годах ДРС Балтийского флота было взломано 256 германских и финляндских шифров, прочитано 87 362 сообщения. ДРС Северного флота (всего — 15 человек) взломала 15 кодов (в 575 вариантах) и прочитала более 55 тыс. сообщений от самолётов и авиабаз противника, что, по оценке Кулинченко, «позволило полностью контролировать всю закрытую переписку ВВС Германии». ДРС СФ также раскрыто 39 шифров и кодов используемых аварийно-спасательной, маячной и радионавигационной службами и береговой обороны противника и прочитано около 3 тыс. сообщений. Важные результаты были получены и по другим направлениям. ДРС Черноморского флота имело информацию и о текущей боевой обстановке, и даже перехватывало некоторые стратегические сообщения.14

Ограничимся упоминанием теоретического открытия, оказавшего существенное влияние на развитие криптографии. Речь идет о работе американского инженера К.Шеннона «Теория связи в секретных системах», выполненной в 1945 году (опубликованной в 1949 году) и работе советского ученого-радиотехника В.А. Котельникова «Основные положения автоматической шифровки», датированной 19 июня 1941 года. В данных работах были сформулированы и доказаны математическими средствами необходимые и достаточные условия недешифруемости системы шифра. Они заключаются в том, что получение противником шифртекста не изменяет вероятностей используемых ключей. При этом было установлено, что единственным таким шифром является так называемая лента одноразового использования, когда открытый текст шифруется с помощью случайного ключа такой же длины. Это обстоятельство делает абсолютно стойкий шифр очень дорогим в эксплуатации.
Упомянем также об участии математиков в этот период в криптографической работе. В Англии во время войны к криптографической работе был привлечен А.Тьюринг, известный работами по формализации концепции вычислимости и разрешимости, автор «машины Тьюринга». В США С.Куллбак-крупный специалист по математической статистике, в Советском Союзе крупные математики А.А.Марков и А.О.Гельфонд. А.А. Марков известен работами по теории алгоритмов, автор теории «нормальных алгоритмов», которые сейчас называются алгоритмами Маркова. А.О.Гельфонд крупный специалист по теории чисел, известный решением проблемы Гильберта №7 о трансцендентности степеней алгебраических чисел15.

Успешные результаты по чтению зашифрованной японской дипломатической переписки позволили сделать вывод о том, что Япония не намерена начинать военные действия против СССР. Это дало возможность перебросить большое количество сил на германский фронт.

Криптография нового времени

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 шифрования16.

В 70-х годах американские математики 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. Дешифрование данной системы представляет собой известную математическую задачу «дискретное логарифмирование», для которой к настоящему моменту не найдено эффективных алгоритмов.
Другая система шифра - система Меркля-Хеллмана основана на известной математической проблеме «о рюкзаке», заключающейся в представлении натурального числа в виде суммы чисел из множества заданных. Данная проблема относится к классу NP-полных проблем, что соответствует ее труднорешаемости17.

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 привело 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.

Заключение

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 «второй грамотностью» наравне с владением компьютером и информационными технологиями.

Список используемой литературы

Бабаш А.В., Шанкин Г.П. История криптографии. Часть I. — М.: Гелиос АРВ, 2002. — 240 с.;
Жельников В. Кpиптогpафия от папиpуса до компьютеpа. — М.: ABF, 1996. — 335 с.;
Нечаев В. И. Элементы криптографии (Основы теории защиты информации). — М.: Высшая школа, 1999. — 109 с.;
Партала М. А. Радиоразведка балтийского флота в Первую мировую войну;
Рябко Б. Я., Фионов А. Н. Основы современной криптографии для специалистов в информационных технологиях. М.: Научный мир, 2004;
http://kryptography.narod.ru/second_ww.html.

Приложения

Приложение 1. Телеграмма Циммермана.

Приложение 2. Шифрмашина «Энигма».

Приложение 3. Шифрмашина «М-209».

Приложение 4. «Lorenz SZ 40».

1 http://ru.wikipedia.org

2 Бабаш А.В., Шанкин Г.П. История криптографии. Часть I. — М.: Гелиос АРВ, 2002.

3 См. ссылку 2.

4 Бабаш А.В., Шанкин Г.П. История криптографии. Часть I. — М.: Гелиос АРВ, 2002.

5 Партала М. А. Радиоразведка балтийского флота в Первую мировую войну.

6 Жельников В. Кpиптогpафия от папиpуса до компьютеpа. — М.: ABF, 1996

7 См. ссылку 6.

8 См. ссылку 6.

9 http://kryptography.narod.ru/second_ww.html.

10 Нечаев В. И. Элементы криптографии (Основы теории защиты информации). — М.: Высшая школа, 1999.

11 http://kryptography.narod.ru/second_ww.html

12 См. ссылку 11.

13 Партала М. А. Радиоразведка балтийского флота в Первую мировую войну

14 Бабаш А.В., Шанкин Г.П. История криптографии. Часть I. — М.: Гелиос АРВ, 2002

15 http://kryptography.narod.ru/second_ww.html

16 Рябко Б. Я., Фионов А. Н. Основы современной криптографии для специалистов в информационных технологиях. М.: Научный мир, 2004

17 Рябко Б. Я., Фионов А. Н. Основы современной криптографии для специалистов в информационных технологиях. М.: Научный мир, 2004

Криптография в первую мировую войну 📙 Контрольная → 🆔 81588