Проект Турнир шифровальщиков/Криптографические машины
Содержание |
Криптографические машины
(Название, дата изобретения, назначение и применение)
Телеграфный аппарат Морзе
Для того, чтобы телеграф стал надежным устройством связи, необходимо было создать аппарат, который, который мог бы записывать передаваемую информацию. Первый такой аппарат с самопишущим прибором был изобретён в 1837 г. американским учёным Сэмюелем Морзе.
Главными частями аппарата были передающее устройство — ключ, и принимающее — пишущий прибор. Ключ Морзе состоял из металлического рычага, который вращался вокруг горизонтальной оси. Как на передней, так и на задней оси его находились маленькие металлические конусы, каждый из которых касался лежащих под ним пластинок, вследствие чего происходило замыкание тока. Обозначим все контакты ключа цифрами. Передний конус – 1, а задний -3. Лежащие под ними пластинки соответственно 2-й и 4-й контакты. В положении ключа, когда ручка не опущена, контакты 3 и 4 замкнуты, а 1 и 2 – разомкнуты. Пластинка 2 соединена с проводником батареи. С телом рычага соединена проводная проволока к отдалённой станции, между тем как пластинка 4 имеет связь с пишущим прибором. На принимающей станции принимающий провод идет к принимающему магниту.
Когда приходила телеграмма, то электрический ток проходил по рычагам ключа таким образом, что из проволоки он поступал в пластину 4 и затем — в пишущий прибор (контакты 1 и 2 в это время были разъединены). При отправлении телеграмм контакты 3 и 4 разъединяли. Тогда ток от батареи при замыкании контактов 1 и 2 шел на станцию приема. Если телеграфист замыкал цепь на короткое время — проходил короткий сигнал, если держал ключ внизу дольше — сигнал получался более длинный.
Пишущий прибор на приемной станции преобразовывал эти сигналы в систему точек и тире. Работал он следующим образом. От передающей станции ток поступал на спирали М и Ml. Находящиеся в них куски железа намагничивались и притягивали железную пластину В. Вследствие этого штифт О, находившийся на другом плече А, прижимался к бумажной полосе Р, которая свертывалась с кружка R посредством валиков V и W по направлению, указанному стрелкой. При этом конец штифта, на котором был карандаш, писал на ленте точки или тире, в зависимости оттого прижимался он на короткое или на более длительное время. Как только действие тока прекращалось (это бывало каждый раз, когда телеграфист на передающей станции размыкал ключом цепь), пружина f натягивала штифт вниз, вследствие чего пластина В отходила от электромагнита. Движение валиков V и W проходило от часового механизма, который приводился в действие опусканием гири G. Степень отклонения рычага можно было отрегулировать с помощью винтов m и n.
Шесть лет ушло у Сэмюеля Морзе на тщетные попытки заинтересовать правительство США своим изобретением. Только в 1843 году конгресс США принял решение ассигновать 30 тысяч долларов на строительство первой телеграфной линии длиной 64 км между Вашингтоном и Балтимором. Сначала ее прокладывали под землей, но потом обнаружилось, что изоляция не выдерживает сырости. Пришлось срочно исправлять положение и тянуть проволоку над землёй. 24 мая 1844 года была торжественно отправлена первая телеграмма. Через четыре года телеграфные линии имелись уже в большинстве штатов.
В 1858 г. Чарльз Уитстон создал систему, в которой оператор с помощью кода Морзе набивал сообщения на длинной бумажной ленте, поступавшей в телеграфный аппарат. На другом конце провода самописец набивал принятое сообщение на другую бумажную ленту. В последствии самописец заменили сигнализатором, преобразовывавшим точки и тире в долгие и краткие звуки. Операторы слушали сообщения и записывали их перевод.
Литература
- Рыжов К.В. 100 великих изобретений – М.: Вече, 2000. – 528 с.
Энигма
«Энигма» в переводе с греческого языка означает «загадка». В течение Второй мировой войны это был наиболее распространенный шифратор, который использовался в Германии (и в странах-союзниках, например, в Италии и Японии), а также в нейтральной Швейцарии.
Основываясь на шифровальном диске, созданном голландцем Хуго Кохом, «Энигму» разработал немецкий инженер Артур Шербиус, запатентовавший свое изобретение 18 февраля 1918 года.
Устройство шифратора
1 – диски;
2 – рефлектор;
3 – клавиатура;
4 – индикаторные лампы;
5 – штепсельная панель
Первоначально он состоял из трех вращающихся на одной оси барабанов – дисков (позже их стало больше). На каждой стороне диска, представлявшего собой зубчатое колесо, по окружности имелось двадцать шесть электрических контактов – по числу букв в латинском алфавите. Контакты с обеих сторон случайным образом соединялись внутри диска двадцатью шестью проводами, формировавшими замену символов. Диски складывались вместе и их контакты, касаясь друг друга, обеспечивали прохождение электрических импульсов сквозь весь набор дисков на регистрирующее устройство. На боковой поверхности дисков был нанесен алфавит. Перед началом работы диски поворачивались таким образом, чтобы установилось кодовое слово.
В момент нажатия клавиши происходило шифрование очередного знака открытого текста. При этом электрический импульс поступал с клавиатуры и проходил через систему дисков, после чего левый диск поворачивался на один шаг. Движение дисков происходило как в счетчике электроэнергии. После того как первый диск делал полный оборот, на один шаг поворачивался второй диск. После полного поворота второго диска сдвигался на один шаг третий диск.
После прохождения через три диска электрический сигнал поступал на рефлектор, который представлял собой тринадцать проводников, соединявших пары различных контактов на задней стороне третьего диска. С его помощью сигнал шел обратно через диски, но уже по другому пути. Выходивший из системы дисков сигнал поступал на лампочку-индикатор, которая указывала на букву шифрованного текста.
Как правило, с «Энигмой» работали три человека. Один зачитывал открытый текст, другой набирал его на клавиатуре, третий считывал шифртекст с ламп и записывал его.
«Энигма» была портативной (размером с пишущую машинку), работала от батареи, имела деревянный футляр. Один из недостатков шифратора заключался в том, что на первых порах он не был снабжен печатающим устройством для воспроизводства шифртекста, впрочем, в более поздних модификации это неудобство был устранено.
В 1930 году «Энигма» была модернизирована. В ее конструкцию включили штепсельную (коммутационную) панель из двадцати шести пар розеток и штепселей. С помощью этой панели осуществлялась дополнительная замена знаков перед тем, как знаки открытого текста в виде электрических сигналов поступали с клавиатуры на систему дисков, и после того, как они ее покидали. У коммерческих вариантов шифратора такая панель отсутствовала.
Ключами шифратора являлись следующие элементы:
- Коммутации дисков. Они формировали долговременный ключ шифратора. Заметим, что количество возможных коммутаций для одного диска равно числу 26! = =26X25X... X2 X1 различных перестановок двадцати шести элементов, что составляет приблизительно 4 X10 (26) вариантов.
- Выбор дисков из комплекта и взаимное расположение их в шифраторе. Всего в комплекте имелось пять дисков, в шифратор устанавливались три. Количество различных вариантов выбора этих трех дисков равно десяти. Три диска можно переставить шестью различными способами. Поэтому всего получается 60 вариантов. Выбор дисков также был элементом долговременного ключа. Начальное положение дисков. Для каждого диска – 26 вариантов, для трех дисков – 2(63) = 17 576. Это был разовый ключ.
- Коммутация штепсельной панели (менялась достаточно часто).
Для решения задачи дешифрования под руководством М. Режевского на фирме AVA было разработано электромеханическое устройство под названием «Бомба» – шесть соединенных между собой «Энигм». Этот аппарат позволял находить путем перебора начальное положение дисков за два часа. Для ускорения процесса вскрытия ключевых установок использовалась параллельная работа нескольких «Бомб». Впервые для управления «Бомбой» стали использоваться новые носители информации – перфокарты, изобретенные Г. Зыгальским.
Источники
- www.agentura.ru
- ru.wikipedia.org/wiki/
- www.jproc.ca/crypto/
- Жельников В. Криптография от папируса до компьютера. М.: ABF, 1996. 336 с.
Команда "VIbioKI" город Баку, Азербайджан
История вычислительной техники Почти четыре тысячи лет назад в городе Менет-Хуфу на берегу Нила некий египетский писец нарисовал иероглифы, рассказавшие историю жизни его господина. Сделав это, он стал родоначальником документально зафиксированной истории криптографии.
Эта система не была тайнописью в том смысле, как ее понимают в современном мире. Для засекречивания своей надписи египетский писец не использовал никакого полноценного шифра. Дошедшая до наших дней надпись, вырезанная примерно в 1900 году до н. э. на гробнице знатного человека по имени Хнумхотеп, лишь в отдельных местах состоит из необычных иероглифических символов вместо более привычных иероглифов. Большинство из них встречается в последних двадцати столбцах, где перечисляются монументы, построенные Хнумхотепом во славу фараона Аменемхета II. Безымянный писец старался не затруднить чтение текста, а лишь придать ему большую важность, подобно тому, как в каком-нибудь заявлении по важному поводу пишут, например, «в год одна тысяча восемьсот шестьдесят третий от Рождества Христова», вместо того чтобы просто и без затей написать: «в 1863 году». Вместе с тем, хотя писец применил не тайнопись, он, бесспорно, воспользовался одним из существенных элементов шифрования — умышленным преобразованием письменных символов. Это самый древний известный нам текст, который претерпел такие изменения.
Криптография, наиболее мощное средство защиты информации, возникшее за много веков до новой эры, основной смысл которого заключается в преобразовании текста в случайный, хаотический набор знаков. До XIX века криптография развивалась скорее как искусство, и лишь в этот период истории она начала приобретать качества точной математической науки. XIX век вошел в историю криптографии как пример серьезного вклада научно-технического прогресса в разрешение проблем криптографии, на развитие которой заметное влияние оказали острые военно-политические конфликты этого столетия.
1. Телеграф
Напомним, что проблема быстрой передачи сообщений на дальние расстояния возникла в глубокой древности. Примитивные способы связи типа барабанов там-там, дымовых сигналов, огней костров и т. д. уже требовали использования соответствующих кодов. Эти коды позволяли предоставлять информацию в виде, пригодном для передачи по линии связи. Еще у древних римлян действовали более 3000 вышек для передачи световых сигналов по территории империи. В 1794 году К. Шапп построил “воздушный телеграф” между Парижем и Лиллем. Основной элемент связи - семафоры. Эта система передачи информации оказалась эффективной и получила во Франции широкое распространение. Передача информации с помощью “флажковых кодов” нашло применение в обеспечении связи между кораблями. Далее...
2. Радио
В 1895 году благодаря русскому ученому А. С. Попову мир получил новый способ связи - радио, появление которого оказало огромное влияние на развитие криптографии. В связи с многократным увеличением объемов передаваемых сообщений (в том числе и секретных) потребовалась разработка все новых и новых шифров для защиты информации. Стали создаваться значительные по числу абонентов сети засекреченной связи, что породило проблему эффективного распределения и смены ключей между абонентами. Возник повышенный риск компрометации абонентов (тайного изъятия у них ключевой информации, что, в случае удачи, могло поставить всю сеть под контроль противника). Далее...
3.Телефон
В 1876 году американец А. Белл публично продемонстрировал и запатентовал проводной телефон. Следует заметить, что на изобретение телефона, как, впрочем, и радио претендуют несколько человек, но обсуждение вопросов приоритета различных изобретателей выходит за рамки данной статьи. Новое изобретение вскоре завоевало широкое признание в мире, однако сразу же возникла проблема передачи по телефону конфиденциальной информации. Всего через 5 лет другой американец Дж. Роджерс предложил следующий выход из положения. Далее...
