Диск Энея, линейка Энея, книжный шифр

История развития систем защиты информации в зарубежных странах

1.1. Развитие средств и методов защиты информации

1.2. Этапы развития системы защиты информации в настоящее время

1.3. структура систем защиты информации, применяемых в общемировой практике обеспечения информационной безопасности

Развитие средств и методов защиты информации

Можно сказать, что сама ЗИ появилась в момент зарождения письменности. В это время появилась потребность в обмене сообщениями, и как естественное продолжение необходимость в сокрытии их содержания от посторонних. Например, такой как составы лекарственных препаратов, технологии изготовления строительных материалов, информации о дислокации, передвижении, составе и количестве войск.

Цивилизация развивалась, развивались технологии и науки, менялись виды информации и информационных носителей, все это влекло за собой изменение и развитие средств и методов защиты информации.

Хронологически эволюционный процесс развития методов защиты информации можно разделить на три основных периода. Но также важно понимать, что такое разделение не может происходить только по временным признакам, в его основе лежит эволюция видов носителей информации.

Период	Описание
I период др. времена - 40-е года XIX в.	Развитие методов шифрования и кодирования, связанное с появлением письменности
1 этап: др. времена – конец XV в.	Наивная криптография: стеганография, кодирование, моноалфавитные шифры, тайнопись.
2 этап: конец XV – 40х гг. XIX вв.	Формальная криптография: появление формализованных и относительно стойких к ручному криптоанализу шифров, шифры многоалфавитной замены, роторные криптосистемы
II период 50-е года XIX века - 50-е года XX в.	Развитие методов защиты информации по техническим каналам, связанное с появлением телефона, телеграфа, радио
III период 50-е года XX века – до наших дней	Становление проблемы информационной безопасности, связанное с появлением ЭВМ. Развитие методов компьютерной безопасности. Научная криптография (1930 – 60-е гг.) и компьютерная криптография.

Таблица 1. Этапы развития методов и средств защиты информации

1.1. I период (древнейшие времена – 40-е годы XIX века)

Этап

Как уже говорилось выше, начало первого периода связано с появлением письменности. Самые старые носители информации – глиняные таблички, были найдены на раскопках древнего шумерского города Урук, они относятся к 3300 году до н. э. Это были покрытые идеограммами глиняные таблички, отражающие хозяйственную деятельность жителей города: списки товаров, подсчет поголовья скота, расходные записи. Интересны находки первых учебных текстов, служивших для запоминания знаков и их сочетаний, перечней профессий и названий должностных лиц.

Вместе с тем что появилась возможность хранения и перемещения информации, возникла проблема сохранения ее в тайне. Поэтому практически одновременно с возникновением письменности возникли такие методы защиты информации как шифрование и скрытие.

Криптография (от греч. κρυπτός — скрытый и γράφω — пишу) — наука о математических методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности (целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации. Криптография — одна из старейших наук, ее история насчитывает несколько тысяч лет. В документах древних цивилизаций, таких как Индия, Египет, Месопотамия, есть сведения о системах и способах составления шифрованных писем.

Практически одновременно с криптографией стал развиваться и криптоанализ.

История криптографии – ровесница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была своеобразной криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные, высокопотавленные лица, жрецы.

Развитию тайнописи способствовали войны. Письменные приказы и донесения обязательно шифровались, чтобы пленение курьеров не позволило противнику получить важную информацию.

Один из самых старых шифрованных текстов из Месопотамии (2000 лет до н. э.) представляет собой глиняную табличку, содержащую рецепт изготовления глазури в гончарном произ­водстве. Для сокрытия содержания автор текста использовал редкие обозначения, игнорировал некоторые символы, и употреблял числа вместо имен собственных.

Для первого этапа криптографии - наивной (до начала XVI в.) характерно использование любых, обычно примитивных, способов запутывания противника относительно содержания шифруемых текстов. На начальном этапе для защиты информации использовались методы кодирования и стеганографии, которые родственны, но не тождественны криптографии.

Первый период характеризуется господством шифров перестановок и моноалфавитных шифров (основной принцип — замена алфавита исходного текста другим алфавитом через замену букв другими буквами или символами). Одним из первых зафиксированных примеров является шифр Цезаря.

Древний Египет

Одним из первых известных применений криптографии принято считать использование специальных иероглифов около 4000 лет назад в Древнем Египте. Иероглифическое письмо, произошло от пиктографии, в нем используются идеограммы(письменный знак или условное изображение, рисунок, соответствующий определённой идее автора) и, в результате отсутствия огласовки, дало возможность создавать фонограммы по принципу ребусов. Криптография египтян использовалась не с целью затруднить чтение, а вероятнее, со стремлением писцов превзойти друг друга в остроумии и изобретательности, а также, с помощью необычности и загадочности, привлечь внимание к своим текстам.

Атбаш

Примеры использования криптографии можно встретить в священных иудейских книгах, в том числе в книге пророка Иеремии (VI век до н. э.), где использовался простой метод шифрования под названием атбаш. Правило шифрования состоит в замене первой буквы алфавита на последнюю

Скитала

Скитала, также известная как «шифр древней Спарты», также является одним из древнейших известных криптографических устройств.

Бесспорно известно, что скитала использовалась в войне Спарты против Афин в конце V века до н. э.

Скитала представляла собой длинный стержень, на который наматывалась лента из пергамента. На ленту наносился текст вдоль оси скиталы, так, что после разматывания текст становился нечитаемым. Для его восстановления требовалась скитала такого же диаметра и такой же длины.

Считается, что автором способа взлома шифра скиталы является Аристотель, который наматывал ленту на конусообразную палку до тех пор, пока не появлялись читаемые фрагменты текста.

Диск Энея, линейка Энея, книжный шифр

С именем Энея Тактика, полководца IV века до н. э., связывают несколько техник шифрования и тайнописи.

Диск Энея – еще один криптографический инструмент для защиты информации. Он представлял собой диск диаметром 10—15 см с отверстиями по числу букв алфавита. Каждому отверстию ставилась в соответствие конкретная буква. В центре диска находилась катушка с намотанной на неё ниткой. Для записи сообщения нитка протягивалась через отверстия в диске, соответствующим буквам сообщения. При чтении получатель вытягивал нитку, и получал буквы, правда, в обратном порядке. Хотя недоброжелатель мог прочитать сообщение, если перехватит диск, Эней предусмотрел способ быстрого уничтожения сообщения — для этого было достаточно выдернуть нить, закреплённую на катушке в центре диска.

Первым действительно криптографическим инструментом можно назвать линейку Энея, реализующей шифр замены. Вместо диска использовалась линейка с отверстиями по числу букв алфавита, катушкой и прорезью. Для шифрования нить протягивалась через прорезь и отверстие, после чего на нити завязывался очередной узел. Для дешифрования необходимо было иметь саму нить и линейку с аналогичным расположением отверстий. Таким образом, даже зная алгоритм шифрования, но не имея ключа (линейки), прочитать сообщение было невозможно.

В своём сочинении «О перенесении осады» Эней описывает ещё одну технику тайнописи, позже названную «книжный шифр». Он предложил делать малозаметные дырки рядом с буквами в книге или другом документе. Много позже, аналогичный шифр использовали германские шпионы в Первой мировой войне.

Квадрат Полибия

	Α	Β	Γ	Δ	Ε
	Ζ	Η	Θ	Ι	Κ
	Λ	Μ	Ν	Ξ	Ο
	Π	Ρ	Σ	Τ	Υ
	Φ	Χ	Ψ	Ω

Квадрат Полибия с греческим алфавитом. Для передачи, например, буквы «Θ» сначала показывали два факела, потом три.

Во II веке до н. э. в Древней Греции был изобретён Квадрат Полибия. В нём буквы алфавита записывались в квадрат 5 на 5 (при использовании греческого алфавита одна ячейка оставалась пустой), после чего с помощью оптического телеграфа передавались номер строки и столбца, соответствующие символу исходного текста (на каждую букву приходилось два сигнала: число факелов обозначало разряд буквы по горизонтали и вертикали)^.

Некоторые исследователи полагают, что это можно рассматривать как первую систему, уменьшавшую (сжимавшую) исходный алфавит, и, в некотором смысле, как прообраз современной системы двоичной передачи данных.

Шифр Цезаря

Шифр Цезаря — это вид шифра подстановки, в котором каждый символ в открытом тексте заменяется символом, находящимся на некотором постоянном числе позиций левее или правее него в алфавите. Например, в шифре со сдвигом вправо на 3, А была бы заменена на Г, Б станет Д, и так далее.Величину сдвига можно рассматривать как ключ шифрования. Сам Цезарь использовал сдвиг на три позиции.

Тайнописи

Кроме примитивных шифров в истории использовался и другой подход — полная замена одного алфавита (например, кириллицы) на другой (например, греческий). Не имея ключа, сопоставляющего исходный и используемый алфавиты, прочитать надпись было невозможно. Кроме этого использовались специальные техники записи символов алфавита таким образом, чтобы затруднить его чтение. Примером такой техники являются «вязанные руны», когда руны записываются таким образом, что отдельные их элементы (например, вертикальные черты) совпадают. Подобные системы часто использовались жрецами Северо-Западной Европы вплоть до позднего Средневековья. Множество вариантов тайнописи использовалось и на Руси.

Наиболее ранние тексты с использованием тайнописи относятся к XII веку.

Этап

Второй этап - этап формальной криптографии (конец XV – 40х гг. XIX вв.) связан с появлением формализованных и относительно стойких к ручному криптоанализу шифров. В европейских странах это произошло в эпоху Возрождения, когда развитие науки и торговли вызвало спрос на надежные способы защиты информации.

Важная роль на этом этапе принадлежит Леону Батисте Альберти, итальянскому архитектору, который одним из первых предложил многоалфавитную подстановку. Его работа "Трактат о шифре" (1466 г.) считается первой научной работой по криптологии.

Одной из первых печатных работ, в которой обобщены и сформулированы известные на тот момент алгоритмы шифрования, является труд "Полиграфия" (1508 г.) немецкого аббата Иоганна Трисемуса.

В 1883 году голландец Керкхофф в работе «Военная криптография» сформулировал главное требование к криптографическим системам, которое остается актуальным и поныне: секретность шифров должна быть основана на секретности ключа, но не алгоритма.

Наконец, последним словом в донаучной криптографии, которое обеспечило еще более высокую криптостойкость, а также позволило автоматизировать (в смысле механизировать) процесс шифрования стали роторные криптосистемы.

Одной из первых подобных систем стала механическая машина, изобретенная в 1790 г. Томасом Джефферсоном, первым государственным секретарем, а позже и президентом США. Свою систему шифрования он назвал "дисковым шифром". Этот шифр реализовывался с помощью специального устройства, которое впоследствии назвали шифратором Джефферсона. Конструкция шифратора может быть вкратце описана следующим образом. Деревянный цилиндр разрезается на 36 дисков (в принципе, общее количество дисков может быть и иным). Эти диски насаживаются на одну общую ось таким образом, чтобы они могли независимо вращаться на ней. На боковых поверхностях каждого из дисков выписывались все буквы английского алфавита в произвольном порядке. Порядок следования букв на каждом диске - различный. На поверхности цилиндра выделялась линия, параллельная его оси. При шифровании открытый текст разбивался на группы по 36 знаков, затем первая буква группы фиксировалась положением первого диска по выделенной линии, вторая - положением второго диска и т. д. Шифрованный текст образовывался путем считывания последовательности букв с любой линии параллельной выделенной. Обратный процесс осуществлялся на аналогичном шифраторе: полученный шифртекст выписывался путем поворота дисков по выделенной линии, а открытый текст отыскивался среди параллельных ей линий путем прочтения осмысленного возможного варианта. Шифратор Джефферсона (рис. 2) реализует ранее известный шифр многоалфавитной замены. Частями его ключа являются порядок расположения букв на каждом диске и порядок расположения этих дисков на общей оси.

 

Рис. 2. Шифратор Джефферсона.

Начало XIX века