Томас Джефферсонның шифрлеу жүйесі: дискілер арқылы құпия хабарды қалай қорғауға болады? Шифрдың кілті – дискілердің реті. Базери цилиндрі туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Томас Джефферсон ойлап тапқан шифрлау жүйесі
Cipher system invented by Thomas Jefferson
Джефферсон дискісі, сондай-ақ Базери цилиндрі немесе дөңгелек шифры деп аталатын бұл жүйе, көбінесе Томас Джефферсонға жатқызылатын шифрлау жүйесі. Ол әрқайсысы әліпби әріптерімен жиектерінде орналасқан, бірақ әр дискі үшін әртүрлі және көбінесе кездейсоқ реттелген дөңгелектер немесе дискілер жиынтығын пайдаланады. Әр дискіде бірегей нөмір болады және дискілердің ортасындағы тесік оларды біріктіріп, оське орнатуға мүмкіндік береді. Дискілерді ауыстыруға болады және оларды қалауынша кез келген ретпен оське бекітуге болады. Дискілердің реті – шифрлау кілті, жіберуші де, қабылдаушы да дискілерді бірдей алдын ала белгіленген тәртіппен орналастыруы керек. Джефферсонның құрылғысында 36 дискі болса, Базери жүйесінде 20 дискі болды. Дискілер келісілген тәртіппен оське орналастырылғаннан кейін, жіберуші әр дискіні жоғары және төмен айналдырады, бір қатарда қажетті хабар жазылғанша. Содан кейін жіберуші дискілердегі мәтіннің кез келген қатарын, жасырын хабарлама бар қатардан басқа, көшіріп ала алады. Алушы дискілерді келісілген тәртіппен орналастырып, бір қатарда шифрланған хабарламаны көрсету үшін дискілерді айналдырып, содан кейін ашық мәтінді таба алғанша қатарларды қарауы керек.
The Jefferson disk, also called the Bazeries cylinder or wheel cypher, was a cipher system commonly attributed to Thomas Jefferson that uses a set of wheels or disks, each with letters of the alphabet arranged around their edge in an order, which is different for each disk and is usually ordered randomly. Each disk is marked with a unique number and a hole in the center of the disks allows them to be stacked on an axle. The disks are removable and can be mounted on the axle in any order desired. The order of the disks is the cipher key, and both sender and receiver must arrange the disks in the same predefined order. Jefferson's device had 36 disks while Bazeries' system had 20. Once the disks have been placed on the axle in the agreed order, the sender rotates each disk up and down until a desired message is spelled out in one row. Then, the sender can copy down any row of text on the disks other than the one that contains the plaintext message. The recipient has to arrange the disks in the agreed upon order, rotate the disks so they spell out the encrypted message on one row, and then look around the rows until they see the plaintext.
Тарих
18-ғасырдың соңында Еуропаға 15-ғасырдан бері белгілі болған комбинациялық құлыптарды Эдме Регнье Л’Айне танымал етті, ал олардың әріптері бар түрлері шифрлау машиналарының бастауы деп саналады. Джефферсон дискісіне ұқсас алғашқы прототипін швед бароны Ф. Гриппенстерна 1786 жылы ойлап тапты, бірақ ол өзге принцип бойынша жұмыс істеді: әріптерді әріптермен алмастырудың орнына, ол 57 дискіден пайдаланды. Бұл дискідер бір жағынан уәкілетті лауазымдағы адам енгізген әріптерді, екінші жағынан кеңсе қызметкеріне көрінетін сандармен алмастырды. 1790-жылдардың бір кездерінде (нақты күні белгісіз) Томас Джефферсон дөңгелектегі 26 әріпті және шамамен 36-дан 48-ге дейінгі дөңгелектерді, сондай-ақ оның жұмыс істеуін қолжазбада сипаттады. Ол оны өзі ойлап тапқан деген қауесет бар, бірақ бұны растайтын ешқандай дәлел жоқ, ал Джефферсонның өзі мәтінде мұндай мәлімдеме жасамайды. Қолжазба 1922 жылға дейін (M 94 қолданысқа енгеннен кейін бір жыл өткенде, төменде қараңыз) Континенттік Конгрессті зерттеген тарихшы Эдмунд К. Бернетт тапқанша ұмытылып кеткен. Құрылғы ешқашан жасалмаған сияқты.
In the late 18th century combination locks, known in Europe since 15th century, were popularized by Edmé Régnier L'Aîné, and versions of them with letters have been suggested to be the origin of cipher machines. The first prototype resembling the Jefferson disk was invented by Swedish baron F. Gripenstierna in 1786, but it operated on a different principle: rather than substitute letters with letters, it used 57 disks to substitute letters entered by a cleared official on the one side of device with numbers on the other side of device visible to a clerk. At some point in the 1790s (exact date is not clear) Thomas Jefferson described the device now named after him, with 26 letters on a wheel and estimated 36 to 48 wheels, and its operation in a manuscript. It's commonly claimed that he invented it himself but it is not backed by any evidence, and Jefferson himself didn't imply so in the text. The manuscript was apparently forgotten until it was discovered in 1922 (a year after M 94 entered service, see below) by historian Edmund C. Burnett studying the Continental Congress. It doesn't appear that the device was ever fabricated,
1980-жылдардың басында NSA өзінің мұражайы үшін Джефферсонның үлгісіндегі үлкен, аяқталмаған құрылғыны (осы мақаланың 1-суреті) сатып алды. Онда бастапқыда 40 дискінің ішінде 35 дискі қалған, әр дискіде 42 таңба, соның ішінде француз әріптері болды. Алайда, бұл сипаттамадан әріптердің әліпбилік немесе кездейсоқ ретпен орналасқандығы белгісіз.
In the early 1980s NSA acquired for its museum a large incomplete device of Jefferson's type (picture 1 of this article) with 35 remnant disks (out of 40 originally) and 42 characters, including French letters, on each. However, it's not clear from this description whether the letters were in alphabetic or random order.
Кейінгі әскери шифрлардың негізі
Джефферсонның құрылғысына ұқсас, бірақ біршама жақсартылған құрылғыны 1891 жылы Комендант Этьен Базери тәуелсіз түрде қайта ойлап тапты, бірақ ол Россингольдің Ұлы Шифрын бұзғанға дейін кеңінен танымал болмады. 1893 жылы француз математигі Артур Джозеф Герман (әдебиеттерді басып шығарушы Éditions Hermann негізін салғанымен әйгілі) құрылғыны қайта жобалап, 18 жалпақ ағаш немесе картон жолақты пайдаланды. Базери цилиндрінің бір үлкен кемшілігі – әр дискідегі шифр әліпбиінде ашық мәтіннен шифрланған мәтінге қадам дәл бірдей болады. Жоғарыда көрсетілген мысалда бұл қадам алты әріпке тең. Мысалы, егер криптоаналитик жоғарыда сипатталған он дискілі Базери цилиндрінде шифрланған хабарламаны тапса және өзінің цилиндрін алса, ол хабарламаны цилиндрге енгізіп, хабарламаны тапқанша дискіні айналдыру арқылы шифрды бұзуға болады. Дегенмен, мысал Базери цилиндрінің дискілерінің мүмкін болатын орналасу комбинацияларының саны 1 = 10! = 3 628 800-ге тең. Бұл санның өте үлкендігіне байланысты дискілердің орналасуын қолмен сынап-тексеру өте қиын.
A device mechanically similar to Jefferson's but somewhat improved was independently re invented in 1891 by Commandant Etienne Bazeries, but did not become well known until he broke the Great Cipher, of Rossignols. In 1893, French mathematician Arthur Joseph Hermann (better known for founding Éditions Hermann) redesigned the device to use 18 flat wooden or cardboard strips. One major weakness of the Bazeries cylinder is that the offset from the plaintext letter to the ciphertext letter for the cipher alphabet on each disk will be exactly the same. In the example shown above, this offset is six letters. For example, if a cryptanalyst found a message encrypted on the ten disk Bazeries cylinder described in the example above and has captured their own cylinder, they could decipher the message by entering it on their cylinder and rotating it until they found the message. Still, the number of possible permutations of the disks of the example Bazeries cylinder is 1= 10! = 3,628,800. Due to the large size of this number, trial and error testing of the arrangement of the disks difficult to perform by hand.