Взломщики кодов - Дэвид Кан

Альберти пообещал Дато подумать над его просьбой, и в результате в 1466 г. на свет появился трактат по криптоанализу. Он начинается с описания характерных особенностей латинского языка:

«Сначала я рассмотрю вопрос о количестве букв и те явления, которые зависят от количественных закономерностей. Здесь гласные претендуют на первое место… Без гласной нет и слога. Поэтому, если вы возьмете страницу какого-либо стихотворного или прозаического латинского текста и отдельно подсчитаете в строках гласные и согласные, то вы наверняка убедитесь, что гласных очень много… Если все гласные на одной странице будут насчитывать, скажем, 300 букв, то количество всех согласных, вместе взятых, составит около 400 букв. Я заметил, что среди гласных буква „О“ хотя и встречается не менее часто, чем согласные, но реже других гласных… Когда в конце слова согласные следуют за гласной, этой конечной согласной всегда будет „Т“, „S“ и „X“, к которой может быть добавлена „С“.

Затем Альберти коротко останавливается на особенностях итальянского языка и переходит к решению задачи вскрытия шифра на основе анализа повторяемости букв в тексте. Оставшаяся часть трактата посвящена вопросу повышения стойкости шифров.

В дальнейшем преклонный возраст не позволил Альберти развить идеи из области криптоанализа, изложенные им в своем трактате. Это за него сделал молодой одаренный человек по имени Джованни Порта.

Порта родился в Неаполе в 1535 г. Его воспитанием занимался образованный дядя. Уже в возрасте десяти лет Джованни сочинял очерки на латинском и итальянском языках. После путешествия по Европе он возвратился в Неаполь для завершения образования. Порте было всего лишь 28 лет, когда он опубликовал книгу под названием «О тайной переписке». Ее первые два раздела посвящены криптографии, а в оставшихся двух излагаются основы криптоанализа и рассматриваются лингвистические особенности, которые помогают при вскрытии шифров. Книга Порты содержит первое в Европе описание того, как следует вскрывать шифр простой замены, когда шифртекст не разделен на слова или разделен неправильно. Порта также предвосхитил всех других авторов, описав то, что считается вторым по значимости приемом в современном криптоанализе:

«…Когда тема переписки известна, исследователь может сделать проницательные предположения относительно слов, которые обычно употребляются в таком контексте. Эти слова можно без большого труда обнаружить, подмечая в текстах количество знаков, а также сходство и различие букв… Каждой теме характерны некоторые общие слова, которые сопутствуют ей, будучи необходимы. Например, в любви – это страсть, сердце, огонь, пламя, сгорать, жизнь, смерть, жалость, жестокость; на войне – это солдат, командир, генерал, лагерь, оружие, бороться и т. д. Таким образом, этот прием вскрытия, который не основан на анализе самих документов или на попытке разбить текст на гласные или согласные, может облегчить задачу».

В своей книге Порта также дал один мудрый совет, который и сегодня полезен криптоаналитику в той же степени, в какой он был уместен в Италии эпохи Возрождения:

«Необходимы самая полная сосредоточенность и усердие, чтобы свободная от посторонних мыслей голова, когда все остальное отложено в сторону, была всецело занята единственной задачей доведения начатого дела до успешного завершения. И все-таки, когда такая задача требует чрезмерного напряжения и необычных затрат времени, напряжение не должно быть непрерывным, не следует изнурять мозг сверх меры, ибо слишком большие усилия и продолжительная умственная нагрузка приводят к нервному истощению, после которого голова уже менее пригодна для подобных вещей и из нее уже не выжмешь ничего…»

А далее Порта делится с читателем своим собственным практическим опытом работы:

«Кроме того, далеко немаловажно, чтобы сообщение было написано рукой автора или искусного писца, ибо если перехваченное сообщение будет скопировано неправильно или если оно выйдет из-под руки человека незнакомого с искусством шифра, то в результате, поскольку правописание нарушено, любая интерпретация сообщения будет блокирована».

Подобный опыт приходит только к криптоаналитику, имеющему дело с сообщениями, в которых буквы часто бывают пропущены, переставлены или заменены на другие. Это случается лишь при обработке настоящих криптограмм. Задачи, встречающиеся в книгах по криптоанализу того времени, всегда безукоризненно составлены с точки зрения правописания и поэтому легко решаются. Скорее всего, Порта регулярно занимался криптоанализом, выполняя поручения папской курии.

В полной мере замечательные способности Порты проявились при решении наиболее трудной проблемы криптоанализа эпохи Возрождения – вскрытии многоалфавитных шифров. Несмотря на высокую оценку, которой эти шифры тогда были повсеместно удостоены, Порта отказался признать их неуязвимость и разработал для них методы вскрытия. Хотя эти методы и не универсальны, их основная ценность состоит в примененном Портой смелом подходе, который и привел его к успеху.

Для начала Порта попытался прочесть шифртекст, который его современники получали на специальном приспособлении для шифрования. Это приспособление состояло из внутреннего неподвижного диска, на который по часовой стрелке был нанесен алфавит открытого текста, и из внешнего подвижного с рядом причудливых шифрзнаков. Внешний диск после зашифрования очередной буквы поворачивался по часовой стрелке на один шаг. Порта заметил, что если в каком-либо слове открытого текста три буквы подряд стояли в алфавитной последовательности, один и тот же шифрзнак троекратно повторялся в получаемом шифртексте. Это помогло ему прочитать одну замысловатую криптограмму.

Затем Порта модифицировал разработанный им метод, чтобы дешифровать другую сложную многоалфавитную криптограмму. Она была составлена в соответствии с принципом, изложенным в 1553 г. итальянцем Джованни Белазо. Тот опубликовал брошюру под названием «Шифр синьора Джованни Белазо», в которой предложил использовать легко запоминаемый ключ. Буквы такого ключа последовательно выписывались над буквами открытого текста. Ключевая буква, которая стояла в паре с данной буквой открытого текста, указывала на шифралфавит, который следовало использовать для ее зашифрования.

По мнению Порты, в исследуемой им криптограмме троекратное повторение буквы шифртекста сигнализировало о том, что ключом с тремя буквами, расположенными в обычном алфавитном порядке, зашифрован открытый текст, в котором было три буквы в порядке, противоположном алфавитному. Рассуждая по этому поводу, Порта вплотную подошел к универсальному методу вскрытия многоалфавитных шифров, найти который он так стремился:

«Поскольку… между первыми тремя „М“ и этими же тремя буквами, повторенными в 13-м слове, находится 51 буква, я прихожу к выводу, что ключ повторен три раза, и правильно считаю, что он содержит 17 букв».

Правда, Порта так и не извлек практическую выгоду из этого своего наблюдения. В результате многоалфавитный шифр продолжал считаться надежным в течение трех последующих столетий.

Многоалфавитные шифры, вероятно, время от времени все же вскрывались. Иногда удавалось просто угадать ключ. Существенную помощь оказывало и сохранение в криптограмме первоначального деления слов. Тогда криптоаналитик делал предположения о словах в открытом тексте и в результате восстанавливал часть использованного ключа. Далее он мог пытаться выписать остальную его часть или, если из этого ничего не выходило, стараться дешифровать другие места криптограммы. Такие эпизодические вскрытия многоалфавитных шифров нельзя считать вне пределов досягаемости людей эпохи европейского Возрождения.

В XVII веке авторы работ по криптоанализу иногда обращались к теме вскрытия многоалфавитных шифров. Правда, делали они это в весьма туманных выражениях, что свидетельствовало об отсутствии знаний в данной области. Так, например, автор брюссельского «Трактата о шифрах», который продемонстрировал свои незаурядные криптоаналитические способности, вскрыв в 1676 г. французский королевский код для испанского короля, оказался бессилен, когда столкнулся с многоалфавитностью. Он смог лишь предложить метод опробования одной буквы открытого текста за другой до тех пор, пока в определяемом им ключе не появится имеющее смысл слово. Разумеется, он не сумел проиллюстрировать свой метод на практике: количество перебираемых комбинаций настолько велико, что он и сейчас продолжал бы заниматься опробованием букв. Слабая сторона предложенного им метода находится в заметном контрасте с техническим мастерством, продемонстрированным в остальной части его «Трактата о шифрах».

Время и место написания «Трактата о шифрах», неудача его автора с многоалфавитностью и работа на испанского короля позволяют сделать предположение, что это был криптоаналитик по имени Мартин, который фигурировал в другом инциденте, показавшем, насколько редким и случайным было вскрытие многоалфавитного шифра. Французский кардинал Рец поведал в своих «Мемуарах», как 8 августа 1654 г. он сбежал из замка в городе Нанте после двух лет заключения по политическим мотивам. Он, между прочим, писал о шифрах: