Музыкальный шифр

Джамбаттисты делла Порта Музыкальный шифр из «Скрытности писем» (1602 г.).

В криптографии музыкальный шифр — это алгоритм шифрования . открытого текста в музыкальные символы или звуки , но не тождественны им Шифры на основе музыки родственны музыкальным криптограммам . Последние представляли собой системы, используемые композиторами для создания музыкальных тем или мотивов для представления имен, основанных на сходстве между буквами алфавита и названиями музыкальных нот, например, мотив BACH , тогда как музыкальные шифры представляли собой системы, обычно используемые криптографами для сокрытия или кодирования сообщений для по причинам секретности или шпионажа.

Типы

Существует множество различных типов музыкальных шифров, различающихся как методом шифрования, так и используемыми музыкальными символами. Что касается первых, то большинство из них представляют собой простые шифры замены с взаимно однозначным соответствием между отдельными буквами алфавита и конкретной музыкальной нотой. Существуют также исторические музыкальные шифры, в которых используются гомофоническая замена (один ко многим), полифоническая замена (многие к одному), составные символы шифрования и/или ключи шифрования ; все это может затруднить взлом зашифрованного сообщения. Что касается типа символа, используемого для замены, большинство музыкальных шифров используют высоту музыкальной ноты в качестве основного символа шифрования. ) меньше Поскольку в стандартной музыкальной гамме нот (например, семь для диатонических гамм и двенадцать для хроматических гамм , чем букв алфавита, криптографы часто комбинируют название ноты с дополнительными характеристиками, такими как октавный регистр, ритмическая длительность. , или ключ – для создания полного набора шифровальных символов, соответствующих каждой букве. Однако существуют некоторые музыкальные шифры, которые полагаются исключительно на ритм, а не на высоту звука. или в названиях градусов относительной шкалы вместо абсолютной высоты звука.

Музыкальная стеганография

Основная статья: Стеганография

Музыкальные шифры часто содержат как криптографические, так и стеганографические элементы. Проще говоря, шифрование — это шифрование сообщения так, что оно становится нечитаемым; стеганография скрывает сообщение, поэтому никто не знает, что оно там. Большинство специалистов по музыкальным шифрам полагали, что шифрование текста в музыкальных символах обеспечивает дополнительную безопасность, поскольку в случае перехвата большинство людей даже не заподозрят, что ноты содержат сообщение. Однако, как отмечает Франческо Лана де Терци , обычно это происходит не потому, что полученная зашифрованная мелодия кажется обычным музыкальным произведением, а скорее потому, что так мало людей знают о музыке достаточно, чтобы понять, что это не так («ma gl'intelligenti di musica соно почи»). Сообщение также может быть визуально скрыто на музыкальной странице, но на самом деле не является музыкальным шифром. Уильям Ф. Фридман встроил секретное сообщение, основанное на шифре Фрэнсиса Бэкона , в ноты «Мой старый дом в Кентукки» Стивена Фостера, визуально изменив внешний вид нот . Другая стеганографическая стратегия заключается в музыкальном шифровании открытого текста, но сокрытии нот, несущих сообщение, в более крупной музыкальной партитуре, требующей некоторого визуального маркера, который отличает их от бессмысленных нот с нулевыми символами (например, зашифрованная мелодия находится только в теноровой строке или только ноты с нотами, направленными вниз).

Шифры диатонической замены

Нотный шифр из «Книги проповедей монаха Николая Филиппа» (1436 г.).

Шифры диатонической музыки используют только семь основных названий нот диатонической гаммы: D, E, F и G. A, B, C , Хотя некоторые системы повторно используют одни и те же семь тонов для нескольких букв (например, шаг A может обозначать буквы A, H, O, или V), большинство алгоритмов комбинируют эти высоты с другими музыкальными атрибутами для достижения однозначного соответствия. Возможно, самый ранний документально подтвержденный нотный шифр находится в рукописи 1432 года под названием «Брошюры с проповедями монаха Николая Филиппа». В шифре Филиппа используется только пять тонов, но каждая нота может иметь одну из четырех различных ритмических длительностей, что дает двадцать различных символов. Похожий шифр встречается в британской анонимной рукописи XV века. а также в гораздо более позднем трактате Джамбаттисты делла Порта .

В изданиях того же трактата ( De Furtivis Literarum Notis ) Порта приводит и более простой шифр, который гораздо более известен. Музыкальный шифр Порты отображает буквы A через M (опуская J и K) на ступенчатую, восходящую, полутораоктавную гамму целых нот (полубрев); с остатком алфавита (опуская V и W) на нисходящую гамму половинных нот (минимов). Поскольку алфавитные и скалярные последовательности находятся в таком тесном контакте друг с другом, это не очень надежный метод шифрования, а мелодии, которые он создает, не очень естественны. Тем не менее, можно найти небольшие вариации этого же метода, использовавшиеся на протяжении 17 и 18 веков Даниэлем Швентером (1602 г.): Джон Уилкинс (1641 г.), Афанасий Кирхер (1650 г.), Каспар Шотт (1655 г.), Филип Тикнесс (1722 г.), и даже Министерство иностранных дел Великобритании (ок. 1750 г.).

Шифры хроматической замены

Музыкальный шифр, приписываемый Михаэлю Гайдну (1808 г.)

Музыкальные шифры, основанные на хроматической гамме, предоставляют больший набор названий нот, соответствующих буквам алфавита. Применение диезов и бемолей к семи диатоническим нотам дает двадцать один уникальный шифровальный символ. Поскольку это явно меньше стандартного алфавита, хроматические шифры также требуют либо сокращенного набора букв, либо дополнительных функций (например, октавного регистра или длительности). Большинство хроматических шифров были разработаны композиторами в 20 веке, когда сама полностью хроматическая музыка была более распространена. Заметным исключением является шифр, приписываемый композитору Михаэлю Гайдну (брату более известного Йозефа Гайдна ). Алгоритм Гайдна является одним из наиболее полных и содержит символы для тридцати одной буквы немецкого алфавита , знаки препинания (с использованием знаков отдыха ), круглые скобки (с использованием ключей ) и сегментацию слов (с помощью штриховых линий ). Однако, поскольку многие из звуков являются энгармоническими эквивалентами , этот шифр можно передать только как визуальную стеганографию, а не через музыкальный звук. Например, ноты до-диез и ре-бемоль пишутся по-разному, но звучат на фортепиано одинаково. Таким образом, если бы кто-то слушал зашифрованную мелодию, было бы невозможно услышать разницу между буквами. K и L. Более того, целью этого шифра явно не было создание музыкальных тем, которые могли бы сойти за обычную музыку. Использование такой крайней хроматической гаммы создает дико диссонирующие, атональные мелодии, которые были явно нетипичны для времени Гайдна.

Шифры 20-го века

Хотя криптографы, похоже, не одобряли хроматические шифры, есть несколько композиторов 20-го века, которые разработали системы для использования в своей музыке: Артур Онеггер , Морис Дюруфле , Норман Кэзден , Оливье Мессиан , и Жак Шайе . Подобно шифру Гайдна, большинство из них также последовательно сопоставляют алфавит с хроматической шкалой и полагаются на октавный регистр, чтобы расширить его до двадцати шести букв. Только произведение Мессиана, похоже, было тщательно построено с учетом эстетических целей композитора. Хотя он также использовал разные октавные регистры, буквы алфавита не отображаются в скалярном порядке и имеют разные ритмические значения. Мессиан назвал свой музыкальный алфавит « коммуникативным языком » и использовал его для встраивания внемузыкального текста в свое органное произведение «Méditations sur le Mystère de la Sainte Trinité» .

Сложные мотивные шифры

Шифр мотивной музыки Иоганна Бюкинга (1804 г.)

В шифре составной замены каждая отдельная буква открытого текста заменяется блоком из нескольких символов шифрования (например, «a» = EN или «b» = WJU). Аналогично существуют составные музыкальные шифры, в которых каждая буква представлена ​​музыкальным мотивом с двумя и более нотами. В первом случае составные символы должны затруднить анализ частотный ; в последнем случае цель состоит в том, чтобы сделать результат более музыкальным. Например, в 1804 году Иоганн Бюкинг разработал составной шифр, который генерирует музыкальные композиции в форме менуэта в тональности соль мажор. Каждая буква алфавита заменяется музыкальным тактом, состоящим из стилистически типичного мотива с тремя-шестью нотами. После того, как открытый текст зашифрован, к началу и концу добавляются дополнительные заранее составленные такты, чтобы обеспечить подходящее музыкальное обрамление. Несколькими годами ранее Вольфганг Амадей Моцарт, судя по всему, использовал аналогичную технику (с гораздо более сложными музыкальными мотивами), хотя, скорее, это была комнатная игра, а не настоящий шифр. Поскольку составные символы представляют собой музыкально значимые мотивы, эти шифры также можно считать аналогичными кодам .

Квадратный музыкальный шифр Полибия, разработанный Фридрихом фон Оттингеном-Валлерштейном (ок. 1600 г.)

Фридрих фон Оттинген-Валлерстайн предложил другой тип составного музыкального шифра, созданный по образцу квадратного шифра Полибия . Оттинген-Валлерстайн использовал сетку 5х5, содержащую буквы алфавита (скрытые в именах ангелов). Вместо индексации строк и столбцов координатными числами он использовал слоги сольфеджио Ут, Ре, Ми Фа и Соль (т. е. первые пять ступеней диатонической гаммы). Каждая буква, таким образом, становится двухнотным мелодическим мотивом. Этот же шифр встречается в трактатах Густава Селена (1624 г.). и Иоганн Бальтазар Фридеричи (1665 г.) (но без упоминания более ранней версии Оттингена-Валлерштайна).

Музыкальные шифры с ключами

Колесо музыкального шифра из анонимной рукописи XVIII века, Порт-Лесни, Франция.

Поскольку шифр Оттингена-Валлерстайна использует относительные степени шкалы , а не фиксированные имена нот, по сути, это полиалфавитный шифр . Одно и то же зашифрованное сообщение могло быть перенесено в другую музыкальную тональность – с разными названиями нот – и при этом сохранить то же значение. Музыкальный ключ буквально становится ключом шифрования (или криптопеременной ), поскольку получателю нужна дополнительная информация для правильной расшифровки мелодии. Оттинген-Валлерстайн вставил паузы в качестве маркеров ключа шифрования, чтобы указать, когда для расшифровки сообщения необходим новый музыкальный ключ.

Франческо Лана де Терци использовал более традиционную криптопеременную в виде текстовой строки, чтобы повысить безопасность очень простого музыкального шифра в стиле Порта (1670 г.). Подобно шифру Виженера , однобуквенный ключ шифрования сдвигает положение алфавита открытого текста по отношению к последовательности символов музыкального шифра; многобуквенное ключевое слово сдвигает музыкальную гамму для каждой буквы текста в повторяющемся цикле.

Более сложный алгоритм шифрования был найден в анонимной рукописи в Порт-Лесни, Франция, скорее всего, датированной серединой 18 века. Так называемый музыкальный шифр Порт-Лесни использует механическое устройство, известное как шифровальный диск Альберти. Есть два вращающихся диска: внешний диск содержит два концентрических кольца (одно с тактовыми размерами , другое с буквами алфавита); на внутреннем диске есть кольцо из составных музыкальных символов и небольшой внутренний круг с тремя разными ключами . Диски вращаются, чтобы совместить буквы алфавита со сложными музыкальными символами и зашифровать сообщение. Когда мелодия записывается на нотном стане, к началу добавляются соответствующий ключ и тактовый размер, чтобы указать ключ шифрования (который получатель размещает на своем диске для расшифровки сообщения). Этот конкретный музыкальный шифр, по-видимому, был очень популярен: в XVIII и XIX веках появилось дюжина его вариаций (на французском, немецком и английском языках).

Более поздний шифр Solfa сочетает в себе некоторые из вышеперечисленных методов работы с криптопеременными. Как следует из названия, Solfa Cipher использует относительные степени сольфеджио (например, Оттингена-Валлерштейна), а не фиксированную высоту тона, что позволяет переносить одно и то же зашифрованное сообщение на разные музыкальные тональности. Поскольку степеней шкалы всего семь, они сочетаются с ритмическим компонентом для создания достаточно уникальных шифровальных символов. Однако вместо абсолютной длины ноты (например, четвертной ноты, половинной ноты и т. д.), которая используется в большинстве музыкальных шифров, Solfa Cipher использует относительное метрическое размещение. Этот тип тонально-метрики Шифр делает зашифрованную мелодию более трудной для взлома и более музыкально естественной (т. е. похожей на общепринятые тональные мелодии). Для расшифровки зашифрованной мелодии получателю необходимо знать, в каком ключе и какой ритмической единицей было зашифровано исходное сообщение, а также знак ключа и метрическое расположение первой ноты. Чтобы еще больше сбить с толку перехватчиков, расшифрованные ноты могли быть написаны с использованием ключа-ловушки, тональности и тактового размера. Однако музыкальный результат представляет собой относительно нормальную, простую, певчую мелодию по сравнению с дизъюнктивными атональными мелодиями, создаваемыми шифрами замены с фиксированной высотой тона.

Источники

• Альберти, Леон Баттиста. 1467. Шифры. Марсианская национальная библиотека. Код. Марк. лат. XIV 32 (4702) ф. 1р. (16 век).
• Арнольд, Джордж. 1862. Собственная книга волшебника. Нью-Йорк: Дик и Фицджеральд.
• Бэкон, Фрэнсис. 1605. Мастерство и развитие познания Божественного и Человеческого. Оксфорд
• Беллони, Габриэлла. 1982. «Магические знания и научные исследования в ГБ Делла Порта». Криптология / Джован Баттиста Делла Порта. Рим: Международный центр гуманистических исследований
• Бернард, Фрэнсис. ок.1400. Слоан MS 351, Британская библиотека.
• Бертини, А. 1811. Стигматография или искусство письма точками. Франция: Мартине.
• Боэций, Аниций Манлий Северин. ок. 524 Об институте музыки. Перевод Кэлвина Бауэра, 1989, «Основы музыки» (под редакцией К. Палиски), издательство Йельского университета.
• Бюкинг, Иоганн. Дж. 1804. Инструкция по тайной переписке. Генрих Георг Альбрехт.
• Кэзден, Норман. 1961а. «Нотная запись как немузыкальный коммуникативный код», «Перспективы новой музыки», Vol. 5, № 1, 113–128.
• Кэзден, Норман. 1961б. «Как сочинять немузыкальную музыку», Перспективы новой музыки, Том. 5, № 2, 287–296.
• Шайли, Жак. 1981. «Музыкальные анаграммы и коммуникативные языки». Revue De Musicologie 67, вып. 1:69-80. дои: 10.2307/928141.
• Чампур, ММ. и Франсуа Малепер. 1856. Новое полное руководство по изготовлению таких чернил. В энциклопедическом книжном магазине «Роре».
• Кодекс, Дэвид Лёберг. 2023. «Может ли музыкальное шифрование быть и тем, и другим? Обзор музыкальных шифров». Криптология, том 47 – выпуск 4, https://doi.org/10.1080/01611194.2021.2021565
• Даверио, Джон. 2002. Пересекающиеся пути: Шуберт, Шуман и Брамс. Издательство Оксфордского университета.
• Джосса, Кристина Айеле. 2018. «С помощью музыкальной криптографии композиторы могут скрывать сообщения в своих мелодиях», Atlas Obscura. https://www.atlasobscura.com/articles/musical-cryptography-codes
• Дуруфле, Морис. 1942. Прелюдия и фуга на имя Алена, соч.
• Экоршевиль, Жюль. 1909. «Посвящение Йозефу Гайдну», Музыкальное обозрение Международного музыкального общества SIM. https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5589273s/f51.item
• Эрнст, Томас. 1996. «Черная и белая магия. Ключ к третьей книге «Стеганографии Тритемия». Дафнис 25, выпуск 1.
• Фридрих, Иоганн Бальтазар 1665. Криптография . https://www.digitale-sammlungen.de/de/view/bsb10897282?page=193
• Гейл, Джон. 1796. Кабинет знаний Гейла. В. Кеммиш.
• Годвин, Фрэнсис. 1638. Доминго Гонсалес «Человек на Луне, или Рассказ о путешествии туда». Джон Нортон.
• Гийо, Эдм Жиль и Гийом Жермен Гийо. 1769. Отдых по числам. Геффье.
• Онеггер, Артур. 1928. Посвящение Альберту Русселю, H.69. Издания Салаберт.
• Хупер, Уильям. 1794. Рациональные развлечения. Б. Закон и сын.
• Джейкоб, Поль Лакруа. 1858. Криптография: или Искусство письма цифрами. Адольф Делаэ.
• Кирхер, Афанасий. 1650. Универсальная музыка. https://archive.org/details/bub_gb_97xCAAAAcAAJ/page/n389/mode/2up
• Клубер, Иоганн Людвиг. 1808. Криптография. Хлопковые мешочки. https://archive.org/details/bub_gb_lqRAAAAAcAAJ/page/n543/mode/2up
• Ноулсон, Джеймс Р. 1968. «Заметка о «Человеке на Луне» епископа Годвина: торговый путь Ост-Индии и «язык» музыкальных нот». Современная филология 65, вып. 4: 357–61
• Кодзима, Кенджи. 2013. «Алгоритмическая композиция CiberTune». http://kenjikojima.com/cipherTune/
• Лакомб, Жак. 1792. Методическая энциклопедия: Забавы математических и физических наук. В Панкуке
• Английский, Джин. 1976. Вторая органная симфония 'Алла Веберн'.
• МакЭвой, Гэри. 2021. Шифр ​​Вивальди. Литературные издания.
• Мастер, Алойс. 1906. Шифр ​​на службе Папской курии с момента ее возникновения до конца XVI века. Шёнинг.
• Мессиан, Оливье. 1969. Размышления о тайне Святой Троицы.
• Моцарт, Вольфганг Амадей. 1787. Нотная рукопись MS 253–01, Национальная библиотека Франции. https://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb424728984
• Нью-Йоркская публичная библиотека, Отдел рукописей и архивов. 1916. «Мой старый дом в Кентукки, спокойной ночи» Цифровые коллекции публичной библиотеки Нью-Йорка. https://digitalcollections.nypl.org/items/bd9b1e30-8607-0131-ac72-58d385a7b928
• Ногучи, Хидео. 1990. «Моцарт - Музыкальная игра в C K.516f» Сообщения Международного фонда Моцартеум 38, 89–101.
• Эттинген-Валлерстайн, Фридрих фон. ок.1600. Стеганография комит . https://diglib.hab.de/wdb.php?dir=mss/56-aug-4f
• Филипп, Николас. 1436. «Книги проповедей монаха Николая Филиппа» MS Lat. th.dI, Бодлианская библиотека, Оксфорд.
• Ворота Джамбаттиста делла. 1602. О тайне известных писем. https://books.google.co.jp/books?id=UIZeAAAAcAAJ
• Ворота Джамбаттиста делла. 1606. О скрытых письмах Нотиса. https://warburg.sas.ac.uk/pdf/noh4260.o11b2715108.pdf
• Принс, Джон и Марк Шмуклер. 2014. «Тонально-метрическая иерархия: корпусный анализ», Music Perception, 31 (3), 254–270.
• Реттенштайнер, Вериганд. 1808. Биографический очерк Михаэля Гайдна.
• Рейтер, Кристоф. 2013. «Намадеус – Сыграй свое имя с игрой Моцарта (KV 516f). Musicpsychologie, Bd.23, 154-159.
• Сэмс, Эрик. 1966. «Шифры Шумана» The Musical Times, май 1966: 392–399.
• Обучение, Джон Холт. 1896. «Секреты шифра I-IV», журнал Pall Mall, viii, 119–29, 245–56, 452–62, 608–18.
• Шотт, Каспар. 1655. Школа Стеганографии. https://books.google.be/books?id=XQNCAAAAcAAJ
• Швентер, Дэниел. 1622. Улучшенная стеганология и стеганография. https://www.digitale-sammlungen.de/de/view/bsb11081558?page%3D325&sa=D&source=editors&ust=1623428284662000&usg=AOvVaw1bu67EE5i9j8vDKBVE6OjS
• Селениус, Густав 1624. Криптоменитика и криптография, книга IX. https://books.google.no/books?id=gc9TAAAAcAAJ
• Шентен, Эндрю. 2008. Система знаков Оливье Мессиана: заметки к пониманию его музыки. Издательство Эшгейт.
• Судре, Франсуа. 1866. Универсальный музыкальный язык. http://www.ifost.org.au/~gregb/solresol/sudre-book.pdf
• Терци, Франческо Лана де. 1670. Prodromo, ouero, Эссе о некоторых новых идеях, предисловие к основному произведению https://archive.org/details/prodromoouerosag00lana/page/n265/mode/1up
• Теун, Иоганн Кристоф. 1772. Новые физические и математические развлечения, Бей Берхард Клеттс.
• Тикнесс, Филипп. 1772. Трактат об искусстве расшифровки и шифровки. С гармоничным алфавитом. У. Браун. https://archive.org/details/atreatiseonartd00thicgoog/page/n125/mode/2up
• Уилкинс, Джон. 1641. Меркурий, или Тайный и быстрый вестник. http://lcweb2.loc.gov/cgi-bin/ampage?collId=rbc3&fileName=rbc0001_2009fabyan19070page.db&recNum=168

Внешние ссылки

• Шифры на основе музыки, онлайн-кодировщики, https://wmich.edu/mus-theo/ciphers
• Шифр-загадка Элгара, https://enigmathemeunmasked.blogspot.com/
• Шифр Сольфа, https://solfa-co.de
• Шифр нот, https://www.dcode.fr/music-sheet-cipher