диск Джефферсона
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2019 г. ) |
Диск Джефферсона , также называемый цилиндром Базери или колесным шифром . [1] — это система шифрования, обычно приписываемая Томасу Джефферсону , в которой используется набор колес или дисков, на каждом из которых буквы алфавита расположены по краям в порядке, который различен для каждого диска и обычно располагается в случайном порядке.
Каждый диск отмечен уникальным номером, а отверстие в центре дисков позволяет устанавливать их на ось . Диски съемные и могут быть установлены на ось в любом порядке. Порядок дисков является ключом шифрования , и отправитель и получатель должны расположить диски в одном и том же заранее определенном порядке. Устройство Джефферсона имело 36 дисков, а система Бэзериса — 20. [2] [3]
После того, как диски размещены на оси в согласованном порядке, отправитель вращает каждый диск вверх и вниз до тех пор, пока желаемое сообщение не будет записано в одну строку. Затем отправитель может скопировать на дисках любую строку текста, кроме той, которая содержит открытое текстовое сообщение. Получатель должен расположить диски в согласованном порядке, повернуть диски так, чтобы они написали зашифрованное сообщение в одной строке, а затем просмотреть строки, пока не увидит открытый текст.
История
[ редактировать ]В конце 18 века кодовые замки , известные в Европе с 15 века, были популяризированы Эдме Ренье Л'Эне , и было высказано предположение, что их буквенные версии стали источником шифровальных машин. [4]
Первый прототип, напоминающий диск Джефферсона, был изобретен шведским бароном Ф. Грипеншерна в 1786 году, но он действовал по другому принципу: вместо замены букв буквами в нем использовались 57 дисков для замены букв, введенных допущенным чиновником на одной стороне диска. устройство с номерами на другой стороне устройства, видимыми служащему. [5]
В какой-то момент в 1790-х годах (точная дата не ясна) [6] ) Томас Джефферсон описал устройство, теперь названное в его честь, с 26 буквами на колесе и примерно от 36 до 48 колес, а также его работу в рукописи. [7] Обычно утверждается, что он изобрел его сам, но это не подтверждено никакими доказательствами, и сам Джефферсон не подразумевал этого в тексте. [8] Рукопись, по-видимому, была забыта, пока не была обнаружена в 1922 году (через год после того, как М-94 поступила на вооружение, см. ниже) историком Эдмундом К. Бернеттом, изучавшим Континентальный конгресс . [9] Не похоже, что это устройство когда-либо было изготовлено. [6] и Джефферсон отказался от этой идеи после получения описания столбчатого транспозиционного шифра от Роберта Паттерсона в 1803 году, которое он нашел более практичным. [10]
В начале 1980-х годов АНБ приобрело для своего музея большое неполное устройство типа Джефферсона (фото 1 этой статьи) с 35 остатками дисков (из 40 изначально) и 42 символами, включая французские буквы, на каждом. [8] Оно было датировано второй четвертью XIX века, и неясно, связано ли оно с Джефферсоном, несмотря на то, что оно родом из Западной Вирджинии . [8]
Когда в 1854 году дантист из Бристоля Джон Х.Б. Туэйтс представил «новый» шифр (который на самом деле был вариантом того, что мы знаем как шифр Виженера ) в Журнал Общества искусств , Чарльз Бэббидж упомянул в своем ответе, что он любит использовать «кольца из самшита, помещенные рядом на цилиндре и имеющие двадцать шесть букв по окружности каждого». [11] Однако из этого описания неясно, располагались ли буквы в алфавитном или случайном порядке.
Основа для более поздних военных шифров
[ редактировать ]механически похожее на устройство Джефферсона, но несколько улучшенное, было независимо заново изобретено в 1891 году комендантом Этьеном Базери , но не стало широко известным, пока он не взломал Великий Шифр Россиньоля Устройство , . [12] В 1893 году французский математик Артур Жозеф Герман (более известный как основатель Éditions Hermann ) модернизировал устройство, включив в него 18 плоских деревянных или картонных полосок. [4] Криптологи других стран также рассматривали подобные устройства.
Цилиндр Bazeries послужил основой для американской шифровальной машины « М-94 », которая была представлена в 1922 году и оставалась на вооружении до 1942 года. В 1914 году Паркер Хитт экспериментировал с устройством Bazeries, построив один прототип с использованием направляющих на деревянной раме. с шифралфавитами, напечатанными дважды подряд на слайдах, а затем еще раз с использованием деревянных дисков. Он передал свои эксперименты вышестоящему командованию Корпуса связи, и в 1917 году Жозеф Моборн усовершенствовал схему, и конечным результатом стала М-94.
В М-94 на шпинделе использовалось 25 алюминиевых дисков. Он использовался армией , береговой охраной и отделом радиоразведки Федеральной комиссии по связи до начала Второй мировой войны . Армия вернулась к исходной схеме Хитта с шифровальной машиной « М-138-А », которая была представлена в 1930-х годах и использовалась ВМС США и Госдепартаментом США во время Второй мировой войны. M-138-A имел 100 полос, 30 из которых были выбраны для использования в одном сеансе шифрования. Это было улучшением безопасности Государственного департамента , который в межвоенные годы использовал небезопасные коды, даже в одном случае стандартный коммерческий телеграфный код.
Пример работы
[ редактировать ]Чтобы зашифровать сообщение, шифратор вращает диски для создания открытого текстового сообщения по одной «строке» стека дисков, а затем выбирает другую строку в качестве зашифрованного текста . Чтобы расшифровать сообщение, расшифровщик вращает диски своего цилиндра, чтобы получить зашифрованный текст по строке. Дешифрование проще, если и шифратор, и дешифратор знают смещение строки, но это не обязательно, поскольку дешифратор может осмотреть цилиндр, чтобы найти строку, которая имеет смысл.
Например, упрощенный «игрушечный» цилиндр Базери, в котором используется всего десять дисков, можно организовать, как показано ниже, где каждый диск «развернут» в линию и каждый помечен обозначающим номером:
| 1: | < ZWAXJGDLUBVIQHKYPNTCRMOSFE < |
| 2: | < KPBELNACZDTRXMJQOYHGVSFUWI < |
| 3: | < BDMAIZVRNSJUWFHTEQGYXPLOCK < |
| 4: | < RPLNDVHGFCUKTEBSXQYIZMJWAO < |
| 5: | < IHFRLABEUOTSGJVDKCPMNZQWXY < |
| 6: | < AMKGHIWPNYCJBFZDRUSLOQXVET < |
| 7: | < GWTHSPYBXIZULVKMRAFDCEONJQ < |
| 8: | < NOZUTWDCVRJLXKISEFAPMYGHBQ < |
| 9: | < XPLTDSRFHENYVUBMCQWAOIKZGJ < |
| 10: | < UDNAJFBOWTGVRSCZQKELMXYIHP < |
Если "ключ", то последовательность дисков для этого цилиндра Базери равна 7, 9, 5, 10, 1, 6, 3, 8, 2, 4и шифровальщик хочет отправить сообщение " retreat now" для расшифровщика, шифровщик переставляет диски в соответствии с ключом и вращает каждый диск, чтобы получить открытый текст , который показан слева, с добавлением пробелов для ясности:
| 7: | < R AFDCE O NJQGWTHSPYBXIZULVKM < |
| 9: | < E NYVUB M CQWAOIKZGJXPLTDSRFH < |
| 5: | < T SGJVD K CPMNZQWXYIHFRLABEUO < |
| 10: | < R SCZQK E LMXYIHPUDNAJFBOWTGV < |
| 1: | < E ZWAXJ G DLUBVIQHKYPNTCRMOSF < |
| 6: | < A MKGHI W PNYCJBFZDRUSLOQXVET < |
| 3: | < T EQGYX P LOCKBDMAIZVRNSJUWFH < |
| 8: | < N OZUTW D CVRJLXKISEFAPMYGHBQ < |
| 2: | < O YHGVS F UWIKPBELNACZDTRXMJQ < |
| 4: | < W AORPL N DVHGFCUKTEBSXQYIZMJ < |
Затем шифровальщик выбирает зашифрованный текст из шестой строки цилиндра вверх от открытого текста. Этот зашифрованный текст также выделен выше пробелами и дает: ОМКЕГВДФН . Когда расшифровщик получает зашифрованный текст, он переставляет диски в своем цилиндре в соответствии с расположением ключей, вращает диски, чтобы получить зашифрованный текст, а затем читает открытый текст на шесть строк ниже зашифрованного текста или просматривает цилиндр в поисках строки, которая имеет смысл. .
Криптоанализ
[ редактировать ]Цилиндр Базери в то время был относительно надежной системой (по сравнению со многими другими использовавшимися системами), и Этьен Базери, французский военный криптоаналитик, как говорят, считал его не поддающимся расшифровке. Группа взлома кодов « Перс ЗС » министерства иностранных дел Германии взломала М-138-А в 1944 году. Однако к тому времени у американцев уже были в эксплуатации более сложные системы шифрования.
Французский криптограф Гаэтан де Виарис (он же маркиз Гаэтан Анри Леон Виарицио ди Лесеньо), известный благодаря одному из первых печатных шифровальных устройств (1874 г.), разгадал цилиндр Базери в 1893 г. [13]
Одним из основных недостатков цилиндра Базери является то, что смещение от буквы открытого текста до буквы зашифрованного текста для шифралфавита на каждом диске будет совершенно одинаковым. В примере, показанном выше, это смещение составляет шесть букв.
Например, если криптоаналитик обнаружил сообщение, зашифрованное на десятидисковом цилиндре Базери, описанном в примере выше, и захватил свой собственный цилиндр, он может расшифровать сообщение, введя его в свой цилиндр и вращая его, пока не найдет сообщение. Тем не менее, число возможных перестановок дисков примера цилиндра Базери равно 10! = 3 628 800 . Из-за большого размера этого количества методом проб и ошибок проверку расположения дисков выполнить вручную затруднительно.
Ссылки
[ редактировать ]- Эта статья или ее более ранняя версия включает в себя материалы из книги Грега Гебеля « Коды, шифры и взлом кодов» .
- ^ «Колесо шифра» . Джефферсон Монтичелло . Проверено 19 марта 2022 г.
- ^ Кан 1967 , с. 194.
- ^ Базери, Этьен (1901). Раскрыты секретные цифры . Париж: Librairie Charpentier et Fasquelle. п. 250 . Проверено 7 октября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кру, Луи (октябрь 1981 г.). «Происхождение шифровального устройства Джефферсона/Бейзери» . Криптология . 5 (4): 193–208. дои : 10.1080/0161-118191856039 . ISSN 0161-1194 .
- ^ Бекман, Бенгт (апрель 2002 г.). «Раннее шифровальное устройство: машина Фредрика Грипеншерны» . Криптология . 26 (2): 113–123. дои : 10.1080/0161-110291890821 . ISSN 0161-1194 .
- ^ Перейти обратно: а б Джефферсон, Томас (1950). Документы Томаса Джефферсона, том 37: с 4 марта по 30 июня 1802 г. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-15001-7 .
- ^ «Шифровочные машины» . ciphermachines.com . Проверено 13 января 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Гэдди, Дэвид В. (октябрь 1995 г.). «Цилиндр-шифр» . Криптология . 19 (4): 385–391. дои : 10.1080/0161-119591884033 . ISSN 0161-1194 .
- ^ Бедини, Сильвио А. (1990). Томас Джефферсон: государственный деятель науки . Макмиллан. п. 242. ИСБН 978-0-02-897041-7 .
- ^ «Коды и шифры Томаса Джефферсона: II (1790-1803)» . cryptiana.web.fc2.com . Проверено 9 января 2024 г.
- ^ Журнал Королевского общества искусств . Общество искусств. 1854.
- ^ Фридман 1918 , с. 225.
- ^ Виариса (1893). Искусство расшифровки секретных сообщений . Париж: Готье-Виллар и Филс. стр. 50–52, 99–109 . Проверено 7 октября 2023 г.
Источники
[ редактировать ]- Фридман, Уильям Ф. (1918). Несколько машинных шифров и методы их решения (PDF) . Методы решения шифров, публикации 15–22. Публикации Ривербанка . PDF стр. 225. Архивировано (PDF) из оригинала 11 февраля 2022 г. - через Цифровую библиотеку криптографии Руфуса А. Лонга.
- Кан, Дэвид (1967). Взломщики кодов . стр. 192–195.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
| |||||||||||||||||