Книжный шифр

А. С. Пушкин: «Цыганы», отрывок.

Суть метода книжного шифра — это выбор любого текста из книги, где номера слов начинающихся на определённую букву или координаты (строка, номер в строке) самих букв выступают в качестве шифра исходного сообщения. При этом одной исходной букве может соответствовать несколько символов[3].

В качестве примера практической реализации, обратимся к воспоминаниям известного социал-демократа Виктора Катина-Ярцева, возглавлявшего Петербургский «Союз борьбы»[4].

Положим ключом к шифру будет отрывок из стихотворения А. С. Пушкина: «Цыганы».

Предстоит зашифровать слово: «Гимназия». Первая буква слова — «Г», мы её обозначаем 4/4, где числителем будет строка, знаменателем — порядок букв в этой строке. Рекомендовалось вносить побольше разнообразия, заимствуя букву из разных мест ключа, чтобы затруднить для посторонних специалистов расшифрование написанного. Тогда шифром слова «Гимназия» будет такой текст: «4/4, 7/3, 7/19, 4/9, 2/4, 1/14, 3/8, 1/11».

Или в двоичном формате: 0010000100, 0011100011, 0011110011, 0010001001, 0001000100, 0000101110, 0001101000, 0000101011.

В стихотворном шифре ключом является заранее оговоренное стихотворение, которое записывается в прямоугольник согласованного размера. Этот прямоугольник является ключевой страницей книжного шифра.

Несмотря на то, что шифрование непосредственно с помощью книги-ключа просто в применении, данный метод имеет существенные недостатки. Если шифрование производится не тщательно, то, например, повторяющиеся числовые последовательности могут упростить злоумышленнику расшифровку текста. Так же встаёт вопрос об использовании пробелов или каких-либо специфических обозначений, которые могут не только упростить задачу взлома, но и сделать процесс чтения сообщения проблематичным непосредственно для получателя.

В связи с этим рассмотрим несколько более усовершенствованных разновидностей данного метода шифрования.

Основной составляющей данного метода являлись, так называемые, растры, квадратные листы с определённым количеством отверстий. Символы и строки, расположенные с двух сторон растрового листа, назывались «ключевыми заголовками», с помощью которых проводилось шифрование сообщения, а также последующая его расшифровка. Для определения начального местоположения сообщения в центральной части растра использовались индикаторы групп, которые располагались на заранее заготовленных местах.

Минимальный размер передаваемого сообщения должен был составлять не менее 35 символов, максимальный не более 115.

Сообщение должно было быть коротким и ясным, запрещалось использование стереотипных фраз и повторов. Допускалось применение аббревиатур, но не короче трёх символов, исключением являлось слово «Километр», которое заменялось на «КМ».

Группы, состоящие из пяти символов шифротекста, записывались в строки с 1 по 24. Пространство в правом верхнем углу использовалось для идентификации отправителя сообщения. Каждая строка и столбец растрового листа должны были содержать ровно 3 отверстия. Расположение отверстий должно было удовлетворять следующим условиям:

1. Левое отверстие должно было находиться в пределах 14 — 19 столбцов, среднее в пределах 15 — 25, а правое в пределах 21 — 26.
2. Отверстия должны были распределяться таким образом, чтобы каждый столбец содержал только 1 отверстие, прежде чем в нём появится второе.

Для идентификации каждого поля в растре использовался 26 символьный алфавит. Столбцы с одной стороны нумеровались с 1 по 13, а с другой с 14 по 26. Начиная с 1-го столбца, во 2-ой и в 3-й ряды записывались определённые символьные последовательности, данные последовательности вместе с числовой и являлись «ключевыми заголовками».

Теперь рассмотрим одну из основных составляющих данного метода шифрования — «ключевой заголовок», с помощью которого и будет проводиться дальнейшее шифрование и дешифрование сообщения.

Рисунок 1

Пусть ключом в данном случае будет следующий набор символов : " f s g j h c v m x z q r t ", важно, чтобы его длина не превышала 13 символов. В соответствие с правилами данный ключ заносится во вторую строку, прямо под числовую последовательность 1 −13. Построение числовой последовательности для дальнейшей работы проводится следующим образом :

1. Буквы ключа нумеруются в их алфавитном порядке, то есть букве «c» мы должны присвоить номер 3, но поскольку в данной последовательности она из всех букв в алфавите идёт первой, то мы присваиваем ей номер 1, f — номер 2 и т. д.
2. Затем, получившуюся числовую последовательность записываем в четвёртый столбец.

Записываем в четвёртую строку, под последовательностью 14-26, полученную числовую последовательность, а в третью — последовательность, которая формируется следующим образом : числу 1 ставим в соответствие символ a, поскольку он идёт первым в выбранном нами алфавите, 2 — b , 3- c и т. д. После всего этого удаляем ключ из второй строки.

Получившаяся таким образом совокупность числовой и символьной последовательностей и называется «ключевым заголовком».

После ознакомления с теоретической частью метода перейдём к практической и проиллюстрируем работу данного шифра на следующем примере.

Рисунок 2

Допустим, мы хотим зашифровать сообщение " An appeaser is one who feeds a crocodile hoping it will eat him last " (Миротворец — это тот, кто кормит крокодила в надежде, что, тот съест его последним.)

Заполним, для начала, «ключевые заголовки» .Для начала работаем со столбцами под последовательностью 1-13. Во второй столбец запишем символьную последовательность : " u y t e t j g s h d b v x ", в третий : " b i c e d a k f l m g h j ", а в четвёртый запишем числовую последовательности, которую мы получили ранее, то есть " 2 9 3 5 4 1 11 6 12 13 7 8 10 ". Теперь со строками под последовательностью 14 — 26 проделаем то же самое, но с уже с последовательностями " m g d h a c n b v z x l I ", " b i c e d a k f l m g h j " и " 2 9 3 5 4 1 11 6 12 13 7 8 10 ".Далее заносим открытый текст в центральную часть растра, начиная с произвольного свободного поля.

После этого в соответствии с верхней числовой последовательностью записываем открытый текст по столбцам в правую часть растра. Например, числу 1 в верхней строке соответствует столбец символов " a o a h l ", его мы и записываем первым в строку 1 справа и т. д. Пятую строку оставляем свободной, поскольку она будет являться индикаторной группой начала сообщения, которая формируется следующим образом : первые 2 символа берутся из второго и третьего столбцов левой части растра(из строки, где начинается сообщение, в данном примере из седьмой), третий символ выбираем произвольным образом, четвёртый и пятый символы из второй и третьей строк верхней части растра(17-й столбец).

Для расшифровки же сообщения необходимо было знать лишь ключ, в нашем случае это последовательность символов " f s g j h c v m x z q r t " и индикаторную группу, чтобы знать с какого поля в растре начинается сообщение. Далее, выполняя все действия в обратном порядке, мы получим исходное сообщение.

Теперь рассмотрим более современный вариант данного метода шифрования, который был разработан в 2010 году[6].

Ранее мы рассматривали данный шифр только с точки зрения шифрования на основе каких-либо книг, символьных последовательностей и т. д. , сейчас же, с изобретением огромного количества электронных устройств попытаемся посмотреть на данный метод шифрования с другой стороны.

Если внимательно присмотреться к файлам, которыми мы оперируем на компьютерах, будь то музыка, фотографии, документы или видео, все они имеют схожую структуру, все они представляются в виде битов, 0 или 1. Если рассматривать компьютер, как хранилище такого вида файлов, так почему бы не использовать его как «книгу-ключ» для шифрования сообщений.

Давайте более детально рассмотрим идею данного алгоритма.

Ключом в данной случае будет являться набор обычных компьютерных файлов: (Файл 1, Файл 2 ,…, Файл N).

Первым шагом будет выбор числа k: k∈N, k≥1.

Далее конвертируем исходный текст в бинарную последовательность и разделим её на s частей, где каждая часть имеет длину k бит. Если длина последней части меньше k, то заполняем её нулями.

После первых двух шагов наш текст представляет собой множество, состоящее из s частей, обозначим его за D: D = (D1…Ds).

Проделаем предыдущие шаги, но уже не с открытым текстом, а с набором файлов, которые выбрали в самом начале в качестве ключа: (Файл 1,Файл 2 … Файл N).

Каждый файл представим в виде битовой последовательности, которую потом разделим на части, длина каждой части k бит, если меньше, то заполняем остальное нулями.

Проделав данную операцию со всеми файлами, получим набор блоков и каждому из них присвоим адрес. Адрес будет состоять из номера файла, из которого данный блок получен и номера самого блока из множества всех блоков, из которых состоит данный файл.

После этого заменим каждую часть Di, где i ∈(1 … s) на произвольно выбранный адрес блока, в результате чего получим, что исходный открытый текст превратился в набор случайных адресов : (адрес 1 … адрес s).

Для расшифровки получившегося текста нам понадобится тот же ключ, что мы использовали для шифрования открытого текста, то есть набор (Файл 1,Файл 2 … Файл N) и непосредственно сам зашифрованный тест.

Для каждого адреса находим соответствующий ему файл по номерам файла и блока, которые содержит адрес.

Далее заменяем каждый адрес зашифрованного текста на соответствующие элементы D из множества (D1… Ds) и конвертируем его в исходный открытый текст.