Однако первые сведения о частотном анализе можно встретить на несколько веков раньше. Известный арабский ученый Абу Юсуф Якуб ибн Исхак ибн ас-Саббах ибн Омран ибн Исмаил аль-Кинди, более известный как просто аль-Кинди, жил в IX столетии нашей эры. За свою жизнь он написал около 290 книг по медицине, астрономии, математике и другим наукам. Необходимо отметить, что аль-Кинди, помимо прочего, был и весьма талантливым криптологом. Среди его литературных творений была и «Рукопись о разгадывании шифрованных сообщений».
В указанной книге аль-Кинди рекомендует простой способ разгадывания зашифрованных текстов. Если заранее известно, на каком языке написано зашифрованное сообщение, надо выбрать любую страницу из книги, написанной на этом же языке, и попробовать подсчитать, какие буквы на этой странице чаще всего используются. Так, например, в русском языке такими буквами будут «е», «а» и «о». После этого следует просмотреть зашифрованный текст и найти наиболее часто встречающийся знак. Если первоначальный текст написан на русском языке, то вместо этого знака надо поставить букву «е». Затем определяется второй наиболее часто повторяющийся знак, вместо которого подставляется буква «а». И так далее. В конце концов нужно перепробовать все буквы алфавита, пока не удастся расшифровать весь текст. Эта методика разгадывания зашифрованных текстов и получила название частотного анализа Одна из поучительных историй, связанных с разгадыванием шифра методом частотного анализа, произошла на несколько веков позже на другом континенте, но об этом будет рассказано в другом разделе.
3.3. Европа просыпается
Единственным местом в Европе, где в начале первого тысячелетия нашей эры серьезно занимались криптографией, были монастыри. Следует признать, что в те далекие времена монастыри очень часто выполняли роль своеобразных научных центров. За их высокими стенами талантливые и трудолюбивые монахи совершили великое множество открытий в самых разных областях науки. Не являлась исключением и криптография. Монахи, к примеру, десятилетиями изучали каждую букву Библии, стараясь разгадать заключенные в ее тексте тайные послания.
С наступлением эпохи Возрождения начинается и новый этап в развитии криптографии. При этом главная роль в изобретении новых систем шифрования в XIV–XVI веках постепенно переходит к ученым, в первую очередь к математикам.
К сожалению, о шифрах, применявшихся в Европе в период от падения Римской империи до начала эпохи Возрождения, в так называемые Темные века, сохранилось мало сведений.
В некоторых источниках можно отыскать упоминания о так называемых значковых шифрах, при использовании которых каждая буква открытого текста заменяется на соответствующий специальный знак.
К значковым шифрам относится, например, шифр Карла I (742 814), более известного как Карл Великий, императора западной половины Священной Римской империи с 800 года нашей эры, талантливого полководца, любителя охоты, покровителя науки и искусства.
Некоторые исследователи придерживаются мнения, что на изобретении этого шифра, несомненно, сказалось влияние арабских криптографов. Такая точка зрения конечно же имеет право на существование, поскольку Карл Великий имел тесные связи с Востоком. Не случайно в 802 году багдадский правитель Гарун аль-Рашид прислал ему в подарок слона. Не лишенный чувства юмора император определил слона на службу в императорскую армию. Военная «карьера» драгоценного подарка успешно продолжалась до 810 года, когда слон при исполнении служебных обязанностей погиб в Дании.
Примерно в это же время появился и шифр замены, в котором каждой букве алфавита соответствовал астрологический символ планеты или ее названия.
Особого внимания заслуживает и шифр, известный под названием «еврейский». При его использовании применяемый алфавит разбивается на две половины, после чего буквы второй половины пишутся под буквами первой половины в обратном порядке.
Наступление эпохи Возрождения ознаменовалось расцветом наук и ремесел в Европе и в первую очередь в итальянских городах-государствах. Значительный прогресс был достигнут и в криптологии. Начиная с XIV века появляются многочисленные книги, посвященные не только методам шифрования, но и способам дешифрования сообщений.
Одной из первых была книга Ч. Симонетти. В этой книге рассматривались шифры замены, в которых для выравнивания частот повторения букв в криптограмме гласные буквы предлагалось заменять несколькими разными знаками. Здесь же было дано описание так называемого лозунгового шифра замены. При использовании этого шифра под алфавитом необходимо записать сначала буквы лозунга, а затем буквы, отсутствующие в лозунге.
Интересная книга, написанная в XV веке Габриэлем де Лавинда и называвшаяся «Трактат о шифрах», содержит описание шифра пропорциональной замены. При его использовании замена букв осуществляется несколькими символами, пропорционально частоте использования этих букв в открытом тексте. Здесь же даются рекомендации по замене, например, имен или географических названий на специальные знаки. Необходимо отметить, что в этот период встречаются первые упоминания о так называемом «Миланском ключе», применявшемся в Милане значковом шифре пропорциональной замены.
Криптограф папской канцелярии Маттео Арженти в начале XVI века предложил использовать шифр замены, в котором заменяются не только буквы, но и слоги, а также слова и даже целые фразы.
В 1553 году малоизвестный итальянец Джованни Белазо (Giovanni Batista Belaso) написал небольшую книгу с громким названием «Шифр сеньора Белазо». Главной особенностью предложенного шифра являлось использование в процессе шифрования специального слова или группы слов, которые Д. Белазо называл «паролем». Пароль следовало записывать над или под открытым текстом, при этом каждая буква пароля означала номер применяемой замены к букве открытого текста.
Известный итальянский естествоиспытатель Джованни Порта (Giovanni Batista Porta) в 1563 году написал книгу «О тайной переписке», в которой привел описание почти всех известных к тому времени и заслуживающих внимания систем шифрования. При этом было дано и описание так называемого биграммного шифра, в котором применяется замена пар букв. Талантливый ученый также привел примеры списков вероятных слов, заложив основу метода, получившего впоследствии в криптоанализе название «метод вероятного слова».
Необходимо отметить, что именно в эпоху Возрождения криптографией и криптоанализом стали серьезно заниматься выдающиеся деятели науки. Так, например, значительный вклад в развитие криптографии внес легендарный итальянский математик и философ Джироламо Кардано (Girolamo Cardano, 1501–1576), среди прочих наук занимавшийся и криптографией. В одной из своих книг, называвшейся «О тонкостях», Д. Кардано предложил использовать в качестве ключа открытый текст. Изобретательный итальянец также является автором системы шифрования с использованием трафаретов, описание которой он опубликовал в 1566 году. Впоследствии среди специалистов этот шифр получил название «решетка Кардано».
Во Франции к дешифровальной работе при дворе короля Генриха IV Наваррского (1553–1610) был привлечен известный математик Франсуа Виет, считающийся основателем современной элементарной алгебры. В то время как шифры, придуманные талантливым французом, практически не поддавались расшифровке, он сам успешно дешифровал переписку испанского короля Филиппа II. Об этом свидетельствует и обращение испанского монарха с жалобой к папе Римскому. В своем послании разгневанный Филипп II утверждал, что французы для раскрытия испанских шифров используют — ни много, ни мало — нечистую силу и черную магию.
Помимо этого, в XV–XVI веках было опубликовано много работ, в которых рассматриваются варианты так называемых многоалфавитных шифров. Среди них особого внимания заслуживают, например, труды Леона Альберти, Иоганнеса Тритемиуса и Блэйса де Виженера. Более подробно об этих шифрах будет рассказано позже. Примерно в это же время появляется и числовой код.
Необходимо отметить, что именно в эпоху Возрождения шифры стали широко применяться не только органами государственной или церковной власти, но и учеными. Так, например; Леонардо да Винчи (1452–1519) и Галилео Галилей (Galileo Galilei, 1564–1642) использовали шифры в своих рукописях.
К немалому неудовольствию некоторых современных зарубежных исследователей, стремящихся умолчать о достижениях российских криптографов того времени, Россия не отставала от своих европейских соседей в вопросах создания и разгадывания всевозможных шифров. Более того, в XIV–XVI веках отношение к криптографии у российских правителей было намного серьезнее, чем у некоторых их европейских коллег.
Свидетельством тому может служить исторический факт, что именно в России уже в период правления Ивана Грозного (1530–1584) была организована одна из первых, если не самая первая криптографическая служба в Европе. Суровый правитель, в 17 лет ставший первым царем всея Руси, уже через два года после вступления на престол, в 1549 году, подписал указ о создании Посольского приказа, одним из структурных подразделений которого было так называемое «цифирное отделение». Именно на это отделение возлагалась задача обеспечения тайны в первую очередь дипломатической переписки.
Не следует сомневаться в том, что к своей работе сотрудники «цифирного отделения» относились очень серьезно и выполняли ее с высоким качеством. Ведь, по соблюдавшейся на Руси в те далекие времена весьма поучительной традиции, расплата за недобросовестное исполнение чиновниками своих служебных обязанностей и тем более за допускавшиеся нарушения была быстрой и суровой.
Для шифрования сообщений российские криптографы обычно использовали шифры замены и перестановки, а также значковые шифры. Необходимо отметить, что в других европейских странах аналогичные криптографические структуры стали организовываться лишь почти через 100 лет.