Неделя 5. Тарабарская грамота

 

Теперь давай изучим немного иной подход к тайной переписке. Мы будем использовать то, что потенциальный взломщик не знает, как именно зашифрован секретный текст. Это значит, что альтернатив и возможностей для проверки у него слишком много. Всё дело в том, что участники обмена сообщениями должны заранее договориться о том, какой метод шифрования или сокрытия информации они будут использовать. Если сам метод сложно распознать по виду текста, то криптоаналитик может голову сломать, но не разобраться в секрете.

Заметь: всё, что мы изучили до сих пор, не подходит под это понимание. Если мы используем шифр одноалфавитной замены, то это можно понять по самому виду текста. Более того, частотный анализ с построением гистограммы сразу же полностью раскрывает метод шифрования (и мы с тобой уже тоже научились это делать). С многоалфавитной заменой – всё то же самое. Достаточно только предположить, что текст зашифрован при помощи многоалфавитной замены, чтобы применить к нему метод расшифровки, который мы использовали на второй неделе. И если этот метод найдёт длину ключа, то тайна сразу же перестаёт быть тайной.

То же самое подходит и к сокрытию информации при помощи двоичного кодирования через свойства символов. Как только криптоаналитик видит, что символы в тексте отличаются друг от друга как‑то регулярно, он сразу же предполагает: в деле замешана двоичная система счисления, после чего начинает искать закономерности. В конце концов, шифр поддаётся, тайна раскрыта.

Другими словами, если криптоаналитик узнаёт метод шифрования, получение открытого текста из шифрограммы становится делом техники и очень внимательных и точных подсчётов. Но на этой неделе мы изучим пару методов, которые в целом лишены такого недостатка.

Если два человека хотят обмениваться секретными сообщениями так, чтобы их никто не понял, у них есть для этого два способа. Первый заключается в том, чтобы воспользоваться широко известными алгоритмами или методами шифрования, более или менее стойкими к взлому. Поскольку описание методов известно, то нет никаких проблем в том, чтобы использовать их.

Второй способ заключается в использовании метода, который не будет известен никому, кроме участников обмена тайной информацией. Само собой разумеется, что договориться о таком методе и обменяться разного рода ключами необходимо заранее – то есть требуется двойной обмен информацией. В первый раз необходимо встретиться лично и тайно, чтобы обменяться ключами и методами шифрования. Потом уже можно пересылать друг другу информацию по открытым каналам, не опасаясь, что тайны будут раскрыты.

На этой неделе мы изучим метод, который получил название «Тарабарская грамота». Слово «тарабарский» обозначает «непонятный», «бессмысленный». Тарабарский язык – это речь, составленная из бессмысленного набора звуков, часто подражающая какому‑либо известному языку или даже нескольким языкам. Например, известную фразу «Глокая куздра штеко будланула бокра и курдячит бокрёнка» можно считать фразой на тарабарском языке, при этом построенной по правилам русского.

Или, например, попробуй расшифровать, что написано в этом тексте:

RIП ZWОN ЛУJVU IЧLИSS JЛWОZR СIILЬ QУРWАN

Если у тебя ничего не выходит, и никаких идей в голову не приходит, то попробуй вычеркнуть из этого набора букв те, которые не входят в русский алфавит. Получилось?

Но это очень просто. Есть методы куда более сложные. Их использование требует больших усилий, поскольку надо очень внимательно подбирать слова и фразы так, чтобы у криптоаналитика не было возможности за что‑то зацепиться. Например, составить скрытое сообщение так, чтобы читать нужно было только третью букву каждого слова, если в слове три или больше букв. Понятное дело, что тут надо очень тщательно выбирать слова – так, чтобы у текста был смысл, и смысл этот был вполне нормальный, а не абы какой. Если в тексте попадаются какие‑то несуразности – это первый признак того, что такое сообщение предназначено для наведения тумана, а истинная информация передаётся внутри этого сообщения тайно.

Для тренировки можно выполнить такие упражнения. Придумай какое‑нибудь слово, не короткое и не длинное. Например, это может быть слово «ПЛАМЯ». Теперь тебе надо придумать фразу из пяти слов, которые начинаются на буквы «П», «Л», «А», «М», и «Я». Например: «Подо Льдом Араб Мучил Янычара». Теперь ты понимаешь, что такое неадекватность текста? А теперь придумай фразу из пяти слов, где слово «ПЛАМЯ» будет читаться по вторым буквам. Например: «сПособ пЛавания рАзработан уМным дЯдей». Как видишь, эта задача не так проста, как кажется на первый взгляд, и здесь требуются многочисленные тренировки.

Но это всё ещё не очень хороший метод. Давай замахнёмся на что‑нибудь посерьёзней. Представь, что тебе в руки попала следующая шифрограмма:

ARK NANTONG CELL TREC ISOHY KNAV BAR IPS EXES PISIDIE UXQUELS HABEN KANBUN WORLD BE XERM SOME TEXIS YRS BELLIC

На первый взгляд она выглядит как довольно странный набор английских слов, многие из которых – очень редкие и встречаются только в специализированной литературе, а некоторые вообще написаны с ошибками. Сразу же приходит на ум вычленить из этого бессмысленного набора символов только те, которые похожи своим начертанием на буквы русского алфавита (таких букв 12: A, B, C, E, H, K, M, O, P, T, X, Y). Вот что получается:

AKATOCETECOHYKABAPEXEPEXEHABEKABOBEXEMOMETEXYBEC

Что с этим делать дальше? Здесь я рекомендую тебе прервать дальнейшее чтение и попробовать самостоятельно найти в этом наборе букв какие‑либо закономерности. Попробуй «загрузить» эту последовательность к себе в голову, после чего погоняй её туда‑сюда день или два. Если ничего не получится найти, то продолжай чтение. Если получится, то сравни свой результат с тем, что написано дальше.

1. В этой строке на нечётных местах всегда стоит буква, обозначающая гласную, а на чётных – согласную. Другими словами, гласные и согласные идут одна за другой.

2. Различных гласных четыре: A, E, O, Y. Согласных – восемь: B, C, H, K, M, P, T, X. Произведение 4 и 8 даёт 32.

3. Прошлые две недели мы использовали алфавит, содержащий 32 символа.

Не много ли совпадений для такого небольшого кусочка шифрованного текста? Действительно, многовато. Это значит, что их нужно проверить. Ведь криптоаналитик всегда пытается зацепиться за разного рода закономерности. Когда в шифрограмме обнаруживаются закономерности, это значит, что она потенциально поддается взлому. Самый неуязвимый шифр похож на «белый шум» – никаких закономерностей, абсолютный хаос.

Давай попробуем проверить догадку, которая заключается в том, что в представленной шифрограмме за каждый символ секретного текста отвечают сразу гласная и согласная. При этом 32 символа нашего алфавита можно разделить на четыре группы, и каждую группу обозначить гласной. Внутри же групп символы (которых по восьми в группе) обозначаются согласными. Таким образом, чтобы получить код символа, надо взять гласную его группы и согласную самого символа в группе. Предположим, что кодировка была простейшей (если нет, то необходимо применить частотный анализ, используя в качестве символов, частоты которых подсчитываются, пары букв «Гласная + Согласная»). Простейшая кодировка обозначает, что гласные и согласные использовались просто по порядку. В итоге получается такая таблица:

Думаю, тебя не затруднит с её помощью расшифровать то, что было скрыто в том беспорядочном наборе английских слов.

Теперь давай подумаем, как можно усложнить этот способ шифрования так, чтобы потенциальному взломщику было труднее обнаружить и взломать его. На ум приходит несколько идей. Во‑первых, надо сделать так, чтобы английский текст был более похож на обычную человеческую речь. Во‑вторых, не должно быть такой простейшей закономерности, как та, которую мы обнаружили ранее: чередования гласных и согласных. Предлагаю попробовать избавиться от обоих недостатков.

Проще всего сразу же избавиться от второго нюанса. По крайней мере, это будет не так явно видно, как в рассмотренном нами случае. Почему бы не сделать произвольным порядок букв в коде? Какая разница, как записывать: «AT» или «TA» – это будет обозначать одно и то же. Главное, что при расшифровке мы отбираем по две буквы и переводим их в символ скрытого текста. Можно было бы и ещё сильнее усложнить эту сторону задачи, но это связано с серьёзными техническими сложностями (слишком много вычислений), поэтому такое усовершенствование я оставляю тебе в качестве самостоятельной работы.

Теперь давай займёмся первой проблемой. Она возникает из‑за того, что в шифрограмме встречаются очень неудобные с точки зрения английского языка сочетания букв, для которых надо подбирать слова, а слов с такими сочетаниями либо нет вообще, либо очень мало. Частично эта проблема будет решена уже при разрешении использовать сочетания двух букв в произвольном порядке (предыдущая задача). Но можно пойти дальше.

Если помнишь, на первой неделе мы изучали частотный анализ и узнали о таблице частот встречаемости русских букв в текстах. Как ты понимаешь, такую же таблицу можно составить и для английского языка. Вот она:

И у нас есть частоты встречаемости букв русского алфавита в тексте. Их можно совместить так, чтобы наиболее часто встречающимся русским буквам соответствовали наиболее часто встречающиеся пары английских букв. Для этого надо рассчитать частоты для пар. Это сделать просто – чтобы получить частоту для пары, достаточно перемножить частоты двух букв (честно говоря, это не совсем корректно с точки зрения языка, но для нашей задачи подойдёт). Выбрав только латинские буквы A, B, C, E, H, K, M, O, P, T, X, Y, мы получим следующую таблицу:

Теперь надо расположить двухбуквенные комбинации по убыванию их частоты:

ET EH AT OT AH OH EC EM EP AC OC AM EB OM YT AP OP AB YH OB EK AK OK YC YM YP YB EX YK AX OX YX

Как ты можешь подсчитать, тут ровно 32 пары букв, и теперь мы можем сопоставить их буквам русского алфавита, выстроив по уменьшению частоты. Получается вот такая замечательная таблица (попробуй сначала составить её самостоятельно, а потом сравни):

Давай попробуем зашифровать что‑нибудь с помощью этого кода. Так, фраза «ПРИЕДУ ЗАВТРА» в переложении на код будет выглядеть так: «YTACAHATOMAPETOBOTOCECACOT». Теперь, зная, что в двухбуквенных сочетаниях буквы можно менять местами, попробуй подобрать английские слова для сокрытия этой шифрограммы.

Если попытаться сделать это, то может получиться что‑то вроде такого:

STYLUS CALLAHAN TROMP ARES TOROID BIT ROW CENSUS CARD CITO

Подобрать этот набор слов было намного‑намного проще, чем предыдущий (мне даже практически не пришлось открывать словарь). Выглядит этот набор как список каких‑то слов, возможно, кодов. Криптоаналитик будет ломать над ним голову намного дольше, поскольку здесь нет необычностей.

Я рекомендую тебе потренироваться этому методу, и если ты неплохо знаешь английский язык, то попробуй самостоятельно что‑нибудь зашифровать и отправить человеку, с которым ты переписываешься по теме криптографии. Посмотрим, как он удивится.

Напоследок – пара советов:

1. Чем больше в системе шифрования закономерностей, тем проще криптоаналитику расшифровать шифрограмму. Поэтому любыми средствами избегай простых закономерностей, которые позволят зацепиться за них и распутать клубок тайны.

2. Чем необычнее текст, тем больше подозрений он вызовет у криптоаналитика, который будет искать скрытую информацию. Поэтому для сокрытия важной информации пользуйся как можно более простыми и обычными текстами.

Вот и всё. До следующей недели.