Sifrování

Sifrování

Z historie sifrování

Historie sifrování je nejen úzce spojená s historií zpravodajských technik, ale se s ní i často prolíná. Evropský racionalismus, postupné zvysování gramotnosti a poměrná jednoduchost písma vedli k tomu, ze úloha sifrování posílaných a "uskladňovaných" zpráv postupně nabývala stále větsí význam. V ostatních kulturách máme jen sporadické zprávy o pouzívání sifrování.

Z Činy máme první zprávy o sifrování v podobě malé tabulky kódů a z 11. století. V Indii se sifrování těsilo očividně větsí popularitě. Ve známé Kámasútře se mezi sedesáti třemi uměními, které si má osvojit kazdé děvče, pokud chce dokonale ovládat umění milovat, na 43. místě uvádí: "Vyznat se v tajných písmách a tajných znakov".

V Indii, i kdyz nepřímo, má původ samotné slovo sifra. Původně slo o slovo s úplně jiným významem. Přesněji, při přebírání číslovek Arabů od starověkých Indů přelozili Arabi i sanskritské označení sunya pro nulu. Toto slovo znamenající prázdný přelozili Arabi doslovně jako as-sifr. Jako významové varianty tohoto slova při překládání děl Aravů do latiny se pouzívali slova zephirium, cifra anebo figura nihil. Ve francouzstině z toho vzniklo chiffre. Zatím stále hovoříme o označení pro nulu. Ve 13. stol. se nula nazývala "krouzek" (?) nebo "cifra". Toto označení mů 19219i820t ;zeme ojediněle nalézt jestě v 18. století. V 15. a 16. století se asi vzhledem na významné postavení nuly v probíraném pozičním zápise čísel, označení cifra pro nulu postupně zdomácněla jako označení pro vsechny ostatní číslice pouzívané při zápise. Nakonec, na tu dobu i pravděpodobně tajuplná úloha nuly při zápise čísel vedla k tomu obsahu slova sifra, jak ho známe dnes.

Pokud se vrátíme nasemu tématu, tak historie praktické kryptografie pravděpodobně začíná az (a opět) u starých Řeků. V 7. st. př. n. l. pouzívali ve Spartě první známou mechanickou pomůcku na sifrování - skytalé. Doslovně to znamená palici, kterou byli vyzbrojení spartstí stratégové na vojenských výpravách. Palice rovného průměru zůstala u sparťanských eforů doma. Skytalé se pouzívala na doručování tajných zpráv takovým způsobem, ze na palici se navinul kozený prouzek, na který se později napsala zpráva. Po napsání se prouzek svinul a napsaná zpráva se dela přečíst jen po navinutí na palici toho stejného průměru.

V r. 360 př. Kr. napsal Aineias Taktikos dílo Taktika o vojenském umění. V části Poliorketika uvádí 16 různých sifrovacích metod. Jedna z těchto uvedených metod je zalozená na tom samém principu jako dnes známá morseovka a druhá pouzívá nahradění znaků řecké abecedy čísly. Tato poslední transformace je prakticky základem matematické manipulace v dnesní kryptografii.

Z dalsích antických metod uveďme Polybiův loučový dalekopis. Byl to asi první prakticky pouzívaný "telegrafický kód", který umozňoval vysílat i dopředu nedomluvené zprávy. Byl zalozený na následující tabulce:

Vysílání probíhalo po písmenech tak, ze na viditelném místě stáli za dvěma neprůhlednými panely loučonosoči, kterí po začánajícím pohotovostním signálu přijímané strany začali "vysílat". A to tak, ze nejprve se nad lavým panelem objevilo tolik loučí, jaké je pořadové číslo sloupce, v kterém se nachází první vysílané písmeno, a potom se nad pravým panelm objevil takový počet loučí, který odpovídal číslu jeho řádku. Takto se dále odvysílalo druhé písmeno, třetí, atd.

Polybiovo čtvercové schéma má velkou výhodu v tom, ze je poměrně flexibilní a umozňuje velkou variabilitu.

Antický Řím nebyl velmi nakloněný sifrování. Preferoval ochranu listin pečetěním, zvykem, který dodnes přezívá. Naproti tomu se toto období zapsalo do dějin kryptologie prostřednictvím Julia Cézara. Cézar v korespondenci při některých přílezitostech pouzíval jednoducjou sifru, kde kazdé písmeno nahradil písmenem, které v abecedním pořadí lezí v abecedě tři písmena za ním. Tak například známé VENI, VIDI, VICI by v Cézarově listě mohlo nabudout tvar AHQL, ALGL, ALFL. Na tu dobu to byla prakticky nerozlustitelná sifra, az kdyz ji neprozradil Cicero, kdyz přesel do tábora Cérarových protivníků. Cézarův následovník Augustus změnil posuv na jeden, tj. nahradil kazdé písmeno písmenem bezprostředně za ním jdoucím v abecedním pořadí. Tímto kryptografická aktivita v antickém Římě v podstatě kulminovala.

Obdoba Cézarovy myslenky se vsak uz objevila na jiném místě předtím - byl to hebrejský atbas. V této sifrovací metodě je první písmeno abecedy nahrazeno posledním, druhé předposledním atd. a naopak. Název atbas je odvozený od toho, ze první písmeno hebrejské abecedy alef je nahrazené posledním písmenem tav, druhé bet je nahrazené předposledním sin. Projevy tototo sifrování (i kdyz zatím nevyjasněno proč) najdeme ve Starém testamentu.

Za dalsí vývoj v kryptologii vděčíme Arabům. Arabi se jako první začali věnovat kryptoanalýze. V r. 1412 dokončil Shiha A¨l-Din Abu 'l-' Abbas Ahmad ben 'Ali ben Ahmad' Abd Allah al-Qalqashandi svoji 14 svazkovou encyklopedii Subh al-a 'sha. Ta byla určená pro úředníky jako systematický přehled o vsech důlezitých oblastech lidských vědomostí a obsahuje i rozsáhlou informaci o kryptologii.

Moderní evropská kryptologie povstala na rozvoji moderní diplomacie. Zprávy vyslanců byly otevřené, čtené a podle potřeby podrobené kryptoanalýze. Koncem 15. století se stala kryptologie pro větsinu významných států natolik vítáná, ze začali zaměstnávat sifrovacích úředníků na plný úvazek.

V prostředí italských městských států měli v tomto období významné postavení Benátky, v jejiz sluzbách, od r. 1506 ve funkci sifrovacího sekretáře, stála tehdejsí hvězda na poli kryptologie Giovanni Soro povazovaný za prvního velkého evropského kryptoanalytika. V r. 1510 se na něj obrátila dokonce největsí kryptologická konkurence Benátek - papezská stolice s textem, který v Římě nedovedli rozlustit.

Za otce evropské kryptologie je často označovaný Leon Battista Alberti. Alberti se na podmět papezského sekretáře Leonarda Datu začal věnovat otázkám sifrování. Albertiho 25 stránková práce napsaná v r. 1466 je první práce v západní Evropě věnovaná kryptoanalýze. Postřehnul, ze frekventační analýza textu vede k rozlustění monoalfabetických sifer, Tento poznatek ho vedl k objevu polyalfabetických sifer, které nejvýse kombinoval se zasifrováním kódovaných slov. Technika sifrování kódovaných slov upadla prakticky do zapomnění a byla vzkřísená az v druhé polovině 19. stol.

To, ze v diplomatických stycích v 16. století bylo sifrování důlezitých posílaných zpráv bězná technika utajování, dokazuje skutečnost, ze koncem 16. století uz máme k dispozici více zpráv o sifrovací aktivitě na evropských dvorech. Uveďme tři z mnohých epizod tohoto období.

Píse se rok 1586. Marie Stuartovna připravuje prostřednictvím vnějsích spojenců spiknutí proti Alzbětě. Co vsak netusí je, ze naproti vsem bezpečnostním opatřením, prochází vsechny propasované a kvůli jistotě sifrované listy jdoucí od ní a k ní přes ruky prvního velkého anglického kryptoanalytika Thomase Phelippese. K listu Marii stuartovně ze 17. července byla dokonce připsaná (samozdřejmě správně zasifrovaná) otázka o upřesnění jmén sesti spojenců, kteří mají úkladně zavrazdit Alzbětu.

V r. 1589 právník Francois Viete, kterého nazýváme dnes otcem algebry, byl poradce v tom roce na francouzský trůn nastoupivsího hugenotského krále Henryho IV. Henry vedl nelítostný boj s katolíky v zemi, kterou podporovalo katolické Spanělsko. Vietovi se podařilo nejen rozlustit sifru, kterou tito spojenci pouzívali v kontaktu mezi sebou, ale uměl i číst i sifry, které pouzívali Benátčané a mnohé dalsí. Takto se Viete stává jedním z prvních významných matematiků, kteří aktivně působili v "sifrovacích" sluzbách.

Píse se duben 1628. Královská armáda obléhá hugenoty v malém jihofrancouzském městečku Realmonte. Ti se vsak tvrdosíjně brání. Jednoho dne vojácí chytili obyvatele města se zasifrovanou zprávou. O pomoc při jejím rozlustění byl pozádan Antoine Rossignol, který byl známý tím, ze se ve volném čase věnuje lustěním sifer. Rossignolem rychle rozlustěná zpráva zádající o pomoc byla vrácená obyvatelům bránícího města. Opevněný Realmont se 30. dubna 1628 obratem vzdal.

První tistěná kniha s kryptoogickým obsahem vysla v r. 1518 od známého benediktínského micha Johanna Trithemia. Tu v páté knize jeho souboru sesti knih Polygraphiace libri sex je zavedená tzv. "tabula recta", která je základem pro polyalfabetické sifry. Tato čtvercová tabulka v nasí 26 písmenné latince měla takovýto tvar:

V jednom jejím pouzítí postupoval při sifrování tak, ze první písmeno textu zasifroval pomocí prvního řádku, druhé pomocí druhého atd. Po pouzití posledního řádku pouzil znovu první řádek (zanedbáváme diakritiku):

V r. 1553 vyzla brozura La cifra, kterou napsal Giovan Bastista Belaso. V ní Belaso zvětsil moznosti pouzití předcházející myslenky tím, ze navrhnul pouzívání klíčového slova nebo fráze. Uz se nepostupuje tak, ze řádky z tabulky se borou postupně, ale berou se jen řádky, které jsou určené písmenem hesla. Například při pouzití heslo HESLO a zasifrováním slova zelenina dostáváme:

V tomto případě uz začínáme pociťovat úlohu a význam klíče v nějaké sifrovacím systému. Výhoda klíče je zřejmá. Jeden a ten jistý systém můzeme podle potřeby variabilně měnit. To uz není daleko od myslenky, vytvořit takový systém, ve kterém by byla klíčem samotná zpráva. Takovýto autoklíč navrhnul Blaise de Vigenere ve své knize Traicté des Chiffres, která vysla v r. 1586. Vigenerova myslenka byla takováto: obě dvě komunikující strany mají dohodnuté jedno jediné písmeno například S. Do vrchního řádku napíseme toto písmeno následované textem, který chceme zasifrovat. Do druhého řádku napíseme pod to sifrovaný text a dále postupujeme předcházejícím způsobem. Pro předcházející heslo takto dostaneme:

Dnes je s Vigenerovým jmnénem spojená (kryptologicky) omnoho jednodussí sifra, kterou dostaneme z Belasova systému pouzitím jednoslovného klíče.

Bohuzel, tak jako Vigenerův autoklíč, i Belasova polyalfabetická sifra upadla, alespoň navenek, do zapomenutí na 300 roků. Důvodem byla pravděpodobně větsí pracnost při sifrování i desifrování.

Kryptologie se takto postupně profilovala jako neoddělitelná součást vojenské a politické diplomacie. Kazdý přední evropský trůn měl na přelomu 16. a 17. století sifrovací kancelář. Ta v Pařízi zalazená kardinálem Richelieu spočívala na osobě vzpomínaného Antoinea Rossignola. Jedna z nejlepsích v Evropě okolo koru 1700 byla například Geheime Kabinets-Kanzlei ve Vídni. V anglické black chmaber neúčinkoval nikdo mensí, nez John Wallis, největsí anglický matematik přednewtonovské éry.

Dalsí rozvoj kryptografie byl stimulavaný objevem telegrafu a pokrokem techniky. Telegraf si vynutil její pouzívání a rozvoj techniky umoznil výrobu dotehdy nerealizovatelných mechanických zařízení. Z hlediska dějin telegrafie a telegrafních kódů není bez zajímavosti spomenout na tomto místě světelný telegraf a binární telegrafický kód Bratislavana Jozefa Chrudého (mimochodem autora první opery v Uhersku).

V teoretické rivině nastal v kryptologii obrat v roce 1863, kdyz důstojník pruské armády Friedrich W. Kasiski uveřejnil v knize Die Geheimschrifften und die Dechiffrierkunst metodu na řesení polyalfabetické sifry prostřednictvím nalezení její periody a následným zrekukováním na monoalfabetickou sifru. Netrvalo dlouho a kryptologové věděli, ze ani polyalfabetická sifra s periodickým klíčem není bezpečná, pokud klíč není zhruba tak dlouhý jako samotná zpráva. Dalsí přelom udělal Auguste Kerckhoffs svojí knihou La Cryptographie militaire. Kerckhoffs nasel metodu, jak rozlustit vseobecnou polyalfabetickou sifru s neperiodickým klíčem, pokud byl pouzitý několikrát.

V první třetině 20. století byla myslenka sériového spojení monoalfabetických substitucí realizaovaná prostřednictvím mechnických zazízení, kterých typickým představitelem jsou rotorové sifrovací stroje. Rotorové zařízení dali moznost realizovat vseobecně velmi kvalitní sifrovací systémy a byly pouzívané pro "důlezité" cíle do padesátých let. Jejich princip spočíval v tom, ze vzájemně koordinovaným pohybem několika rotorů docházelo k neustálé změně pouzité substituce. Tento jejich vzájemný pohyb mohl dokonce záviset i na samotném sifrovaném textu. Nevýhoda takového "mechnické" implementace uvedené myslenky spočívala v technické omezenosti a s tím spojenou předvídatelností vzájemného pohybu rotorů. Pokrok současné techniky umozňuje implementovat tuto myslenku na mikroprocesorech, přičemz vzájemný pohyb programem simulovaných "rotorů" můze být řazený například generátorem pseudonáhodných čísel. Navíc, při programovém simulaci rotorů nedělá problém jejich řazení, které můze být takto lehce měněné apod. V vsechno spolu otevřelo nové moznosti pro tuto kryptografickou techniku. Nové moznosti pro kryptografii otevřela i nová myslenka systémů s veřejným klíčem.

Historie kryptologie v 20. století byla vsak poznamenaná dvěma světovými válkami a studenou válkoou po druhé z nich. Při tradičních kryptologických centrech na evropském kontinentě povstala nová kryptologická velmoc - Spojené státy severoamerické. Při jejich fromování sehráli významnou roli dva z nejznámějsích kryptologů v tomto slotetí Herbert Osborne Yardley a William Frederic Friedman, rodák z Kisineva. Yardley "začal" svoji kryptologickou kariéru tím, ze jako telegrafista v ministersvě zahraničních věcí "bězně" četl sifrovanou korespondenci Bílého domu. Jako séf tzv. černého stanu rozsířil mnoho důlezitých sifer, včetně japonských. R. 1931 naivní ministr zahraničních věcí H. Simson zrusil tuto instituci se slovy Dzentlmeni nečtou cizí listy. Yardley byl jedna z nejrozpornějsích postav v této oblasti. Druhý z nich, Friedman se rozhodujícím způsobem přičinil o rozlustění tzv. purpurového kódu, který začali pouzívat Japonci před zahájením druhé světové války. Dnes, kdy uz byla otevřena větsina zápodoevropských archívů, mnohé historky z bojů na "tajných" frontách se snad stanou v hlavních rysech veřejně vyjasněny. Záhada nejznámějsí z nich je ta okolo německého sifrovacího stroje Enigma.

Boj spionázních agentur probíhal i na jiných úrovních a mezi dalsími státy. Například před izraelsko-egyptskou válkou se podařilo izraelské rozvětce zjistit sifry egyptských vojenských jednotek. V okamziku, kdy v Nubijské pousti startovali první izraelská letadla, vysílali izraelské centrály podvrhnuté rozkazy, které vyvolali chaos v útvarech egyptské armády a přispěli tak k takřka úplné likvidaci leteckých jednotek.

V období studené války byla kryptologická aktivita (nejen) mezi velmocemi přirozeně rozsáhlá a probíhala na mnoha úrovních. Při známých známých osobnostech, jakým byl například Abel, který pracoval v Spojených státech ve prospěch Sovětského svazu, anebo E. Cohn z Izraele, který pracoval s Sýrii, v jeho prospěch "pracovalo" mnoho neznámých spolupracovníků zpravodajských sluzeb usilovně po celé zeměkouli. O mnohých se dozvídáme jen díky nádechu senzačnosti okolností. Za mnohé uvěďmě heslovitě dvě:

1) Případ amercké lodě Pueblo, která byla "chycená" severokorejskými loděmi před břehy Koreje.

2) Odhalení protistátní aktivity bratra Billyho tehdejsího prezidenta Jimmyho Cartera ve prospěch Libye díky tomu, ze National Security Agency uměla číst líbyjský kód.