История криптографии насчитывает около 4 тысяч лет. В качестве основного критерия периодизации криптографии используют технологические характеристики методов шифрования.
Первый период (приблизительно с 3-го тысячелетия до н. э.) характеризуется господством моноалфавитных шифров (основной принцип — замена алфавита исходного текста другим алфавитом через замену букв другими буквами или символами).
Второй период (хронологические рамки — с IX века на Ближнем Востоке (Ал-Кинди) и с XV века в Европе (Леон Баттиста Альберти) — до начала XX века) ознаменовался введением в обиход полиалфавитных шифров.
Третий период (с начала и до середины XX века) характеризуется внедрением электромеханических устройств в работу шифровальщиков. При этом продолжалось использование полиалфавитных шифров.
Четвёртый период — с середины до 70-х годов XX века — период перехода к математической криптографии. В работе Шеннона появляются строгие математические определения количества информации, передачи данных, энтропии, функций шифрования. Обязательным этапом создания шифра считается изучение его уязвимости для различных известных атак — линейного и дифференциального криптоанализа. Однако до 1975 года криптография оставалась «классической» или же, более корректно, криптографией с секретным ключом.
Современный период развития криптографии (с конца 1970-х годов по настоящее время) отличается зарождением и развитием нового направления — криптография с открытым ключом. Её появление знаменуется не только новыми техническими возможностями, но и сравнительно широким распространением криптографии для использования частными лицами. Правовое регулирование использования криптографии частными лицами в разных странах сильно различается — от разрешения до полного запрета.
Современная криптография образует отдельное научное направление на стыке математики и информатики — работы в этой области публикуются в научных журналах, организуются регулярные конференции. Практическое применение криптографии стало неотъемлемой частью жизни современного общества — её используют в таких отраслях, как электронная коммерция, электронный документооборот (включая цифровые подписи), телекоммуникации и других.
Криптография в Древнем мире Имеются свидетельства, что криптография как техника защиты текста возникла вместе с письменностью, и способы тайного письма были известны уже древним цивилизациям Индии, Египта и Месопотамии. В древнеиндийских текстах среди 64 искусств названы способы изменения текста, некоторые из них можно отнести к криптографическим. Автор таблички с рецептом для изготовления глазури для гончарных изделий из Месопотамии использовал редкие обозначения, пропускал буквы, а имена заменял на цифры, чтобы скрыть написанное. В дальнейшем встречаются различные упоминания об использовании криптографии, большая часть относится к использованию в военном деле.
Древний Египет Первым известным применением криптографии принято считать использование специальных иероглифов около 4000 лет назад в Древнем Египте. Элементы криптографии обнаружены уже в надписях Старого и Среднего царств, полностью криптографические тексты известны с периода XVIII династии. Иероглифическое письмо, произошедшее от пиктографии, изобиловало идеограммами и, в результате отсутствия огласовки, дало возможность создавать фонограммы по принципу ребусов. Криптография египтян использовалась не с целью затруднить чтение, а вероятнее, со стремлением писцов превзойти друг друга в остроумии и изобретательности, а также, с помощью необычности и загадочности, привлечь внимание к своим текстамКоростовцев М. А. Развитие иероглифической системы. Письмо греко-римского времени. Криптография // Введение в египетскую филологию. — М., 1963.. Одним из показательных примеров являются тексты прославления вельможи Хнумхотепа II (XIX в. до н. э.) найденные в хорошо сохранившейся гробнице № BH 3 в местности Бени-Хасан.
Атбаш
Примеры использования криптографии встречаются в священных иудейских книгах, в том числе в книге пророка Иеремии (VI век до н. э.), где использовался простой метод шифрования под названием атбаш.
Скитала
Скитала, также известная как «шифр древней Спарты», также является одним из древнейших известных криптографических устройств.
Скитала использовалась в войне Спарты против Афин в конце V века до н. э.Фукидид. История I 131, 1. Возможно также, что её упоминают поэты АрхилохВ русском переводе говорится просто о «палке, больно бьющей» (Архилох, фр. 185 Уэст // Эллинские поэты VIII—III вв. до н. э. М., 1999. С. 228). (VII век до н. э.) и Пиндар«верный гонец, скрижаль муз» (Пиндар. Олимпийские песни VI 92), хотя вероятнее, что в их стихах слово «скитала» использовано в своём первичном значении «посох».
Принцип её действия изложили Аполлоний РодосскийАфиней. Пир мудрецов X 74, 451d. (середина III века до н. э.) и Плутарх (около 45—125 н. э.), но сохранилось лишь описание последнего.
Скитала представляла собой длинный стержень, на который наматывалась лента из пергамента. На ленту наносился текст вдоль оси скиталы, так, что после разматывания текст становился нечитаемым. Для его восстановления требовалась скитала такого же диаметра.
Считается, что автором способа взлома шифра скиталы является Аристотель, который наматывал ленту на конусообразную палку до тех пор, пока не появлялись читаемые куски текста.
Диск Энея, линейка Энея, книжный шифр
С именем Энея Тактика, полководца IV века до н. э., связывают несколько техник шифрования и тайнописи.
Диск Энея представлял собой диск диаметром 10—15 см с отверстиями по числу букв алфавита. Для записи сообщения нитка протягивалась через отверстия в диске, соответствующие буквам сообщения. При чтении получатель вытягивал нитку, и получал буквы в обратном порядке. Хотя недоброжелатель мог прочитать сообщение, если перехватит диск, Эней предусмотрел способ быстрого уничтожения сообщения — для этого было достаточно выдернуть нить, закреплённую на катушке в центре дискаЭней Тактик. О перенесении осады 31, 17—23.
Первым действительно криптографическим инструментом можно назвать линейку Энея, реализующую шифр замены. Вместо диска использовалась линейка с отверстиями по числу букв алфавита, катушкой и прорезью. Для шифрования нить протягивалась через прорезь и отверстие, после чего на нити завязывался очередной узел. Для дешифрования необходимо было иметь саму нить и линейку с аналогичным расположением отверстий. Таким образом, даже зная алгоритм шифрования, но не имея ключа (линейки), прочитать сообщение было невозможно.
В своём сочинении «О перенесении осады» Эней описывает ещё одну технику тайнописи, позже названную «книжным шифром». Он предложил делать малозаметные дырки рядом с буквами в книге или другом документеЭней Тактик. О перенесении осады 31, 2—3.. Много позже аналогичный шифр использовали немецкие шпионы во время Первой мировой войны.
Квадрат Полибия
Во II веке до н. э. в Древней Греции был изобретён квадрат Полибия. В нём буквы алфавита записывались в квадрат 5 на 5 (при использовании греческого алфавита одна ячейка оставалась пустой), после чего с помощью оптического телеграфа передавались номер строки и столбца, соответствующие символу исходного текста (на каждую букву приходилось два сигнала: число факелов обозначало разряд буквы по горизонтали и вертикали)Полибий. Всеобщая история X 46—47..
Некоторые исследователи полагают, что это можно рассматривать как первую систему, уменьшавшую (сжимавшую) исходный алфавит, и, в некотором смысле, как прообраз современной системы двоичной передачи данных .
Шифр Цезаря
Согласно свидетельству Светония, Цезарь использовал в переписке моноалфавитный шифр, вошедший в историю как Шифр Цезаря. Книгу о шифре написал грамматик ПробАвл Геллий. Аттические ночи XVII 9, 1—5 (лат. текст и частичный перевод на английский ). В шифре Цезаря каждая буква алфавита циклически сдвигается на определённое число позиций. Величину сдвига можно рассматривать как ключ шифрования. Сам Цезарь использовал сдвиг на три позиции — 56, 6..
Тайнописи
Кроме примитивных шифров в истории использовался и другой подход — полная замена одного алфавита (например, кириллицы) на другой (например, греческий). Не имея ключа, сопоставляющего исходный и используемый алфавиты, прочитать надпись было невозможноВ настоящий момент большинство подобных техник рассматриваются как вариант моноалфавитных шифров и, при наличии достаточного количества шифротекста для анализа, взламываются частотным криптоанализом.. Кроме этого, использовались специальные техники записи символов алфавита таким образом, чтобы затруднить его чтение. Примером такой техники являются «вязанные руны», когда руны записываются таким образом, что отдельные их элементы (например, вертикальные черты) совпадают. Подобные системы часто использовались жрецами Северо-Западной Европы вплоть до позднего Средневековья.
Множество вариантов тайнописи использовалось и на Руси. Среди них и простые моноалфавитные шифры (простая литорея, письмо в квадратах), замена алфавита — тайнопись глаголицей, тайнопись греческой азбукой, а также особые приёмы письма, например, монокондил. Наиболее ранние тексты с использованием тайнописи относятся к XII веку.
Существует мнение, что в более поздний период тайнопись использовалась для иконографии, например, при написании иконы XIV века «Донская Богоматерь». Согласно другой точке зрения, буквенный ряд является лишь шрифтовым декором, который был широко распространён как в древнерусской, так и, например, в византийской иконописи.
Криптография от Средних веков до Нового времени В Средние века криптография — в основном, моноалфавитные шифры — начинает широко использоваться дипломатами, купцами и даже простыми гражданами. Постепенно, по мере распространения техники частотного криптоанализа, шифры усложняются, что приводит к появлению шифров омофонической замены, а затем и полиалфавитных шифров.
Развитие криптографии в арабских странах
С VIII века н. э. развитие криптографии происходит в основном в арабских странах. Считается, что арабский филолог Халиль аль-Фарахиди первым обратил внимание на возможность использования стандартных фраз открытого текста для дешифрования. Он предположил, что первыми словами в письме на греческом языке византийскому императору будут «Во имя Аллаха», что позволило ему прочитать оставшуюся часть сообщения. Позже он написал книгу с описанием этого метода — «Китаб аль-Муамма» («Книга тайного языка»).
В 855 году выходит «Книга о большом стремлении человека разгадать загадки древней письменности» арабского учёного Абу Бакр Ахмед ибн Али Ибн Вахшия ан-Набати, одна из первых книг о криптографии с описаниями нескольких шифров, в том числе с применением нескольких алфавитов. Также к IX веку относится первое известное упоминание о частотном криптоанализе — в книге Ал-Кинди «Манускрипт о дешифровке криптографических сообщений».
В книге X века «Адаб аль-Куттаб» («Руководство для секретарей») ас-Сули есть инструкции по шифрованию записей о налогах, что подтверждает распространение криптографии в обычной, гражданской жизни.
В 1412 году выходит 14-томная энциклопедия Ибн ал-Хаима «Субх ал-Ааша», один из разделов которой «Относительно сокрытия в буквах тайных сообщений» содержал описание семи шифров замены и перестановки, частотного метода криптоанализа, а также таблицы частотности букв в арабском языке на основе текста Корана.
В словарь криптологии арабы внесли такие понятия, как алгоритм и шифрIbrahim A. al-Kadi, «Origins of Cryptology: The Arab Contributions», en Cryptologia, v. xvi, n. 2, April 1992, p. 97-127«Cryptography and Data Security: Cryptographic Properties of Arabic», en Proceedings of the Third Saudi Engineering Conference, Riyadh, Saudi Arabia, November 24-27, 1991, v. ii, p. 910—921.
Криптография эпохи Возрождения