Мои первые исследования для создания удивительных шифров

В современном мире человек ежедневно сталкивается с большим количеством паролей, кодов, предупреждений о необходимости защиты информации. Для входа на любой сайт требуется пройти процедуру регистрации, придумать свой уникальный логин и пароль, да желательно зашифровать их так, чтобы ни один хакер не догадался и не украл ценную для человека информацию. При использовании банковской карты и онлайн приложений также каждый раз требуется ввести определенный код. Стремление обезопасить ту или иную информацию от чужих глаз активно используется в нашей жизни, а способы ее защиты становятся всё сложнее и интереснее.

Действительно, в настоящее время вокруг слова «информация» много внимания: её добывают, хранят, обрабатывают, передают, а значит подделывают и похищают, следовательно, её необходимо защищать. Поэтому тема шифрования достаточно актуальна для нас. Отсюда вытекает проблема: как обеспечить сохранность передаваемой информации и защитить её от посторонних лиц.

Данной проблемой занимается целая наука — криптография (с древнегреческого буквально — «тайнопись»). Криптография в прошлом использовалась, прежде всего, в военных целях. Однако сейчас, в современном обществе, криптография необходима для сохранения государственной тайны, военной тайны, а также коммерческой, юридической, врачебной и т. д. [1].

Защита информации достигается шифрованием, т. е. преобразованием открытого текста в зашифрованное сообщение с помощью определённого правила, или по-другому ключа. Ключом может быть секретная последовательность символов, набор цифр или букв, специальное устройство или инструмент, да любой простой предмет, который поможет разгадать зашифрованную фразу. Ключ в шифре может быть один или несколько, всё зависит от того, как задумал автор шифра. Безопасность передаваемой информации определяется в первую очередь ключом. Когда же мы расшифровываем сообщение и извлекаем из него исходный текст, то этот процесс мы называем дешифрованием.

История криптографии началась около четырех тысяч лет назад, что делает криптографию одной из старейших наук наряду с математикой, логикой, геометрией, астрономией и медициной [2]. Зарождением криптографии как техники защиты текста можно считать зарождение письменности как таковой, т. к. первоначально письменность сама по себе была доступна только для грамотных людей [3]. Способы тайного письма были известны уже в древних цивилизациях. Но они были не очень удачными.

Когда я изучил литературу по теме шифрования, наиболее интересными мне показались следующие шифры:

— Шифр «Скитала» (см. рис. 1)

Использовался в военных целях в Древней Греции для передачи секретных сведений. Скитала представляла собой стержень или жезл, на который наматывалась лента из папируса или пергамента. На ленту наносили текст вдоль оси скиталы, а потом снимали её с жезла. В результате получались беспорядочно написанные буквы. Затем лента отправлялась адресату. Адресат брал такую же скиталу, таким же образом наматывал на неё полученную ленту и читал сообщение вдоль оси скиталы. Кроме жезла могли использоваться любые другие цилиндрические предметы, например, рукоятки мечей, кинжалов, копий и т. д. Данный вид шифра называется шифром перестановки [4]. Является достаточно надёжным, но не очень удобным в использовании, т. к. для того чтобы быстро расшифровать текст необходимо, чтобы у адресата была скитала такого же диаметра.

— Шифр Цезаря (см. рис. 2)

Один из самых простых и популярных методов шифрования. Назван в честь римского императора Гая Юлия Цезаря, который использовал его для секретной переписки со своим генералом. Суть состоит в том, что каждая буква алфавита заменяется третьей после неё буквой. Данный шифр относится к шифрам замены [4]. Очень легко взламывается, поэтому почти не имеет своего применения на практике.

Рис. 2. Шифр Цезаря

— Шифр «Квадрат Полибия» (см. рис. 3)

Греческий историк Полибий предложил записывать буквы алфавита в квадратную таблицу и заменял их парой чисел, которые указывали соответственно на номер строки и столбца, на пересечении которых находилась зашифрованная буква. В результате шифрованное сообщение превращалось в последовательность пар чисел. Данный шифр также относится к шифрам замены, удобен, прост, получил широкое применение, но является достаточно ненадёжным.

Рис. 3. Шифр «Квадрат Полибия»

Шифр, который разгадал Шерлок Холмс в рассказе Конана Дойля «Пляшущие человечки». На первый взгляд похож на детский рисунок, но на деле оказался шифром замены, когда каждому человечку соответствует своя буква. Главным преимуществом данного шифра является его неузнаваемость, т. е. не каждый сразу догадается, что перед ним что-то зашифрованное, скорее примет это за забавный рисунок. Также он не требует наличия дополнительных инструментов для расшифровки, достаточно догадаться или выучить, какой человечек соответствует какой букве.

Рис. 4. Шифр «Пляшущие человечки»

— Шифр «Тарабарская грамота» (см. рис. 5)

Слово «тарабарский» обозначает «непонятный», «бессмысленный». Этот шифр использовали в Древней Руси. Суть состояла в том, что все гласные буквы оставались неизменными, а согласные заменялись одна другой по определенной схеме. Первую строчку согласных писали в алфавитном порядке, а вторую, под буквами первой, в обратном порядке [5]. В письме использовали верхние буквы вместо нижних и наоборот. Данный способ шифрования является простым и ненадёжным, хотя на Руси использовался на государственном уровне.

Рис. 5. Шифр «Тарабарская грамота»

Изучив различные виды и методы шифрования, мне захотелось придумать свои собственные. Конечно, в существующем обилии методов изобрести что-то новое непросто. Поэтому у меня возникла идея использовать современные технологии для создания совершенно новых шифров. Таких шифров точно не встретишь ни в одной книге.

Всем нам известна народная примета про прилипшую к одежде нитку. Едва увидев нитку на человеке, другой человек начинает эту нитку обматывать вокруг своего пальца и определять букву, на которую будет начинаться имя будущего избранника или избранницы. Так вот за основу своего вида шифрования я возьму этот способ определения букв в словах. Только наматывать я буду не случайную нитку, а использовать подготовленную катушку с нитками, а вместо пальца использовать стандартный простой карандаш, который найдётся в доме у каждого. Назвал я этот шифр «Нитка в виде свитка».

Ход шифрования (см. рис. 6) :

1. Определяем слово или фразу, которую необходимо передать, записываем на листочек, под каждой буквой пишем её порядковый номер в алфавите.
2. Берем катушку с нитками, простой карандаш, фломастер или маркер.
3. Держим простой карандаш горизонтально и располагаем кончик нити на карандаше, придерживая его постоянно пальцем.
4. Начинаем обматывать нить вокруг карандаша, после каждого полного оборота произносим букву, делаем так пока не дойдем до нужной нам буквы, или же просто делаем столько оборотов, сколько написано под нужной буквой на листочке.
5. Как только дошли до нужной буквы, на нитке делаем видную отметку фломастером или маркером.
6. Для того, чтобы получить следующую букву, нить разматываем и начинаем снова проделывать шаги с 3 по 5, только за начало обмотки берем уже не кончик нити, а отметку, которую мы сделали до этого. И так далее, пока не наберем слово.
7. На последней букве нить отрезаем и делаем узелок для обозначения конца нити.
8. Передаем нить адресату, который с помощью стандартного простого карандаша пытается расшифровать слово, которое мы загадали, путем наматывания её на карандаш по такому же принципу, который описан выше.

Шифр — нить с отметками на ней, ключ к шифру — простой карандаш.

Рис. 6. Пошаговый процесс шифрования по методу «Нитка в виде свитка»

— Шифр «Шифровальный кубик Дедловского»

Всем нам известен кубик Рубика. Эта головоломка представляет собой куб, где каждая грань окрашена в один из 6 цветов [6]. За основу своего метода шифрования я и взял этот предмет. Каждая цветная грань состоит из 9 квадратиков, всего их получается 54. Это значит, что можно смело расположить на них 33 буквы русского алфавита. Так я и поступил. На оранжевой, жёлтой, красной гранях я расположил по 9 букв, т. е. полностью заполнил эти грани. На белой грани — 4 буквы, а на синей и зеленой — по 1 букве. Причем все гласные и разделительные буквы располагаются только в средних столбиках граней, согласные — по крайним. Каждая буква имеет свой порядковый номер на грани от 1 до 9 и свой цвет (см. рис. 7). Назвал я этот шифр «Шифровальный кубик Дедловского».

Рис. 7. Шифровальный кубик Дедловского

1. Определяем слово или фразу, которую необходимо передать, записываем на листочек.
2. Берем шифровальный кубик Дедловского и цветные карандаши или фломастеры (красный, жёлтый, оранжевый, чёрный, синий, зеленый)
3. На шифровальном кубике Дедловского начинаем искать по порядку буквы нашего слова и записывать под каждой буквой её порядковый номер, указанный на кубике, цветным карандашом или фломастером, соответствующим цвету буквы на кубике.
4. Передаём полученный цветной числовой код адресату, который с помощью такого же шифровального кубика сможет с лёгкостью его расшифровать.

Шифр — цветной числовой код на листочке, ключ к шифру — шифровальный кубик Дедловского.

Рис. 8. Пошаговый процесс шифрования по методу «Шифровальный кубик Дедловского»

— Шифр «Легочеловечки»

Так как я увлекаюсь лего-конструированием, у меня возникла идея создать из фигурок человечков, которых у меня очень много, свой шифр наподобие «Пляшущих человечков» Конана Дойля. Только человечков я не рисовал, а сфотографировал. По моему мнению, каждый человечек каким-либо образом напоминает, ассоциируется или связан с той или иной буквой, а некоторые из них имеют какой-то предмет в руках, который также можно отнести к букве. Таким образом, у меня получился свой лего-алфавит из лего-человечков, который можно хранить как в электронном (в виде папки с изображениями), так и в распечатанном виде (в виде карточек). Этот шифр я назвал просто «Лего-человечки».

Ход шифрования (см. рис. 9) :

1. Определяем слово или фразу, которую необходимо передать, записываем на листочек.
2. Опираясь на составленный алфавит из изображений человечков, подбираем в соответствии со словом последовательный набор фотографий или распечатанных карточек.
3. С помощью смартфона передаём фотографии адресату, который расшифровывает слово или фразу на основе составленного алфавита.

Шифр — фото последовательно сложенных карточек или непосредственно набор фотографий с изображениями человечков, ключ к шифру — фотоалфавит с человечками.

Рис. 9. Пошаговый процесс шифрования по методу «Легочеловечки»

Поэтапно решая задачи, я убедился в том, что знание приемов и способов шифрования может стать полезным навыком в дальнейшей работе с различными видами информации, а новые технологии позволяют создавать новые методы шифрования.

Мне очень понравилось изучать историю шифрования, разрабатывать свои собственные методы шифровки. Криптография действительно в наши дни имеет большую значимость, она нужна не только для защиты государственных интересов, но и необходима для защиты частной жизни каждого современного человека. Я обязательно продолжу работу над данной темой, изучу другие, более сложные методы и способы кодирования информации, чтобы вновь создать свои интересные шифры.

Литература:

1. Музыкантский А. И. Лекции по криптографии / А. И. Музыкантский, В. В. Фурин. — 2-е изд., стереотип. — М.: МЦНМО, 2013. — 68 с.
2. Музагафаров А. Шифрованный мир. Азы криптографии. Просто, понятно и увлекательно [Электронный ресурс] / А. Музагафаров. — М.: Издательские решения, 2018. — 24 с. — URL: https://www.litres.ru/artem-muzagafarov/shifrovannyy-mir-azy-kriptografii-prosto-ponyatno-i-uvle/chitat-onlayn (дата обращения: 25.07.2022).
3. Баричев С. Г. Основы современной криптографии / С. Г. Баричев, Р. Е. Серов. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 120 с.
4. Дориченко С. А. 25 этюдов о шифрах / С. А. Дориченко, В. В. Ященко. — М.: ТЭИС, 1994. — 69 с.
5. Депман И. Я. За страницами учебника математики: пособие для учащихся 5–6 классов средней школы / И. Я. Депман, Н. Я. Виленкин. — М.: Просвещение, 1989. — 287 с.
6. Энциклопедический словарь юного математика / сост. А. П. Савин. — М.: Педагогика, 1985. — 352 с.: ил.