Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - Криптоанализ - История криптоанализа

Криптоанализ эволюционировал вместе с развитием криптографии: новые, более совершенные шифры приходили на смену уже взломанным системам кодирования только для того, чтобы криптоаналитики изобрели более изощренные методы взлома систем шифрования. Понятия криптографии и криптоанализа неразрывно связаны друг с другом: для того, чтобы создать устойчивую ко взлому систему, необходимо учесть все возможные способы атак на неё.

Классический криптоанализ

Хотя понятие криптоанализ было введено сравнительно недавно, некоторые методы взлома были изобретены десятки веков назад. Первым известным письменным упоминанием о криптоанализе является «Манускрипт о дешифровке криптографических сообщений», написанный арабским учёным Ал-Кинди ещё в 9 веке. В этом научном труде содержится описание метода частотного анализа.

Частотный анализ — основной инструмент для взлома большинства классических шифров перестановки или замены. Данный метод основывается на предположении о существовании нетривиального статистического распределения символов, а также их последовательностей одновременно и в открытом тексте, и в шифротексте. Причём данное распределение будет сохраняться с точностью до замены символов как в процессе шифрования, так и в процессе дешифрования. Стоит отметить, что при условии достаточно большой длины шифрованного сообщения моноалфавитные шифры легко поддаются частотному анализу: если частота появления буквы в языке и частота появления некоторого присутствующего в шифротексте символа приблизительно равны, то в этом случае с большой долей вероятности можно предположить, что данный символ и будет этой самой буквой. Самым простым примером частотного анализа может служить банальный подсчёт количества каждого из встречающихся символов, затем следуют процедуры деления полученного числа символов на количество всех символов в тексте и умножение результата на сто, чтобы представить окончательный ответ в процентах. Далее полученные процентные значения сравниваются с таблицей вероятностного распределения букв для предполагаемого языка оригинала.

В период XV-XVI веков в Европе создавались и развивались полиалфавитные шифры замены. Наиболее известным является шифр французского дипломата Блеза де Виженера, в основу которого легло использование последовательности нескольких шифров Цезаря с различными значениями сдвига. На протяжении трёх веков Шифр Виженера считался полностью криптографически устойчивым, пока в 1863 году Фридрих Касиски не предложил свою методику взлома этого шифра. Основная идея метода Касиски заключается в следующем: если в открытом тексте между двумя одинаковыми наборами символов находится такой блок текста, что его длина кратна длине ключевого слова, то эти одинаковые наборы символов открытого текста при шифровании перейдут в одинаковые отрезки шифротекста. На практике это означает то, что при наличии в шифротексте одинаковых отрезков длиной в три и больше символов, велика вероятность того, что эти отрезки соответствуют одинаковым отрезкам открытого текста. Как применяется метод Касиски: в шифротексте ищутся пары одинаковых отрезков длины три или больше, затем вычисляется расстояние между ними, то есть количество символов, разделяющих стартовые позиции парных отрезков. В результате анализа всех пар одинаковых отрезков мы получим совокупность расстояний d₁, d₂, d₃,… Очевидно, что длина ключевого слова будет делителем для каждого из расстояний и, следовательно, для их наибольшего общего делителя.

Следующий этап развития криптоанализа связан с изобретением роторных шифровальных машин таких как, например, изобретённая Артуром Шербиусом Энигма. Целью таких устройств было минимизировать количество повторяющихся отрезков шифротекста, статистика появления которых использовалась при взломе шифра Виженера. Польским криптоналитикам удалось построить прототип дешифровальной машины для версии Энигмы, используемой Нацистской Германией. Машина получила название "Бомба" за то, что при работе издавала звуки похожие на тиканье часов. Позже она была доработана и взята на вооружение английскими криптоаналитиками.

Современный криптоанализ

По мере развития новых методов шифрования математика становилась всё более и более значимой. Так, например, при частотном анализе криптоаналитик должен обладать знаниями и в лингвистике, и в статистике. В то время как теоретические работы по криптоанализу Энигмы выполнялись преимущественно математиками, например, Аланом Матисоном Тьюрингом. Тем не менее благодаря всё той же математике криптография достигла такого развития, что количество необходимых для взлома элементарных математических операций стало достигать астрономических значений. Современная криптография стала гораздо более устойчивой к криптоанализу, чем некогда используемые, устаревшие методики, для взлома которых было достаточно ручки и листа бумаги. Может показаться, что чистый теоретический криптоанализ не способен более эффективно взламывать современные шифры. Тем не менее историк Дэвид Кан в своей заметке к 50-ой годовщине Агентства национальной безопасности пишет:

"В наши дни сотни фирм предлагают множество различных криптосистем, которые невозможно взломать ни одним из известных методов криптоанализа. Действительно, такие системы устойчивы даже к атаке по подобранному открытому тексту, т.е. сравнение открытого текста и соответствующего ему шифротекста не позволяет узнать ключ шифрования, который бы позволил дешифровать другие сообщения. Таким образом, в некотором смысле криптоанализ мёртв. Но это ещё не конец. Криптоанализ может быть и мёртв, но, выражаясь метафорически, с кошки можно снять шкурку несколькими способами."

Далее в своих заметке описывает возросшее значение перехвата данных, закладки жучков, атак по сторонним каналам и квантовых компьютеров как методик, идущих на смену традиционным методам криптоанализа. В 2010 бывший технический директор Управления национальной безопасности Брайан Сноу отметил, что коммерческая криптография уже почти достигла уровня развития технологий, используемых разведывательными службами, и теперь они вместе «очень медленно продвигаются в уже полностью исследованной области».

Тем не менее, криптоанализ пока ещё рано списывать со счетов. Во-первых, неизвестно, насколько эффективны применяемых спецслужбами методы криптоанализа, а во-вторых за годы становления и совершенствования современной компьютерной криптографии было проведено много серьёзных атак и на теоретические, и на практические криптографические примитивы:

• В 1998 было обнаружена уязвимость к атакам на основе шифротекста у блочный шифр MADRYGA, предложенный ещё в 1984, но не получивший широкого распространения.
• Целая серия атак со стороны научного сообщества, многие из которых были целиком практическими, буквально уничтожила блочный шифр FEAL, предложенный как замена DES в качестве стандартного алгоритма шифрования, но также не получивший широкого распространения
• Также было установлено, что при помощи широко доступных вычислительных средств поточные шифры A5/1, A5/2, блочный шифр CMEA, и стандарт шифрования DECT, используемые для защиты мобильной и беспроводной телефонной связи, могут быть взломаны за считанные часы или минуты, а порою и в режиме реального времени.
• Атака методом грубой силы помогла взломать некоторые из прикладных систем защиты, например, CSS— систему защиты цифрового медиаконтента на DVD-носителях.

Таким образом, хотя наиболее надёжные из современных шифров являются гораздо более устойчивыми к криптоанализу, чем Энигма, тем не менее криптоанализ по-прежнему играет важную роль в обширной области защиты информации.