Європейська криптологія

Багато видатних математиків, починаючи з тих часів, залучалися до крипто-логічних служб. Папи Римські завжди користувалися послугами криптологів, тому видатний італійський математик і філософ Джироламо Кардано в середині XVI століття перебував у них на службі, а також був і астрологом. Крім того, він винайшов шарнірний механізм та метод вирішення рівнянь третього ступеня, а у 1550 році опублікував книгу «De subtilitate libri xxi».

Римський Папа Павло III, що змінив Клімента VII, швидко зрозумів, що не в його інтересах посилати шифри для розкриття за кордон. У 1555 році в папській курії була заснована посада секретаря з шифрів. Перший успіх прийшов тільки через два роки, коли папські криптоаналітики розкрили шифр іспанського короля Пилипа II, що тоді воював з Папою Римським. А в 1567 році відзначився вікарій собору Святого Петра в Римі, який менше, ніж за шість годин зумів прочитати криптограму, написану турецькою мовою, на якому вікарій не знав і чотирьох слів.

У Флоренції Піро Музефілі, граф Сасетський, з 1546 по 1557 роки прочитав безліч шифрованих повідомлень, розкривши серед інших номенклатори, що використовувалися в листуванні між французьким королем Генріхом II і його послом у Данії. Криптоаналітична експертиза Музефілі була настільки кваліфікованою, що багато хто приїжджали до нього, як і до Соро, з проханням розкрити для них шифри. Серед клієнтів Музефілі був і король Англії, який надіслав йому криптограму, що була знайдена в підметках туфель, доставлених до його двору з Франції.

У XVI столітті не тільки італійські правителі славилися своїми криптоаналітиками. У Франції в дешифруванні перехоплених депеш найбільше процвітав Филібер Бабу (1484—1557), який був першим державним секретарем і казначеєм короля Франциска I. Один спостерігач описував, як Бабу, «не маючи алфавіту, часто дешифровував багато перехоплених депеш на іспанській, італійській та німецькій мовах, хоча він не знав жодної з цих мов або знав дуже погано, причому він завзято працював над повідомленням дні і ночі безперервно протягом трьох тижнів, перш ніж розгадував одне слово. Після того, як пролом був пророблений, інше відбувалося дуже швидко та нагадувало руйнування стін». Варто помітити, що в той час, як Бабу не покладаючи рук працював на короля, король приймав у себе коханку – чарівну дружину Бабу. Бабу одержав багато милостей від короля, але важко сказати, за що саме: за криптоаналітичні успіхи чи за дозвіл наставляти «роги».

У Голландії також працював блискучий криптоаналітик – фламандський дворянин Пилип ван Марнікс, барон де Сент-Альдегонд (1538—1598), автор мелодії сучасного національного гімну Голландії, права рука Вільгельма Оранського, що стояв на чолі об'єднаного повстання голландців і фламандців проти Іспанії. В 1577 році Голландією керував іспанський губернатор дон Хуан Австрійський, рідний брат іспанського короля Пилипа II. Його метою було скинення з трону королеви Англії Єлизавети, захоплення англійської корони та одруження з чарівною королевою Шотландії Марією Стюарт. Однак у червні того ж року у Франції були перехоплені шифровані листи дона Хуана.

Вони були переправлені Марніксу, який через місяць розкрив іспанський шифр. Після цього зміст листів через Вільгельма Оранського був доведений до відома міністра Єлизавети Френсіса Уолсінгема. Уолсінгем одразу ж здійснив заходи щодо отримання більш повної інформації та незалежності від іноземних криптоаналітиків. З цією метою він направив до Парижа талановитого юнака, який швидко розправлявся з шифрованими листами. Це був Томас Феліпес, перший видатний криптоаналітик з Англії.

За результатами проведених заходів все шифроване листування Марії Стюарт, в якому вона давала згоду на змову проти Єлизавети та рекомендації! щодо її здійснення, розшифровувалося Феліпесом та надходило до Уолсингема. Ці листи та шифр, яким вона користувалася разом з іншими зрадниками, послужили головним матеріалом для обвинувачення на засіданнях суду, який визнав Марію Стюарт винною у державній зраді. 8 лютого 1587 року о 8-й годині ранку вона піднялась на ешафот, стала на коліна та мужньо прийняла від ката три удари сокирою. Таким чином, криптоаналіз прискорив смерть Марії, королеви Шотландії.

У 1589 році королем Франції став Генріх IV, що відразу ж був змушений вступити в запеклу боротьбу зі Священною лігою. Священна ліга на чолі з герцогом Майенським контролювала столицю та всі інші великі міста Франції, одержуючи великі підкріплення у вигляді живої сили та грошей від іспанського короля Пилипа ІІ. Генріх був з усіх боків оточений супротивником. Але саме в цей важкий для нього час у його руки потрапила частина листування Пилипа з іспанським воєначальником Хуаном Моро.

Листи Пилипа були зашифровані, але в Генріха секретарем з шифрів у той час служив 49-літній математик Франсуа Вієт (1540—1603), засновник сучасної елементарної алгебри. Його теорему про коріння й коефіцієнти квадратних рівнянь дотепер вивчають у школі. Він також був членом таємної ради та займався адвокатською практикою. У 1588 році Вієт прочитав шифровану іспанську депешу, адресовану Олесандро Фарнезе, герцогу Парми, що командував іспанськими військами Священної ліги.

З тих пір Генріх передавав Вієту всі нові перехоплені депеші, щоб з'ясувати, чи зможе той повторити свій успіх. Вієт, працюючи разом з голландським криптоаналітиком Пилипом ван Марніксом, зумів приблизно за рік розкрити шифр короля Іспанії Пилипа II, що до цього часу вважали невразливим не тільки в Іспанії, але й у Ватикані – одному з найбільших криптологічних центрів того часу.

Розвиток криптоаналізу на Заході виявився в прямій залежності від розквіту дипломатії. З тих пір, як держави стали підтримувати постійні дипломатичні відносини, їхні посли, яких іноді іронічно називали «почесними шпигунами», регулярно відправляли до себе на батьківщину великі послання. Існуючі між державами суперництво й підозрілість змушували дипломатів зашифровувати свої депеші, оскільки їх нерідко перехоплювали та розкривали.

Поява постійних дипломатичних представництв та загострення політичної боротьби стимулювало послів зашифровувати свої повідомлення, побоюючись, що вони будуть перехоплені супротивником. До кінця XVI сторіччя криптоаналіз став грати настільки важливу роль, що в більшості європейських держав були введені посади секретарів з шифрів, які повний робочий день займалися шифруванням і розшифруванням своїх повідомлень, а також дешифруванням перехоплених депеш.

XVII століття ввійшло в історію криптоаналізу як ера «cabinets noirs», або «чорних кабінетів» (далі – ЧК). У цей час у різних країнах почали з'являтися перші служби перлюстрації (лат. perlustro – оглядаю) та дешифрування «розкритої» кореспонденції, які розташовувались у секретних кімнатах.

У серпні 1620 року голландський посол в Англії Жан Баптист Ван Мале старанно намагався підкупити урядового шифрувальника Вінсентіо, який ще до цього відсидів 6 років у Тауері за зв'язки з іспанською розвідкою. Ван Мале хотів спонукати Вінсентіо відмовитися розшифровувати важливі листи іспанського посла у Відні до голландського правителя ерцгерцога Альберта, перехоплені англійськими розвідниками. Вінсентіо пропонувалися гроші – зрозуміло, з прямо протилежною метою – також і від імені голландського посла. Всі договірні сторони торгувалися при цьому, як на ринку. А тим часом англійські власті спохопилися та запропонували Вінсентіо поквапитися з розшифровкою, якщо він не бажає познайомитися з камерою катування…

В той же час іспанський посол в Англії Гондомар дізнався, що англійці читають його листи, які він направляв до Мадрида. Там копії з них якимсь невідомим шляхом здобував англійський посол сер Джон Дігбі, розшифровував місця, написані кодом, і пересилав свою здобич до Лондона Якову I. Марно Гондомар міняв шифри і кур'єрів, просив, щоб в Мадриді його донесення потрапляли тільки до рук абсолютно довірених осіб. Тільки через багато років, вже повернувшись з Іспанії, Дігбі, поступаючись наполегливим проханням Гондомара, розповів, що депеші перехоплювалися і копіювалися, поки кур'єр відпочивав на останній поштовій станції недалеко від іспанської столиці.

Взагалі ж, у XVI—XVII століттях криптослужби з'явилися практично в кожній європейській державі, причому до складу цих служб входила наукова еліта того часу: Франсуа Вієт і Антуан Россиньоль у Франції, Джироламо Кардано в Римі, Джон Валліс і Френсіс Бекон в Англії, Вільгельм Лейбніц у Німеччині. Європейські правителі нерідко залучали вже відомих криптологів-іноземців на службу, хоча це не завжди вдавалося. Мабуть, самим неуспішним із таких криптологів був Готфрід Вільгельм Лейбніц (1646—1716) – видатний німецький учений, математик, засновник Берлінської академії наук.

Англійський король Георг I хотів запросити Лейбніца, щоб той очолив британську криптослужбу, але натрапив на різку протидію в особі Джона Валліса (1616—1703), який побоювався конкуренції з боку свого німецького колеги та пригрозив королю перейти на бік Іспанії, видавши їй всі англійські секрети, яких Валліс за характером своєї діяльності знав чимало.

Активно виступав проти подібного призначення й Ісаак Ньютон (1642—1727) – голова Королівського наукового суспільства, який заперечував авторство Лейбніца у диференційному обчисленні. Не поталанило Лейбніцу й іншого разу, коли його запросив до Росії Петро I не тільки для організації Російської академії наук, але й для створення російської криптослужби за європейським зразком. Смерть Лейбніца не дозволила здійснитися планам Петра, змушеного скористатися послугами менш іменитих криптологів.

В Англії лорд-протектор Олівер Кромвель створив «Інтелідженс сервіс» (англ. Intelligence service – служба розвідки), до складу якої входив підрозділ із дешифрування. Його очолював відомий математик Джон Валліс (Уолліс), який володів унікальними здібностями. Так, безсонними ночами він вираховував квадратний корінь із 50-значних чисел з точністю до 20-30-го знаків.

Англійський король Карл ІІ цінував мистецтво Валліса та називав його «дорогоцінним каменем для короля…». Розквіт дешифрувального мистецтва Валліса припав на часи правління Вільгельма Оранського та його дружини Марії. Він продовжував служити криптоаналітиком і складав звіти для графа Нотінгемського, командувача морськими та сухопутними збройними силами Англії. Напруження, з яким він працював у ті роки, відбилося у одному з його листів:». боюся, що взагалі збожеволію».

У 1689 році Валлісу вдалося «розкрити» шифр листування короля Франції Людовика XIV і французького посла у Польщі, тим самим здійснити значний вплив на зовнішню політику Англії. Зокрема, він розкрив наміри Людовика XIV втягнути Польщу у війну проти Пруссії. В результаті ефективне використання цієї інформації дипломатією Англії призвело до того, що французькі посланці були з ганьбою вигнані з Польщі.

Після смерті Валліса Англія зробила важливий політичний крок: офіційно оголосила про введення урядової посади криптографа-дешифрувальника. У 1703 році першим офіційно оголошеним дешифрувальником Англії став внук Валліса – Уільям Бленкоу. Він працював достатньо успішно, але не витримав робочого напруження. У нападі тимчасового божевілля Бленкоу вчинив самогубство.

Не відставала й Франція, де дешифрувальне відділення було створено при Людовику ХІІІ за пропозицією кардинала Рішельє. Його очолив Антуан Россиньоль (1600—1682), який створив дипломатичний шифр, що представляв собою складово-словниковий код на 600 компонентів.

Антуан Россиньоль уперше придбав популярність у 1626 році. Йому передали зашифрований лист, захоплений у кур'єра, що пробирався з обложеного міста Реальмон, і до кінця дня він дешифрував його. З листа стало зрозуміло, що армія гугенотів, що утримувала місто, перебуваючи на грані загибелі. Французи, які до цього не підозрювали про розпачливе положення гугенотів, повернули лист разом з його розшифровкою. Тепер гугеноти знали, що їхній супротивник не відступить, і негайно здалися. Так перемога французів стала результатом дешифрування.

Могутність криптології сталася очевидною, тому Антуан Россиньоль і його син Бонавентур одержали високі посади при дворі. Видатна майстерність і накопичений досвід з розкриття шифрів дозволив Россиньолям зрозуміти, як створити більш стійкий шифр, і вони придумали так званий «Великий шифр». Він застосовувався для зашифровування найбільш таємних повідомлень короля, приховуючи деталі його планів, задумів і політичних інтриг. В одному з цих повідомлень згадувалася одна з найбільш загадкових особистостей у французькій історії, людина в залізній масці, але стійкість «Великого шифру» означала, що повідомлення залишиться нерозшифрованим і непрочитаним протягом двох сторіч.

«Великий шифр» виявився настільки надійним, що зумів протистояти зусиллям всіх криптоаналітиків тієї епохи, що намагалися вивідати французькі таємниці, і навіть наступних поколінь дешифрувальників. На жаль, після смерті батька й сина «Великий шифр» перестав застосовуватися, а його подробиці були швидко загублені, що означало, що зашифровані папери у французьких архівах більше не можна було прочитати.

Цей шифр французька армія буде використовувати більше 100 років. Відомо, що навіть Наполеон під час своїх походів використовував шифри, що були спрощеними варіантами шифру Россиньолів. Не менш відомим був і «шифр Рішельє» – при його використанні текст повідомлення розбивався на відрізки, букви яких переставлялися у визначеному порядку. Россиньолю належить також авторство відомої доктрини про те, що «стійкість військового шифру повинна забезпечити таємність повідомлення протягом терміну, необхідного для виконання наказу. Стійкість дипломатичного шифру повинна забезпечувати таємність протягом декількох десятків років».

Россиньолі надзвичайно плідно працювали в сфері криптоаналізу як при дворі Людовика XIII, так і у свиті Людовика XIV. Наприклад, захоплення фортеці Еден королівською армією було прискорено завдяки тому, що Россиньолі прочитали зашифроване прохання її захисників про допомогу, а після цього тим же шифром склали відповідь, у якому жителі міста сповіщалися про даремність їхніх надій. Вони ніколи нікому не розповідали про те, скільки інших міст мусили скласти зброю і скільки зрад розкрили серед вищої знаті. Через цю їхню таємничість деякі придворні стверджували, що насправді Россиньолі не розкрили жодного шифру і кардинал поширював чутки про їхні здібності з метою попередження потенційних змовників.

На смертному одрі Людовик XIII охарактеризував Антуана Россиньоля як людину, від якого залежало благополуччя його підданих. Не дивно, що через два роки, 18 лютого 1645 року, спадкоємець Рішельє кардинал Мазаріні призначив Россиньоля державним радником. Як і Рішельє, Мазаріні пересилав йому перехоплені шифроповідомлення. Наприклад, у 1656 році він направив зашифрований лист кардинала Реца з указівкою Россиньолю прочитати його. При Людовику XIV Россиньоль часто працював у кімнаті, що безпосередньо прилягала до кабінету короля у Версальському палаці. Звідси йшов весь потік дешифрованих ним повідомлень, що допомагали королю визначати політику Франції.

Одним із кращих друзів Россиньоля був поет Буаробер, ініціатор ідеї створення Французької академії. Коли Буаробер потрапив у немилість при дворі, він поскаржився на нещастя, що звалилося на нього, у вірші, адресованому своєму впливовому другу-криптоаналітику. Россиньоль показав цей вірш Мазаріні, який під час наступної аудієнції привселюдно похвалив Буаробера. Пізніше з почуття подяки Буаробер написав 66-рядковий вірш, у якому оспівував Россиньоля. Це перша віршована ода, присвячена криптоаналітику. Деякі її рядки звучать так:

Яке дивовижне твоє мистецтво і яскраве.

I яка важлива сила твоєї майстерності!

Тому що з її допомогою здобуваються провінції,

Розкриваються секрети всіх королів,

I з малими зусиллями вона

Змушує здаватися міста й форти.

…Дійсно, твоя майстерність

Вище мого розуміння,

I я ніколи не осягну

Твій секрет; але я зараз можу сказати,

Що вона служить тобі дуже добре,

Що ти заслуговуєш її. Не побоюся,

Твоя майстерність буде благоволіти тобі роками.

I доля буде тобі посміхатися,

Поки війни затьмарюють землю.

Праця Россиньолів зробила його видною фігурою при дворі Людовика XIV. Саме йому вдалося довести правителям Франції надзвичайну важливість дешифрування депеш для формування їхньої політики. Його робота демонструвала це настільки ефективно, що королівський військовий міністр Лувуа став енергійно заохочувати кожного, хто міг надати отриману таким чином інформацію. Зберігся лист Лувуа, у якому той висловлював подяку за добутий шифр ворога, завіряючи, що людині, спроможній прочитати декілька шифрованих листів, «його величність подарує усе, що він попросить».

Россиньоль став першою людиною, що прославилася винятково завдяки своїм криптоаналітичним здібностям. Даниною загального захоплення вмінням «зламувати» шифри було те, що слово «россиньоль» стало французькою жаргонною назвою відмички. Шарль Перо, який більше відомий як автор казок, вніс біографію Россиньоля у свою книгу «Знамениті люди Франції в нинішнім столітті» поряд з життєписом Рішельє.

Після смерті Россиньоля у 1682 році «Великий шифр» вже не завжди застосовувався у королівському листуванні, і ця необачність дорого обійшлася Франції. Так, у 1774 році Людовику XV був доставлений пакет із Відня від секретаря французького посольства абата Жоржеля. Коли французький король розкрив його, то знайшов там копії відкритих текстів своєї шифрованої кореспонденції, що була «розкрита» у віденському ЧК.

У Німеччині був створений спеціальний орган – «криптографічна лабораторія» – під керуванням графа Гронсфельда, який удосконалив шифр Віженера, замінивши буквений ключ цифровим, цифри в якому позначали кількість кроків, на яке букву повідомлення зрушували вправо за алфавітом. Для цього під повідомленням писали ключ. Якщо ключ коротший повідомлення, то його повторювали циклічно. Шифровку одержували начебто за шифром Цезаря, але відраховували необов'язково тільки третю букву за алфавітом, а ту, яка була зрушена на відповідну цифру ключа. Завдяки простоті застосування цей шифр використовувався у той час надзвичайно широко.

Застосуємо як ключ групу з трьох початкових цифр числа «п» (314) та зашифруємо слово «ШИФРОВКА». Щоб зашифрувати першу букву повідомлення «Ш», використовуючи першу цифру ключа «3», відраховується третя одна за одною від «Ш» у алфавіті буква «Ш-Щ-Ю-Я» і виходить буква шифровки «Я». Далі використовуючи другу цифру ключа «1», відраховується перша від «И» у алфавіті буква ««И-І» і виходить буква шифровки «І» і так далі. В результаті отримуємо шифротекст:

відкритий текст …ШИФРОВКА

ключ…………………314314314

шифротекст ………ЯІШУПЕНБ

У той час також і Швеція приділяла увагу захисту власного дипломатичного та військового листування. Так, у 1676 році, за кілька днів до битви між шведською і датською арміями під містом Лунд, шведський король Карл ХІ відправив генералу Фабіану фон Ферсену шифрований лист зі своїми міркуваннями щодо стратегії й тактики військ у майбутній битві. Завдяки цій інформації шведи здобули перемогу в битві, яка стала однією з найкривавіших в історії Скандинавії.

У XVII столітті свій внесок у розвиток криптоаналізу зробив англієць Джон Фальконер. У 1685 році він написав книгу «Розкриття таємних повідомлень, або Мистецтво здобувати таємні відомості без ключа» (англ. Cryptomensis Patefacta: or the art of secret information disclosed without a key), де виклав деякі розроблені ним методи дешифрування. Зокрема, він запропонував використовувати перебір можливих відкритих слів за їх довжиною (якщо у шифротексті слова розділялися).

До кінця XVII століття криптологія остаточно склалася як наукова дисципліна. Хоча в даний період панували «номенклатори», які не були шифрами в «чистому» вигляді, проте поява багатоалфавітної заміни, використання трафаретів, біграм і цифрових позначень стала величезним кроком уперед у порівнянні з найдавнішим періодом і персоніфікувала наступ нової ери в розвитку криптології, що впритул наблизилася до свого сучасного вигляду.

Однак XVIII століття стало для криптології періодом «застою», або навіть «занепаду». Великий «стрибок», який ця наука зробила в попередній період, дозволив упродовж майже 150 років не вводити ніяких нововведень у способи шифрування й дешифрування повідомлень. Розроблені раніше криптосистеми успішно застосовувалися на практиці, а трактати XVI—XVII століть служили навчальними посібниками для крип-тоаналітиків. Майже всюди до криптологічної діяльності залучалися видатні вчені, в основному, математики, однак жоден з них в XVIII столітті не залишив будь-якої значимої праці з криптології, не розробив нової шифросистеми або придумав більш ефективного способу дешифрування.

Існуючі шифри заміни були досить стійкі, але й кваліфікація криптоаналітиків була високою настільки, що більшість значимих повідомлень розшифровувалася. Цей час став періодом розквіту «номенклатора» (лат. nomen – ім'я і calator – раб, слуга) – шифру, що представляв собою сполучення шифру заміни та невеликого коду. Він зазвичай містив кодові еквіваленти букв алфавіту та найбільш уживаних складів, слів і словосполучень, а також ряд спеціальних символів. Найчастіше в ньому траплялися спеціально створені для цієї мети символи, але нерідко також використовувалася астрологічна й окультна символіка.

Номенклатор був розроблений як система шифрування, що була найкраще пристосована до методів криптоаналізу, які найчастіше використовувались у той час. Вони, як правило, містили підрахунок частоти появи в тексті кожного символу та пошук у шифротексті слів і виразів, що містили характерні для даної мови сполучення букв. Метод частотного аналізу букв був заснований на тому, що в будь-якій мові одні букви зустрічалися частіше, ніж інші. В англійській мові, наприклад, частіше, ніж інші траплялася буква «Е». Іншими буквами, що найбільш часто зустрічалися, були T, A, O, N, R і S. А букви J, K, X і Z траплялися в англійській мові рідко. Оскільки в ході операції заміни частота букви не змінювалася, ключ до розгадки значення того або іншого шифросимволу полягала іноді в підрахунку частоти його появи в шифротексті. Так само операція простої заміни не вносила змін і в сполучення букв (буквені моделі).

Цей тип криптосистеми, що поступово ускладнювався протягом трьох попередніх століть, досяг в XVIII столітті піка свого розвитку. Стандартним був розмір «номенклатора» в 400—500 символів, але були й такі, які досягали 5—6 тисяч та заміняли особливими символами практично всі значимі поняття, імена, назви й цілі речення. У цей період «номенклатори» стали схожі більше не на шифр, а на форму ієрогліфічного листа, і незважаючи на це, їх все-таки «розкривали».