Криптология точки соприкосновения математики и языкознания

Городская открытая научно-практическая конференция

школьников и студентов «Содружество»

Тема: Криптология: точки соприкосновения математики и языкознания

АВТОР: Пушко Дарья

Россия, г.Зеленогорск

Красноярского края

школа №164, 10А класс

РУКОВОДИТЕЛИ: Камышенко Г.Н.,

Линдт Т.Л.

учителя гимназии №164

Зеленогорск

2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................	3
I ГЛАВА............................................................................................................................ КРИПТОГРАФИЯ: ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ............................. ТАЙНОПИСЬ В РОССИИ............................................................................ ШИФРЫ ПОДПОЛЬЯ.................................................................................... ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ В ЦИФРАХ...............................	4 - 7 8 10
II ГЛАВА................................................................................................. РОЛЬ ЯЗЫКА В СОСТАВЛЕНИИ И РАЗГАДКЕ ШИФРОВ.................. ЛИТЕРАТУРНЫЙ КРИПТОАНАЛИЗ......................................................... ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................	11 - 14 17
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................	18

ВВЕДЕНИЕ

Уже неоднократно обсуждалась проблема совмещенного изучения двух, а то и несколько предметов школьной программы. В жизни невозможно обойтись без предметов, которые являются базовыми для школьной программы: элементарных основ физики, математики, химии, литературы, информатики. Изучая каждый предмет по отдельности, трудно понять всю его значимость и роль. Существуют и такие науки, где важен не только математический склад ума и умение использовать законы естественных наук, но и знания в гуманитарной области.

Неоспорим и тот факт, что все наиболее существенные открытия нашего времени происходят не в одной изолированной науке, а при непосредственном взаимодействии с другими дисциплинами. Следствием этого является важность междисциплинных проблем, однако основной акцент пока делается лишь на связях между предметами одного цикла – только естественного или гуманитарного. Между тем наука давно уже осознала и признала необходимость «наведения мостов» между естественными и гуманитарными дисциплинами, такими как языкознание и математика. В связи с введением профильного обучения большое значение приобрела проблема создания такого курса, который бы объединял две центральные дисциплины каждого цикла – языкознание и математику, представляется весьма актуальной
. Наука криптология как раз совмещает в себе два этих основных предмета школьного образования.

Цель работы
: изучив литературу по криптологии, выявить связь между лингвистикой и математикой.

Логичным следствием этого явились поставленные нами задачи
:

- выяснить, что включает в себя понятие «криптология»;

- узнать, какие известны способы шифрования;

- изучить сферы использования шифров;

- выявить роль языка в разгадке шифров.

I
ГЛАВА

КРИПТОГРАФИЯ: ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ

Исторически криптография зародилась из потребности передачи секретной информации. Длительное время она была связана только с разработкой специальных методов преобразования информации с целью ее представления в форме недоступной для потенциального злоумышленника. С началом применения электронных способов передачи и обработки информации задачи криптографии начали расширяться.

В настоящее время, когда компьютерные технологии нашли массовое применение, проблематика криптографии включает многочисленные задачи, которые не связаны непосредственно с засекречиванием информации. Современные проблемы криптографии включают разработку систем электронной цифровой подписи и тайного электронного голосования, протоколов электронной жеребьевки и идентификации удаленных пользователей, методов защиты от навязывания ложных сообщений и т.п. Специфика криптографии состоит в том, что она направлена на разработку методов, обеспечивающих стойкость к любым действиям злоумышленника, в то время как на момент разработки криптосистемы невозможно предусмотреть все способы атаки, которые могут быть изобретены в будущем на основе новых достижений теории и технологического прогресса.

Криптоанализ – наука (и практика ее применения) о методах и способах вскрытия шифров. Криптография и криптоанализ составляют единую область знаний – криптологию, которая в настоящее время является областью современной математики, имеющий важные приложения в современных информационных технологиях.

Термин «криптография» ввел Д.Валлис. Потребность шифровать сообщения возникла очень давно. В V – VIвв. до н. э. греки применяли специальное шифрующее устройство. По описанию Плутарха, оно состояло из двух палок одинаковой длины и толщины. Одну оставляли себе, а другую отдавали отъезжающему. Эти палки называли скиталами. Когда правителям нужно было сообщить какую-нибудь важную тайну, они вырезали длинную и узкую, вроде ремня, полоску папируса, наматывали ее на свою скиталу, не оставляя на ней никакого промежутка, так чтобы вся поверхность палки была охвачена полосой. Затем, оставляя папирус на скитале в том виде, как он есть, писали на нем все, что нужно, а написав, снимали полосу и без палки отправляли адресату. Так как буквы на ней разбросаны в беспорядке, то прочитать написанное он мог, только взяв свою скиталу и намотав на нее без пропусков эту полосу.

Аристотелю принадлежит способ дешифрования этого шифра. Надо изготовить длинный конус и, начиная с основания, обертывать его лентой с шифрованным сообщением, сдвигая ее к вершине. В какой-то момент начнут просматриваться куски сообщения. Так можно определить диаметр скиталы.

В Древней Греции (IIв. до н. э.) был известен шифр, называемый «квадрат Полибия»
. Это устройство представляло собой квадрат 5*5, столбцы и строки которого нумеровались от 1 до 5. В каждую клетка этого квадрата записывалась одна буква (в греческом алфавит одна клетка оставалась пустой, а в латинском в одну клетку записывалось две буквы: I, J).

1	2	3	4	5
1	A	B	C	D	E
2	F	G	H	I,J	K
3	L	M	N	O	P
4	Q	R	S	T	U
5	V	W	X	Y	Z

В результате каждой букве отвечала пара чисел и шифрованное сообщение превращалось в последовательность пар чисел.

Например[1]

13	34	22	24	44	34	15	42	22	34	43	45	32
C	O	G	I	T	O	E	R	G	O	S	U	M

Шифр Цезаря

В Iв до н. э. Гай Юлий Цезарь во время войны с галлами, переписываясь со своими друзьями в Риме, заменял в сообщении первую букву латинского алфавита (А) на четвертую (D), вторую (В) – на пятую (Е), наконец, последнюю – на третью:

Сообщение об одержанной им победе выглядело так: YHQLYLGLYLFL[2]

Император Август (Iв. до н. э.) в своей переписке заменял первую букву на вторую, вторую – на третью и т.д., наконец, последнюю – на первую:

Его любимое изречение было: GFTUJOBMFOUF[3]

Квадрат Полибия, шифр Цезаря входят в класс шифров, называемых «подстановка» или «простая замена». Это такой шифр, в котором каждой букве алфавита соответствует буква, цифра, символ или какая-нибудь комбинация.

К классу «перестановка» относится шифр «маршрутная транспозиция» и его вариант «постолбцовая транспозиция». В каждом из них в прямоугольник [n*m] сообщение вписывается заранее обусловленным способом, а столбцы нумеруются или обычным порядком следования, или в порядке следования букв ключа – буквенного ключевого слова. Так, ниже в первом прямоугольнике столбцы нумеруются в обычном порядке следования – слева направо, а во втором – в порядке следования букв слова «Петербург».

Используя расположение букв этого ключа в алфавите, получим набор чисел [5 3 8 4 6 1 9 7 2]:

5	3	8	4	6	1	9	7	2
п	р	и	л	е	п	л	я	я
с	я	п	р	е	м	у	д	р
у	м	п	р	е	м	у	д	р
б	у	д	е	ш	ь	а	б	в

1	2	3	4	5	6	7	8	9
п	р	и	л	е	п	л	я	я
р	д	у	м	е	р	п	я	с
у	м	п	р	е	м	у	д	р
в	б	а	ь	ш	е	д	у	б

В первом случае шифрованный текст найдем, если будем выписывать буквы очередного столбца в порядке следования столбцов (прямом или обратном), во втором, - если будем выписывать буквы столбца в порядке следования букв ключа. Таким образом будем иметь:

1. прувр дмбиу палмр ьеееш прмел пудяя дуясрб;

2. пммья ррвря мулрр епсуб еееешя ддбил пдлууа.

К классу «перестановка» принадлежит и шифр, называемый «решетка Кардано»
. Это прямоугольная карточка с отверстиями, чаще всего квадратная, которая при наложении на лист бумаги оставляет открытыми лишь некоторые его части. Число строк и столбцов в карточке четно. Карточка сделана так, что при ее последовательном использовании (поворачивании) каждая клетка лежащего под ней листа окажется занятой. Карточку сначала поворачивают вдоль вертикальной оси симметрии на 180є, а затем вдоль горизонтальной оси также на 180є. И вновь повторяют ту же процедуру:

Если решетка Кардано – квадрат, то возможен второй вариант самосовмещений фигуры, а именно, последовательные повороты вокруг центра квадрата на 90є.

Рассмотрим примеры:

Легко прочесть зашифрованное квадратной решеткой Кардано сообщение:

«вавочс муноти мыжрое ьухсой мдосто яаснтв»[4]

Второе сообщение:

«ачшдеалб еымтяовн лыриелбм

оянгеаюш дтинрент еоеыпрни»[5]

также нетрудно расшифровать, пользуясь прямоугольной решеткой.

ТАЙНОПИСЬ В РОССИИ

Первое известное применение тайнописи в России относится к XIIIв. Эту систему называли «тарабарской грамотой»
. В этой системе согласные буквы заменяются по схеме:

Б	В	Г	Д	Ж	З	К	Л	М	Н
Щ	Ш	Ч	Ц	Х	Ф	Т	С	Р	П

(при шифровании буквы, расположенные на одной вертикали, переходят одна в другую), остальные буквы остаются без изменения. Так, известная пословица, записанная этим шифром, выглядит так: «МЫЩАЛ ЧОСОШ ЫСПИЕК»[6]
.

Образцом алфавита, придуманного во второй половине XVIIв. специально для передачи секретных сообщений, может служить тайнопись «уголки»
и ключ к ней. Эта тайнопись состоит в замене обычных букв угольниками и четырехугольниками, заимствованными из решетки, составленной из двух параллельных линий, пересеченных двумя такими же линиями под прямым углом. В полученных клетках размещены по четыре и три буквы в порядке следования букв алфавита. В тайнописи буквы заменяются, при этом первая – простым угольником, а следующие – те же угольником с одной, двумя или тремя точками, смотря по месту буквы в нем.

Ключ к шифру «уголки»

В эпоху Петра Iв качестве системы шифрования широко употреблялась «цифирь» или «цифирная азбука»
. Цифирь – это шифр простой замены, в котором буквам сообщения соответствовали шифрообозначения, представляющие собой буквы, слоги, слова или какие-нибудь другие знаки. При этом использовались и «пустышки» - шифрообозначения, которым не соответствовали никакие знаки открытого текста, то есть передаваемого сообщения. В госархиве сохранились письма Петра, в которых он передавал цифири различным деятелям для корреспонденции (П.А.Толстому, А.Д.Меньшикову и т.д.).

В эпоху царствования Елизаветы Петровны обычным делом была перлюстрация переписки иностранных дипломатов. Результаты этой «работы» несколько раз в месяц докладывались царице. Некоторое время «специалисты» по перлюстрации пропускали те места корреспонденций, смысл которых им был непонятен. В 1742 г. канцлер А.П.Бестужев-Рюмин пригласил на службу в коллегию иностранных дел математика, академика Петербургской АН Христиана Гольдбаха. С этого времени перлюстраторам было дано распоряжение тщательно копировать письма, не опуская при этом кажущихся им мелочей. В результате только за июль – декабрь 1743 г. Х.Гольдбах смог дешифровать 61 письмо министров прусского и французского дворов. В итоге переписка иностранных послов в конце XVIII в. перестала быть тайной для дешифровальной службы России. За свою успешную работу Х.Гольдбах был пожалован в тайные советники с ежегодным окладом в 4500 руб.

ШИФРЫ ПОДПОЛЬЯ

а) Тюремная азбука
– аналог квадрата Полибия.

Она позволяла путем перестукивания сообщаться заключенным разных камер. Эта азбука устроена так: в прямоугольник 6*5 записываются буквы русского алфавита в обычном порядке следования, кроме букв «Ё», «Й» и «Ъ». В результате получается таблица:

1	2	3	4	5
1	А	Б	В	Г	Д
2	Е	Ж	З	И	К
3	Л	М	Н	О	П
4	Р	С	Т	У	Ф
5	Х	Ц	Ч	Ш	Щ
6	Ь	Ы	Э	Ю	Я

Каждая из основных букв русского алфавита (без букв «Ё», «Й» и «Ъ») определяется парой чисел – номером строки и столбца. Поэтому вопрос: «Кто здесь?» изображается следующим образом:

.. ..... .... ... ... .... .. ... . ..... .. . .... .. ...... . .... ......

б) Парный шифр
, ключом которого являетсяфраза, содержащая 15 разных букв. Подписывая под этими буквами буквы в алфавитном порядке, не вошедшие в этот ключ, получаем разбиение 30 основных букв русского алфавита на пары. Чтобы получить из сообщения шифрованный текст, заменяют каждую букву сообщения своим напарником. Так, выбирая в качестве ключа фразу «железный шпиц дома лежит», получим разбиение основных букв русского алфавита на пары, как указано ниже:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ЖЕЛЕЗНЫЙ ШПИЦ ДОМА ЛЕЖИТ

Б В Г К Р С У Ф Х Ч Щ Ь Э Ю Я

Таким образом, получаем отображение букв основного алфавита (без букв «Ё», «Й» и «Ъ») на последовательность, состоящую из тех же букв:

Поэтому сообщение «Встреча отменяется, явка раскрыта», переходит в следующий шифротекст: «ЕЫЯНВ ЦЮЬЯЭ ВРТВЯ ЫТТЕЗ ЮНЮЫЗ НСЯЮ»

Очевидно, что в качестве ключа можно также использовать любую фразу, в которой имеется не менее 15 разных букв основного алфавита.

в) По стихотворению
– вариант шифра «по книге».

Корреспонденты договариваются о достаточно объемном стихотворном произведении, которое заучивают наизусть. Например, роман «Евгений Онегин» или поэма «Кому на Руси жить хорошо». Каждую букву сообщения шифруют парой чисел – номером строки, где встречается эта буква, и номером буквы в ней.

Пусть выбрана поэма «Кому на Руси жить хорошо». Пролог поэмы начинается строфой:

В каком году – рассчитывай,

В какой земле – угадывай,

На столбовой дороженьке

Сошлись семь мужиков:

Семь временнообязанных,

Подтянутой губернии

Уезда Терпигорева,

Пустопорожней волости,

Из смежных деревень:

Заплатова, Дырявина,

Разутова, Знобишина,

Горелова, Неелова –

Неурожайка тож,

Сошлися и сзаспорили:

Кому живется весело,

Вольготно на Руси?

Для удобства шифрования (выбранного стихотворения) записывают в виде таблицы нижеследующим способом:

Пользуясь такой таблицей, нетрудно шифровать и расшифровывать любое сообщение, например:

«14,5 5,5 7,5 5,10 2,5 2,1 2,12 6,3 8,5 15,7 13,2 7,8 14,7 7,6 5,4 6,6 7,2 12,5 5,4 11,3 10,13 5,15 2,1 15,1 1,16 3,3 5,3 6,14 13,1 4,5 8,4 5,4».[7]

ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ В ЦИФРАХ

Языкознание и информатика – казалось бы, предметы абсолютно несовместимые. Но как представить текстовую информацию на ЭВМ, если для компьютера вся система счисления представлена в виде двоичного кода? В этом опять помогает криптография с ее возможностью кодировать и декодировать информацию разными методами. Мы попытались рассмотреть ее роль и в этом аспекте.

Итак, общий вид числа принято записывать так: an
an
-1
an
-2
…a1
a0
.

Это число в десятичной системе счисления может быть представлено следующей записью: an
*10n
+ an
-1
*10n-1
+an
-2
*10n-2
…+a1
*101
+a0
*1010
.

Если обозначить через d основание системы счисления, то для перевода записи числа из десятичной в данную систему нужно последовательно делить его на d так, как показано ниже. Например, запишем число 74 в двоичной системе счисления.

74	2
6	37	2
14	2	18	2
14	17	18	9	2
0	16	0	8	4	2
	1	1	4	2	2
0	2	1
0

В итоге получаем число: (0)1001010

1001010(2)
= 1*26
+ 0*25
+ 0*24
+ 1*23
+ 0*22
+ 1*21
+ 0*01
=74(10)

Для составления и расшифровки шифрограмм используются квадратные решетки 8*8 (решетка Кардано); поэтому, если запись числа в двоичной системе содержит меньше цифр, то слева приписывают нули, чтобы всего было 8 (в примере он приписан слева, так как цифр получилось семь).

Ниже показано построение решетки с помощью чисел в двоичной системе счисления (1 – вырезать, 0 – нет).

Так у нас получится следующая шифрограмма:

Х	Н	Г	Е	А	Л	Б	Л
Я	В	И	Е	Д	О	К	Л
И	Р	Е	Н	Х	Е	Л	Г
А	П	С	Б	У	О	Т	В
О	Г	П	Л	Я	Д	У	Л
Н	О	И	С	Е	Н	В	Т
Е	Ы	Ж	Д	Д	Н	З	У
Н	А	М	Л	Ы	В	Ь	И

«На берегу пустынных волн

Стоял он, дум великих полн,

И вдаль глядел...»

II
ГЛАВА

РОЛЬ ЯЗЫКА В СОСТАВЛЕНИИ И РАЗГАДКЕ ШИФРОВ

Термин «шифр» имеет арабское происхождение. В начале XVв. арабы опубликовали энциклопедию «Шауба Аль-Аща», в которой есть специальный раздел о шифрах. В этой энциклопедии указан способ раскрытия шифра простой замены. Он основан на различной частоте повторяемости букв в тексте. В этом разделе есть и перечень букв в порядке их повторяемости на основе изучения текста Корана. Заметим, что и для русского алфавита есть подобный перечень.

№

Буква

Относит. частота

№

Буква

Относит. частота

№

Буква

Относит. частота

е, ё

0,062

0,014

0,038

0,013

0,025

0,072

0,007

0,016

0,062

0,010

>18

0,028

0,035

0,026

0,053

0,090

0,023

0,040

0,045

0,053

0,021

ь, ъ

0,002

0,009

0,004

0,012

0,006

0,003

0,016

0,014

0,003

0,006

0,018

Итак, в русском тексте чаще всего встречается буква «О», затем буква «Е» и на третьем месте стоят буквы «И» и «А». Реже всего – буквы «Щ» и «Ф».

Неудобство шифров типа «подстановка» в случае использования стандартного алфавита очевидно. Таблица частот встречаемости букв алфавита позволяет определить один или несколько символов, а этого иногда достаточно для дешифрования всего сообщения. Поэтому обычно пользуются разными приемами, чтобы затруднить дешифрование. Для этой цели используют многобуквенную систему шифрования – систему, в которой одному символу отвечает одна или несколько комбинаций двух и более символов. Другой прием – использование нескольких алфавитов. В этом случае для каждого символа употребляют тот или иной алфавит в зависимости от ключа, который связан каким-нибудь способом с самим символом или с его порядком в передаваемом сообщении.

В процессе шифрования (и дешифрования) используется таблица («таблица Виженера»
), которая устроена следующим способом: в первой строке выписывается весь алфавит, в каждой следующей осуществляется циклический сдвиг на одну букву. Так получается квадратная таблица, число строк которой равно числу столбцов и равно числу букв в алфавите. Ниже представлена таблица, составленная из 31 буквы русского алфавита (без букв «Ё» и «Ъ»). Чтобы зашифровать какое-нибудь сообщение, поступают следующим образом. Выбирается слово – ключ (например, «монастырь») и подписывается с повторением над буквами сообщения.

Таблица Виженера

Чтобы получить шифрованный текст, находят очередной знак ключа, начиная с первого в вертикальном алфавите, а ему соответствующий знак сообщения в горизонтальном. В данном примере сначала находим столбец, отвечающий букве «М» ключа, а затем строку, соответствующую букве «Р» открытого текста. На пересечении выделенных столбца и строки находи букву «Э». Так продолжая дальше, находим шифрованный текст полностью:

Наконец, к сообщению можно применять несколько систем шифрования.

Аббат Тритемиус – автор первой печатной книги о тайнописи (1518 г.) – предложил несколько шифров и среди них шифр, который можно считать усовершенствованием шифра Г.Ю.Цезаря. Этот шифр устроен так. Все буквы алфавита нумеруются по порядку (от 1 до 33 в русском варианте). Затем выбирают какой-нибудь ключ, например «Вологда», и подписывают сообщением с повторением, как показано ниже:

Чтобы получить шифрованный текст, складывают номер очередной буквы с номером соответствующей буквы ключа. Если полученная сумма больше 33, то из нее вычитают 33. В результате получается последовательность чисел от 1 до 33. Вновь заменяя числа этой последовательности соответствующими буквами, получают шифрованный текст. Разбивая этот текст на группы особой длины (например, по 5), получают шифрованное сообщение:

«СЯСАД ЫЙВЭМ ЖМТБЗ ВЮОЁЖ ПФЪЭФ ХЙОЯФ»

Если под ключом понимать однобуквенное слово «В» (в русском варианте), то мы получим шифр Г.Ю.Цезаря. В этом случае для того же текста шифрованное сообщение принимает вид

«СТЗУГ ЩЛВРГ ЪЛРГЗ ХФВНЕЕ СФНУЗ ФЗРЯЗ»

Появившийся в XVIIIв. шифр «по книге» можно рассматривать как дальнейшее усовершенствование шифра Г.Ю.Цезаря. Чтобы воспользоваться этим шифром, два корреспондента договариваются об определенной книге, имеющейся у каждого из них. Например, Я.Гашек «Похождения бравого солдата Швейка» (Москва, 1997). В качестве ключа каждый из них может выбрать «слово» той же длины, что и передаваемое сообщение. Этот ключ кодируется парой чисел, а именно номером страницы и номером строки на ней, и передается вместе с шифрованным сообщением. Например, (287,2) определяет «слово», то есть текст избранной книги: «Внимательно прочитав эту страницу, офицеры ничего не поняли…». Этому ключу отвечает последовательность чисел (от 1 до 33):

В н и м а т е л ь н о п р о ч и т а в э т у с т р а н и ц у…

03 15 10 14 01 20 06 13 30 15 16 17 18 16 25 10 20 01 03 31 20 21 19 20 18 01 15 10 24 21…

Зная этот ключ, можно легко расшифровать переданное сообщение. Например,

«РОНЮП ЕЧХВШ РХЩЮЩ ХУШРМ ШВЧФА»[8]

Примером нераскрываемого шифра может служить «одноразовый шифровальный блокнот» - шифр, в основе которого лежит та же идея, что и в алфавите Г.Ю.Цезаря. Назовем расширенным алфавитом совокупность букв алфавита, знака пробела между словами и знаков препинания [. , : ; ! ? ( ) – “]. Число символов расширенного алфавита в русском варианте равно 44. Занумеруем символы расширенного алфавита числами от 0 до 43. Тогда любой передаваемый текст можно рассматривать как числовую последовательность {an
} множества А={0, 1, 2, …, 43}.

Предположим, что имеем случайную последовательность {сn
} из чисел множества А той же длины, что и передаваемый текст (ключ). Складывая по модулю 44 число an
передаваемого текста с соответствующим числом сn
ключа

an
+ сn
≡ bn
(mod 44), 0 ≤ bn
≤ 43,

получим последовательность {bn
} знаков шифрованного текста. Чтобы получить передаваемый текст, можно воспользоваться тем же ключом:

an
≡ сn
- bn
(mod 44), 0 ≤ an
≤ 43,

У двух абонентов, находящихся в секретной переписке, имеются два одинаковых блокнота. В каждом из них на нескольких листах напечатана случайная последовательность чисел множества А. Отправитель свой текст шифрует указанным выше способом при помощи первой страницы блокнота. Зашифровав сообщение, он уничтожает использованную страницу и отправляет его второму абоненту, получатель шифрованного текста расшифровывает его и также уничтожает использованный лист блокнота. Нетрудно увидеть, что одноразовый шифр не раскрываем в принципе, так как символ в тексте может быть заменен любым другим символом и этот выбор совершенно случаен.

Случайная последовательность чисел множества А может быть получена при помощи «вертушки со стрелкой». Обод вертушки разделен на 44 равные части (дуги). Каждая из них помечена числами от 0 до 43. Запуская вертушку, получим какое-нибудь из чисел множества А. Продолжая так дальше, можем получить случайную последовательность любой длины.

С появлением радио- и телеграфных линий всякую информацию удобно передавать, используя двоичный код, например азбуку Морзе. В современных системах шифрования обычно шифруют сообщения, записанные двоичным кодом (чередование 0 и 1).

ЛИТЕРАТУРНЫЙ КРИПТОАНАЛИЗ

Первые шаги литературного криптоанализа связаны с появлением рассказа американского писателя Эдгара По «Золотой жук». Этот рассказ и по сей день остается непревзойденным художественным произведением на тему о дешифровании.

Про Эдгара По можно сказать, что он неизбежно должен был заинтересоваться криптоанализом. Хотя По неоднократно пространно рассуждал о логике и писал рассказы с логично построенными сюжетами, он увлекался и такими иррациональными предметами, как френология и гипноз. А поскольку криптоанализ обладал качествами, которые импонировали Эдгару По в науках, и вместе с тем от криптоанализа исходил неземной свет мистики; двойственный характер этой области человеческих знаний пришелся впору раздвоенной натуре По. Научность импонировала интеллекту писателя, а таинственность была созвучна его эмоциям. Первые упоминания о криптоанализе у По появились в статье «Загадочное и головоломное», и уже позже отразились в его литературных творениях детективного характера.

Чтобы поподробнее рассмотреть использование криптографии в рассказе «Золотой жук», мы приводим отрывок из этой книги:

«... Легран разогрел пергамент и дал его мне. Между черепом и козленком, грубо начертанные чем-то красным, стояли такие знаки:

53##+305))6*;4826)4#.)4#.);806*,48+8||60))85;;]8*;:#*8+83(88)5*+;46(;88*96*?;8)*#(;485):5*+2:*#(;4956*2(5*=4)8||8*;4069285);)6+8)4##;1#9;48081;8:8#1;48+85;4)485+528806*81(#9;48;(88;4(#?34;48)4#;161;:188#?

- Что ж! – сказал я, возвращая Леграну пергамент, - меня это не подвинуло ни на шаг...

- И все же, - сказал Легран, - она не столь трудна, как может сперва показаться. Эти знаки, конечно, - шифр; иными словами, они скрывают словесную запись...

... Прежде всего, как всегда в этих случаях, возникает вопрос о языке криптограммы. Принцип решения (в особенности это относится к шифрам простейшего типа) в значительной мере зависит от языка. Выяснить этот вопрос можно только одним путем, испытывая один язык за другим и постепенно их исключая, пока не найдешь решение. С нашим пергаментом такой трудности не было; подпись давала разгадку. Игра словами «kid» и «Kidd» возможна лишь по-английски. Если бы не это, я начал бы поиски с других языков... Но я уже знал, что криптограмма написана по-английски.

... Как видите, текст криптограммы идет в сплошную строку. Задача намного была бы проще, если б отдельные слова были выделены просветами... Но просветов в строке не было, и я принялся подсчитывать однотипные знаки, чтобы узнать, какие из них чаще, какие реже встречаются в криптограмме. Закончив подсчет, я составил такую таблицу:

Знак

Сколько раз встречается

;

)

9 и 2

: и 3

= и ]

В английской письменной речи самая частая буква – Е. Далее идут в нисходящем порядке: A, O, I, D, H, N, R, S, T, U, Y, C, F, G, L, M, W, B, K, P, Q, X, Z».

В процессе расшифровывания герой приходит к следующему результату:

Знак

Сколько раз встречается

Какую букву означает

;

)

Вот криптограмма представлена в расшифрованном виде:

«Agoodglassinthebishop’shostelinthedevil’sseattwentyonedegreesandthirteenminutesnortheastandbynorthmainbranchseventhlimbeastsideshootfromthelefteyeofthedeath’sheadabeelinefromthetreethroughtheshotfiftyfeetout»

(Хорошее стекло в трактире епископа на чертовом стуле – 21°15` северо-северо-восток – главный сук седьмая ветвь восточная сторона – стреляли из левого глаза мертвой головы – прямая от дерева через выстрел на 50 футов.)

Трактир епископа – со старинной фамилией Веззор, владельцы усадьбы в 4 милях к

северу от острова;

высокий скалистый утес – название;

чертов стул – в скале ниша в виде кресла;

хорошее стекло – подзорная труба (выражение моряков);

21°15` северо-северо-восток – указывает на положение трубы;

она показывает на дерево, где находится череп;

пустить пулю в левую глазницу;

через выстрел прямо от ствола на 50 футов вперед – там клад.

Расшифровав каждое из слов послания, герой смог отыскать зарытые сокровища.

«Золотой жук» Эдгара По – не единственное литературное произведение, в котором использованы шифрограммы. Среди них и «Момент истины» В.О.Богомолова, и «Дети капитана Гранта» Ж.Верна, и «В круге первом» А.И.Солженицына, но наиболее необычно показано шифрование в книге А.К.Дойля «Пляшущие человечки». В своей книге автор использует не привычные буквы, числа, символы или принцип решетки, а ... «пляшущих человечков». Изображаемые человечки выполняют ту же функцию, что и знаки в криптограмме. Каждая фигурка отличалась от всех остальных, при этом означая какую-либо букву алфавита. Приводим некоторые из шифровок из книги:

1ИЛСИПРИХОДИ

2НИКОГДА

3ЯЗДЕСЬАБСЛЕНИ

А ключ к разгадке шифра лежит в основах языка:

* повторяемость гласных чаще, чем согласных букв;

* в русском языке чаще остальных повторяются буквы «О», «А» и «Е»;

* логическая связь между словами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы над данной темой мы пришли к следующим выводам:

1. Наука, занимающаяся способами преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей, называется криптографией. А криптоанализ – наука (и практика ее применения) о методах и способах вскрытия шифров. Вместе они образуют область знаний, называемую криптологией.

2. Существует два класса шифров:

- «перестановка», или «маршрутная транспозиция»;

- «подстановка», или «простая замена».

3. Практика шифрования зародилась еще до нашей эры в Древней Греции. Первым дешифровальщиком был Аристотель. Позже появились такие шифры, как

- «Квадрат Полибия»;

- «Шифр Цезаря» (он находит применение и сегодня, но в усложненной форме);

- «Решетка Кардано»;

- «Таблица Виженера»;

- «одноразовый шифровальный блокнот»;

- «вертушка со стрелкой».

4. Тайнопись в России впервые начала применяться в XIII в. Первая система шифрования называлась «тарабарской грамотой». Во второй половине XVIIв. появился тайный алфавит, или шифр «уголки». В эпоху Петра Iначала употребляться для секретной переписки «цифирная азбука».

5. Среди шифров подполья можно выделить три наиболее используемых:

- «Тюремная азбука»;

- «Парный шифр»;

- «По стихотворению».

6. Ключ к разгадке шифров лежит в основах языка:

- повторяемость гласных чаще, чем согласных букв;

- в русском языке чаще остальных повторяются буквы «О», «А» и «Е», а в английском – «Е», «А», «О»;

- логическая связь между словами.

7. Среди произведений детективного жанра первопроходцами в использовании кодирования и декодирования информации являлись:

- По Э. «Золотой жук»;

- Конан Дойль А. «Пляшущие человечки»

- Богомолов В.О. «Момент истины»;

- Солженицын А.И. «В круге первом»;

- Ж.Верн «Дети капитана Гранта», «Жангада».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аршинов М.Н., Садовский Л.Е. Коды и математика (рассказы о кодировании). – М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1983.

2. Дориченко С.А., Ященко В.В. 25 этюдов о шифрах. – М.:ТЕИС, 1994.

3. Кан Д. Взломщики кодов. Пер. с англ. Ключевского А.– М.: ЗАО Центр-полиграф, 2000.

4. Методический журнал «Русский язык в школе». – М.: Просвещение, № 2, март – апрель, 1989.

5. Молдовян А.А., Молдовян Н.А., Советов Б.Я. Криптография. – Спб.: издательство Лань, 2000.

6. Нечаев В.И. Элементы криптографии. Основы теории защиты информации. – М.: Высшая школа, 1999.

7. Периодическое издание «Первое сентября». Статья по теме: Математические загадки детективного сюжета (криптография)

8. По Э.А. Собрание сочинений. В 4-х т. Т. 3. Пер. с англ. – Х.: Фолио, 1995.

[1]
«Cogito, ergosum» - «Я мыслю, следовательно, существую» (лат.) – Р.Декарт

[2]
«Veni, vidi, vici» - «Пришел, увидел, победил» (лат.) – Г.Ю.Цезарь

[3]
«Festinalente» - «Торопись медленно» (лат.)

[4]
«В чужой монастырь со своим уставом не ходят»

[5]
«Да, были люди в наше время –

Не то, что нынешнее племя – богатыри» (М.Ю.Лермонтов)

[6]
«Рыба с головы гниет»

[7]
«Иванову доверять нельзя явки сменить».

[8]
«Над Россией безоблачное небо»

Слов:	6810
Символов:	79835
Размер:	155.93 Кб.

5	3	8	4	6	1	9	7	2
п	р	и	л	е	п	л	я	я
с	я	п	р	е	м	у	д	р
у	м	п	р	е	м	у	д	р
б	у	д	е	ш	ь	а	б	в

1	2	3	4	5	6	7	8	9
п	р	и	л	е	п	л	я	я
р	д	у	м	е	р	п	я	с
у	м	п	р	е	м	у	д	р
в	б	а	ь	ш	е	д	у	б

1	2	3	4	5
1	А	Б	В	Г	Д
2	Е	Ж	З	И	К
3	Л	М	Н	О	П
4	Р	С	Т	У	Ф
5	Х	Ц	Ч	Ш	Щ
6	Ь	Ы	Э	Ю	Я

Х	Н	Г	Е	А	Л	Б	Л
Я	В	И	Е	Д	О	К	Л
И	Р	Е	Н	Х	Е	Л	Г
А	П	С	Б	У	О	Т	В
О	Г	П	Л	Я	Д	У	Л
Н	О	И	С	Е	Н	В	Т
Е	Ы	Ж	Д	Д	Н	З	У
Н	А	М	Л	Ы	В	Ь	И

5	3	8	4	6	1	9	7	2
п	р	и	л	е	п	л	я	я
с	я	п	р	е	м	у	д	р
у	м	п	р	е	м	у	д	р
б	у	д	е	ш	ь	а	б	в

1	2	3	4	5	6	7	8	9
п	р	и	л	е	п	л	я	я
р	д	у	м	е	р	п	я	с
у	м	п	р	е	м	у	д	р
в	б	а	ь	ш	е	д	у	б

1	2	3	4	5
1	А	Б	В	Г	Д
2	Е	Ж	З	И	К
3	Л	М	Н	О	П
4	Р	С	Т	У	Ф
5	Х	Ц	Ч	Ш	Щ
6	Ь	Ы	Э	Ю	Я

Х	Н	Г	Е	А	Л	Б	Л
Я	В	И	Е	Д	О	К	Л
И	Р	Е	Н	Х	Е	Л	Г
А	П	С	Б	У	О	Т	В
О	Г	П	Л	Я	Д	У	Л
Н	О	И	С	Е	Н	В	Т
Е	Ы	Ж	Д	Д	Н	З	У
Н	А	М	Л	Ы	В	Ь	И

Название реферата: Криптология точки соприкосновения математики и языкознания

5	3	8	4	6	1	9	7	2
п	р	и	л	е	п	л	я	я
с	я	п	р	е	м	у	д	р
у	м	п	р	е	м	у	д	р
б	у	д	е	ш	ь	а	б	в

1	2	3	4	5	6	7	8	9
п	р	и	л	е	п	л	я	я
р	д	у	м	е	р	п	я	с
у	м	п	р	е	м	у	д	р
в	б	а	ь	ш	е	д	у	б

1	2	3	4	5
1	А	Б	В	Г	Д
2	Е	Ж	З	И	К
3	Л	М	Н	О	П
4	Р	С	Т	У	Ф
5	Х	Ц	Ч	Ш	Щ
6	Ь	Ы	Э	Ю	Я

Х	Н	Г	Е	А	Л	Б	Л
Я	В	И	Е	Д	О	К	Л
И	Р	Е	Н	Х	Е	Л	Г
А	П	С	Б	У	О	Т	В
О	Г	П	Л	Я	Д	У	Л
Н	О	И	С	Е	Н	В	Т
Е	Ы	Ж	Д	Д	Н	З	У
Н	А	М	Л	Ы	В	Ь	И