Чарльз Бэббидж и его вклад в развитие криптографии

Введение

Актуальность темы заключается в том, что она является одной из основных в криптографии и основываясь на её понимании мы можем более точно понять криптографию как науку и её основные моменты.
С незапамятных времен не было большей ценности, чем информация. Двадцатый век – это век информатики и информационных технологий. Технология позволяет передавать и хранить все больше и больше информации. Несмотря на данное преимущество есть и отрицательная сторона. Информация становится все более уязвимой по разным причинам: увеличение объемов, хранимых и передаваемых данных; расширение круга пользователей, имеющих доступ к компьютерным ресурсам, программам и данным; усложнение режимов работы вычислительных систем.
Поэтому проблема защиты информации от несанкционированного доступа при передаче и хранении становится все более актуальной.
Современный мир является конкурентным и в нём четко видна тенденция по увеличению роста стоимости информации и исходя из этого появляется необходимость защитить её и скрыть от несанкционированного использования. Шифрование информации является одним из более подходящих способ по решению данного вопроса. Исходя из этого возрастает число способов шифрования.
Цель – изучить вклад Чарльза Бэббиджа в криптографию.
Объект – криптография.
Предмет – вклад Бэббиджа в криптографию.
Задачи:
 изучить полиалфавитные шифры;
 изучить шифр Виженера;
 изучить биографию Чарльза Бэббиджа;
 изучить вклад Бэббиджа в науку.
При поэтапном рассмотрении всех задач в заключении работы будут сделаны общие выводы по теме.
Работа состоит из трёх глав. В первой главе отображены общие теоретические сведения о полиалфавитных шифрах и в частности о шифре Виженера, описаны ключевые особенности шифра, его исторические корни и методы дешифровки. Вторая глава полностью посвящена вкладу в криптографию Чарльза Бэббиджа. Глава 3 – практическая. 
Глава 1. Проблемы дешифрования полиалфавитных шифров

1.1 Полиалфавитные шифры

Защита информации – это комплекс мер, методов и средств, обеспечивающих: проверку целостности информации; исключение несанкционированного использования программ (защита программ от копирования).
Очевидная тенденция перехода к цифровым методам передачи и хранения информации позволяет использовать унифицированные методы и алгоритмы защиты дискретной (текстовой, факсимильной, телексной) и непрерывной (речевой) информации.
Проверенным методом защиты информации является шифрование (криптография). Шифрование-это процесс преобразования открытых данных (открытого текста) в зашифрованные данные (шифротекст) или зашифрованных данных в открытые данные по определенным правилам с использованием ключа [1].
Алгоритмы шифрования имеют определенные требования: высокий уровень защиты данных от дешифрования и возможной модификации; информационная безопасность должна основываться только на знании ключа и не зависеть от того, известен алгоритм или нет; небольшое изменение исходного текста или ключа должно привести к значительному изменению зашифрованного текста (эффект «коллапса»); область значений ключа должна исключать возможность дешифрования данных путем нахождения ключа, через перебор; экономически эффективная реализация алгоритма с достаточной скоростью; стоимость дешифрования данных без знания ключа должна превышать стоимость самих данных.
При блочном шифровании информация делится на блоки фиксированной длины и шифруется по одному блоку за раз. Существует два основных типа блочных шифров: шифры перестановки (транспозиции, перестановки, П-блоки); подстановочные шифры (подстановки, подстановки, S-блоки).
Перестановочные шифры переставляют элементы открытых данных (биты, буквы, символы) в некотором новом порядке. Существуют шифры горизонтальной, вертикальной, двойной перестановки, решетки, лабиринты, лозунги и т. д.
Подстановочные шифры заменяют элементы открытых данных другими элементами по определенному правилу. Существуют шифры простой, сложной, парной подстановки, буквенно-цифрового шифрования и подстановки столбцов шифров. Пример: шифр Бофора, шифр Виженера, одноразовый блокнот.
В моноалфавитных шифрах замещения буква исходного текста заменяется другой, заранее определенной буквой. Например, в шифре Цезаря буква заменяется буквой, которая отделена от нее в латинском алфавите определенным числом позиций.
В полиалфавитных подстановках при замене какого-то символа из исходного сообщения каждый раз при его появлении последовательно используются разные символы из некоторого набора. Понятно, что этот набор ограничен, через какое-то количество символов его нужно использовать заново. В этом слабость чисто полиалфавитных шифров [1].
Современные криптографические системы обычно используют оба метода шифрования (подстановку и перестановку). При выборе такого решения, т.е. «двойной защиты», шифр будет более надежен, чем торт, где для шифрования используется только замена или перестановка.
Одним из первых, кто предложил полиалфавитный шифр, был итальянский архитектор Батисте Альберти. Позже этот шифр получил имя дипломата XVI века Блеза де Виженера. Также вклад в развитие полиалфавитных шифров внес немецкий аббат XVI века Иоганн Трисемус. Простой, но стойкий метод полиалфавитной подстановки - шифр Плейфера, открытый в начале XIX века Чарльзом Уитстоном. Этот шифр использовался вплоть до Первой мировой войны. Последним словом в разработке полиалфавитных шифров стали так называемые роторные машины, которые позволили легко создавать криптографические стойкие к атакам полиалфавитные шифры. Примером такой машины является немецкая машина Enigma, разработанная в 1917 году Артуром Шербиусом.
С развитием компьютеров полиалфавитные шифры перестали быть столь устойчивыми к криптографическим атакам.
Рассмотреть суть полиалфавитного шифра будет значительно удобнее, если определить сначала моноалфавитный шифр.
Сущность полиалфавитного шифра заключается в циклическом применении нескольких моноалфавитных шифров к определенному числу букв зашифрованного текста. Например, предположим, что у нас есть сообщение x1, x2, x3… xn, x2n, которое необходимо зашифровать. При использовании полиалфавитного шифра существует несколько моноалфавитных шифров (например, n штук). И в нашем случае первый моноалфавитный шифр применяется к первой букве, ко второй букве применим – второй, к третей – третий и т.д. Это приводит к довольно сложной последовательности, которую уже не так легко вскрыть, как один моноалфавитный шифр. Наиболее важным эффектом, достигаемым при использовании полиалфавитного шифра, является маскировка частоты встречаемости определенных букв в тексте, на основании которой обычно легко вскрываются моноалфавитные шифры [2].

1.2 Шифр Виженера

Шифр Виженера является методом полиалфавитного шифрования буквенного текста при котором используется ключевое слово.
Данный метод - это простая форма многоалфавитной замены. Шифр Виженера был изобретен многократно. Метод достаточно простой в понимании и в реализации, он недоступен простым методам криптоанализа.