Криптология в позднее средневековье и эпоху Возрождения

В эпоху позднего средневековья криптография в Европе обретает «второе рождение», прежде всего в среде интеллектуальной элиты того времени. Средневековые ученые, сделав открытие, не всегда спешили публиковать его в письмах коллегам, как это было тогда принято при отсутствии периодических научных изданий. Они записывали свои открытия с помощью шифрования. Так ученые выяснили, что выдающимся английским ученым Р. Бэконом, был найден состав черного пороха. Однако считают его изобретателем Б. Шварца. Дело в том, что в труде Бэкона состав пороха был записан в виде зашифрованной анаграммы, которую до появления электронных вычислительных машин (ЭВМ) не удавалось вскрыть, и поэтому слава открытия приписывалась Шварцу. Так какими же шифрами пользовались средневековые ученые? Главным образом, это были магические квадраты - квадратные таблицы с вписанными в их клетки последовательными натуральными числами от 1, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число. Магические квадраты больших размеров могли быть хорошей основой для надежной системы шифрования того времени, потому что ручной перебор всех вариантов ключа для этого шифра был очень велик. Однако широкое развитие торговли в средние века потребовало использования более специфических шифров, предельно простых и удобных. Это были простые шифры, заключавшиеся в замене цифр на буквы, основанные на ключевом слове. Торговцы заранее договаривались об использовании общего ключевого слова, буквы которого соответствовали бы цифрам. «Архитекторы и исследователи Италии эпохи Возрождения считают, что один из самых важных этапов ренессансной архитектуры связан с именем Леона Батиста Альберти. С другой стороны, криптологи всего мира признают его отцом своей науки. Главным достижением Альберти в криптологии было изобретение многоалфавитной замены, сделавшей шифровку очень устойчивой к вскрытию. В компьютере такая операция соответствует сложению кодов ASCII символов сообщения и ключа по некоторому модулю. Кажется, что если таблица будет более сложной, чем циклическое смещение строк, то шифр станет надежнее. Это действительно так, если ее менять чаще, например, от слова к слову. Но составление таких таблиц, представляющих собой латинские квадраты, где любая буква встречается в строке или столбце один раз, трудоемко и его стоит делать лишь на ЭВМ» . Вторым отцом современной криптологии, по мнению многих историков, считается Иоганн Трисемус, аббат из Германии. В 1508 году он написал "Полиграфию", первую печатную работу по криптологии, в которой систематически описал применение шифрующих таблиц, заполненных алфавитом в случайном порядке. Для получения такого шифра обычно использовались ключевое слово или фраза и таблица, которая для русского языка может иметь размер 5 х 6. Ключевое слово вписывалось в таблицу по строкам, а повторяющиеся буквы отбрасывались. Таблица дозаполнялась не вошедшими в нее буквами алфавита по порядку. Поскольку ключевое слово легко хранить в памяти, то такой подход упрощал процессы шифрования и дешифрования. Такие табличные шифры называются монограммными, так как шифрование ведется по одной букве. Трисемус первым заметил, что можно шифровать по две буквы за раз. Такие шифры были названы биграммными. Наиболее известный шифр биграммами называется Playfair. Шифрование биграммами резко усилило стойкость шифров к вскрытию. Сами папы Римские пользовались услугами криптографов и выдающийся итальянский математик Джероламо Кардано состоял у них на службе. Он написал несколько книг по криптографии и дал описание метода трафаретов. Увлечение теорией магических квадратов привело Кардано к открытию нового класса шифров перестановок, названных решетками или трафаретами, которые представляют собой квадратные таблицы, где четверть ячеек прорезана так, что при четырех поворотах они покрывают весь квадрат. Вписывание в прорезанные ячейки текста и повороты решетки продолжаются до тех пор, пока весь квадрат не будет заполнен. В конце XVII века Френсис Бекон, английский криптолог и мыслитель, обобщил все накопленные до него знания в области криптографии и окончательно выделил эту область знаний как самостоятельную научную дисциплину. Именно он впервые предложил и осуществил на практике кодирование букв латинского алфавита с помощью двузначных цифр, и сделал систему числовых обозначений общепринятой (хотя арабы использовали подобную систему более пяти веков назад, а в Европе об этом почти ничего не знали). Таким образом, к концу XVII века криптография окончательно складывается как научная дисциплина. Появляются профессиональные криптоаналитики, соответствующие службы почти в каждой европейской стране, системы обучения профессиональных криптографов, появилось большое количество работ по криптографии и криптоанализу. Хотя в данный период господствовали номенклаторы, которые не являются шифрами в чистом виде, но, тем не менее, появление многоалфавитной замены, использование решеток, биграмм и цифровых обозначений стало огромным шагом вперед по сравнению с древнейшим периодом и олицетворяло наступление новой эры в развитии криптографии, вплотную приблизившейся к своему современному виду.