Книжный шифр

Не следует путать с Книжный шифр Энея.

Книжный шифр — вид шифра, в котором каждый элемент открытого текста (каждая буква или слово) заменяется на указатель (например, номер страницы, строки и столбца) аналогичного элемента в дополнительном тексте-ключе.

Для дешифрования необходимо было иметь как закрытый текст, так и дополнительный текст-ключ. В качестве дополнительного текста часто использовали распространённые книги, либо книги, которые с большой степенью вероятности были и у отправителя, и у адресата^[1].

История создания

Шифрование по книге

На сегодняшний день ученые и историки не имеют четкой информации о том, когда и кем первый раз был использован книжный шифр. Многие историки склоняются к тому, что родоначальником этого шифра, как и многих других, был Эней Тактик, ведь это был первый человек, создавший первое письменное произведение, в котором упоминалась криптография. Здесь имеется ввиду произведение "Об обороне укрепленных мест". Кроме того, Эней, был создателем так называемого книжного шифра Энея, который относится к стеганографии. Возможно, что эта первая попытка использовать рукописный текст для шифрования и стала началом создания книжного шифра^[2].

Кроме того, нельзя не заметить сходство использования книжного шифра и шифрования с помощью квадрата Полибия. Причем книжный шифр - один из методов предложенных Полибием, только значительно усовершенствованный. В квадрате Полибия каждой букве в соответствие ставятся два числа, причем для одинаковых букв числа также будут идентичны. Преимущество книжного шифра в том, что каждая буква исходного текста будет иметь свой собственный код. Однако, если например страницу книги разбить на большое число различных квадратов Полибия, то системы шифрования будут одинаковыми.

Позже над изучением и усовершенствованием книжного шифра работали в 1849 Мейснер в Брауншвейге, а в новейшее время Вольтер в Винтертуре. В Советском Союзе Книжный шифр широко использовался и исследовался партией большевиков РСДРП(б). Создание нескольких его модификаций приписывается известной большевичке Елене Дмитриевне Стасовой.

Практическая реализация

А.С.Пушкин: "Цыганы", отрывок.

Суть метода книжного шифра - это выбор любого текста из книги, где номера слов начинающихся на определенную букву или координаты (строка, номер в строке) самих букв выступают в качестве шифра исходного сообщения. При этом одной исходной букве может соответствовать несколько кодов^[3].

В качестве примера практической реализации, обратимся к воспоминаниям известного социал-демократа Виктора Катина-Ярцева, возглавлявшего Петербургский «Союз борьбы»^[4].

Положим ключом к шифру будет отрывок из стихотворения А.С.Пушкина: "Цыганы".

Предстоит зашифровать слово: «Гимназия». Первая буква слова – «Г», мы её обозначаем 4/4, где числителем будет строка, знаменателем – порядок букв в этой строке. Рекомендовалось вносить побольше разнообразия, заимствуя букву из разных мест ключа, чтобы затруднить для посторонних специалистов расшифрование написанного. Тогда шифром слова "Гимназия" будет такой текст: "4/4, 7/3, 7/19, 4/9, 2/4, 1/14, 3/8, 1/11".

Или в двоичном формате: 0010000100, 0011100011, 0011110011, 0010001001, 0001000100, 0000101110, 0001101000, 0000101011.

В стихотворном шифре ключом является заранее оговоренное стихотворение, которое записывается в прямоугольник согласованного размера. Этот прямоугольник является ключевой страницей книжного шифра.

История применения

• Книжные шифры, а именно шифры, использующие в качестве кодового текста стихотворения, широко применялись революционерами в начале ХХ века^[4]. Так в одной из тайных переписок, ключом шифра являлось стихотворение Н. А. Некрасова «Школьник»: «Ну, пошел же ради бога…». Стихотворение вписывалось в квадрат размером 10 на 10, если в строке было более 10 букв, то лишние буквы выбрасывались:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Н У П О Ш Е Л Ж Е Р 2 Н Е Б О Е Л Ь Н И К 3 Н Е В Е С Е Л А Я Д 4 Э Й С А Д И С Ь К О 5 Н О Г И Б О С Ы Г Р 6 И Е Д В А П Р И К Р 7 Н Е С Т Ы Д И С Я Ч 8 Э Т О М Н О Г И Х С 9 В И Ж У Я В К О Т О 10 Т А К У Ч И Т Ь С Я

Если текст начинался со слова «Сообщите», то по такой таблице его можно было зашифровать несколькими способами: «4/3, 5/2, 8/6, 2/3, 1/5, 7/7, 10/1, 6/2...» или «10/9, 1/4, 8/3, 5/5, 1/5, 8/8, 9/9, 6/2...» и т.д. Числитель каждой дроби - номер строки, а знаменатель - номер столбца. Так как в таблице отсутствует буква «Щ», то вместо нее используется буква «Ш», но это никак не мешает расшифровке сообщения. Однако одной из ошибок революционеров было частое использование произведений тех авторов демократов, которые были известны полиции. Это делало расшифровку засекреченных сообщений гораздо легче, поскольку сама идея шифрования была известна полиции. Защита была обеспечена лишь в том случае, когда ключом было «секретное стихотворение». Другая ошибка, облегчающая дешифрование, заключалась в частом употреблении стандартных слов и выражений: «Сообщите … », «Направляю вам …», «явка», «адрес» и т.д. Частое использование одного и того же ключа-стихотворения также облегчало чтение сообщений полицией, эффективно использовавшей эти ошибки.

• Прославленный советский разведчик Рихард Зорге с успехом использовал книжный шифр. Японцы не смогли прочесть шифровки даже после ареста всех членов агентурной сети^[5].

• Во время американской революции Бенедикт Арнольд использовал шифр, основанный на "Комментариях к английским законам" сэра Уильяма Блэкстона в качестве ключевого текста.

• Широкое применение получили книжные шифры во время Гражданской войны в США^[6]. Так, например, коммерческие книги, находившиеся в общем доступе, использовались южанами в качестве кодовых. Причем шифровались по таким книгам не одиночные буквы, а иногда и целые выражения. Однако такое шифрование было ненадежным, ведь число таких книг было ограничено, и, после перебора их всех, нетрудно было получить ключ. Этой ненадежностью и воспользовались северяне. В ответ, для повышения криптостойкости, южане стали использовать специальные правила замены, так, например, слово, расположенное в книге на 22-ом месте 8-ой страницы, замещалось 22-ым словом на 18-ой странице. Но подобные модификации не приносили пользы.

• Еще в самом начале своей революционной деятельности книжные шифры использовал Владимир Ильич Ленин^[7]. Однако тогда такой способ шифрования был неудобен, ведь требовалось налаживание регулярной переписки, а это бы означало необходимость вывезти из страны целую библиотеку кодовых книг. В 1902 году Ленин жаловался в письме матери о недостатке русских книг в Германии. Поэтому известны лишь единичные случаи использования книжных шифров:

1. В октябре 1901 года Надежда Крупская через агента Конкордию Захарову просила выслать в Мюнхен в качестве кодовой книги биографию Спинозы:

   «Снеситесь с Николаевом… Ключ: биография Спинозы, стр. 60».

2. В январе 1902 года в качестве шифра Харьковским комитетом РСДРП была выбрана биография Льва Толстого.
3. Летом 1902 года РСДРП вновь обращается к биографии Спинозы:

   «Вообще комитет желает завести правильные сношения, прежние связи утеряны… Шифр предлагает комитет лимоном по «Спинозе», биографическое издание Павленкова, указывать страницу цифрой, а потом дробью: числитель обозначает строку сверху, знаменатель – букву от левой стороны»

Безопасность

По сути, книжный шифр ничем не отличается от любого шифра, однако заметным преимуществом является отсутствие проблем, связанных с подготовкой и передачей секретного ключа, ведь кодовый текст сразу существует в нескольких экземплярах. Однако этот шифр, так же, как и другие коды и шифры подвержен всем обычным средствам криптоанализа. И эти средства позволяют криптоаналитику с ненулевой вероятностью угадать кодовые слова, а иногда и полностью взломать код, путем выявления ключевого текста. Однако, выявление кодового текста - не единственный способ взлома книжного шифра. Книжный шифр по-прежнему восприимчив к частотным методам криптоанализа, ведь нередко для шифрования используются одни и те же страницы в книге, а зачастую и одни и те же слова на этих страницах. И с помощью таких методов шифры вполне легко ломаются, даже без сложных средств, применяемых криптоаналитиком для выявления, что за книга является ключом. Так, например, Уильям Фридман и его жена Элизабет Фридман смогли взломать книжный шифр и без книги, так как корреспонденты иногда использовали для одной буквы одно и то же обозначение страниц и строк несколько раз. Фридманам удалось прочесть переписку индийских националистов, славших разведывательные данные, используя книжный шифр на базе старого немецко-английского словаря. К моменту суда им удалось достать и окончательное доказательство — сам словарь^[8].

Если использовать шифр более осторожно, то надежность его заметно увеличится, так как он будет действовать как гомофонный шифр с чрезвычайно большим количеством эквивалентов. Однако, это будет организованно за счет очень большого расширения зашифрованного текста.

Касательно шпионажа, книжные шифры широко используются агентами на вражеских территориях. Однако, если кодовая книга будет обнаружена представителями власти, то держателю таковой мгновенно инкриминирется шпионаж. И кроме этого власти получают возможность расшифровать код и отправлять ложные сообщения, выдавая себя за агента. С другой стороны если книга подобрана тщательно и соответствует прикрытию шпиона, то для любого человека она будет выглядеть совершенно безобидно.

Популярные кодовые книги

Многотомный латинский словарь Эгидио Форчеллини.

Одной из самых часто используемых книг в качестве ключа к книжному шифру является словарь. Ведь его использование практически гарантирует то, что почти все слова будут найдены, и кроме того делает проще саму процедуру кодирования. Такой подход был использован Джорджем Сковеллом для армии герцога Веллингтона во время Испано-французской войны. В методе Сковелла каждое кодовое слово состояло из трех чисел: первое указывало на страницу словаря, второе на номер столбца и, наконец, третье показывало, какая запись в колонке имеется в виду. Однако такой подход имеет недостаток: из-за того, что записи расположены в алфавитном порядке, то и кодовые номера расположены так же, а это может облегчить работу криптоаналитику. Кроме того проблемой является широкое распространение и доступность словаря, так вполне вероятно, что кто-либо, имеющий такой же словарь, получит код, который может быть использован для чтения сообщений.

Шифрование с помощью словаря использовал Джефферсон Дэвис – президент конфедерации южных штатов во время Гражданской Войны в США. Перед Сражением при Шайло Дэвис передал словарь генералу Джонстону, чтобы тот использовал его в качестве кодовой книги. Так инструкция, которая была передана генералу, указывала, что слово «соединение» будет шифроваться как «146.Л.20», что соответственно означает номер страницы, какой столбец левый или правый используется и номер слова в этом столбце^[6].

Кроме того, словари, как кодовые книги, использовались в военно-морском флоте. Командиры кораблей специально покупали одинаковые экземпляры всевозможных словарей, по личному приказу министра ВМС Стефана Мэллори.

Другой широко доступной книгой является Библия. Она очень удобна для шифрования, ведь там есть четкое разделение на главы и каждый стих имеет свою маркировку, что позволяет легко найти нужную строку текста, соответственно это делает Библию особенно полезной для заданной цели.

В литературе

В детективной повести Артура Конан Дойля «Долина Ужаса» главный герой Шерлок Холмс получает по почте сообщение, зашифрованное книжным шифром, но, однако, не обладает информацией об использованной книге-ключе. Он взламывает шифр, успешно предположив, что в качестве книги использовался популярный альманах Уайтекера.

Крайне пародийно изображена подготовка офицеров австро-венгерский армии к использованию книжного шифра в «Похождениях бравого солдата Швейка» Ярослава Гашека, — все офицеры сидят и читают 161 страницу книги «Грехи отцов», притом что именно эта страница приводится в учебнике криптографии. К тому же злополучный Швейк принёс не тот том. В конце концов, офицеры приходят к «утешительному» выводу, что на войне будет не до шифров^[9].

Герой романа Грэма Грина «Наш человек в Гаване» скромный продавец пылесосов Уормолд в начале своей пародийной шпионской карьеры использует книжный шифр. Его ближайший друг доктор Гассельбахер сразу замечает появление новой книги: «Шекспир для юношества» и без особого труда прочитывает фальшивые донесения, пользуясь даже тем же экземпляром книги. Грин, сам бывший разведчик, показывает ненадёжность книжного шифра.

Книжный шифр упомянут в романе Ю. Семенова «Приказано выжить» и показан в начале фильма Семнадцать мгновений весны.

В книге Кена Фоллета «Ключ к Ребекке» рассказывается о немецком шпионе в Каире, использовавшего роман Дафны дю Морье «Ребекка» в качестве основы для кода.

В Презумпции смерти, лорд Питер Уимзи, по заданию английской разведки в оккупированной нацистами Европе в Великой Отечественной войне, использует код, основанный на произведениях Джона Донна. Немцы, подозревая, что разведывательная служба будет выбирать для шифрования классические работы английской литературы, систематически перебирают такие работы до обнаружения верной и расшифровки кода, что практически приводит к поимке шпионов. Тогда Уимзи создает новый код, основанный на неопубликованном тексте, известном только ему самому и его жене.

Книга шифров играет важную роль в фильме Меч Шарпа. Ключевым текстом является Кандид Вольтера.

В фильме Сокровище нации (2004), шифр обнаруживается на обратной стороне Декларации независимости США.

Герои романа Мэтью Рейли «Шесть священных камней» использовали книжный шифр для отправки конфиденциальных сообщений друг другу. Ключевой текст - книги о Гарри Поттере, но сообщения были отправлены с помощью книги «Властелин Колец», чтобы сделать ключевой текст более трудным для идентификации.

В серии паззлов по сериалу «Остаться в живых: Тайна острова», выпущенной в 2007 году, книжный шифр использовался на коробках, чтобы скрыть спойлеры от фанатов.

В двухсерийном эпизоде "Король-рыбак" сериала «Мыслить как преступник», особенности книжного шифра изучаются ФБР. Шифр был частью большой головоломки, чтобы найти девушку, которая считалась пропавшей без вести в течение двух лет. Ключевой текст - «Коллекционер» Джона Фаулза.

В телесериале «Черная метка» (эпизоды "Дым без огня" и "Центр Шторма", 2010): Майкл Вестен украл Библию из сейфа, которая оказалась кодовой книгой Симона. Когда Майкл пытается поговорить с Симоном, это становится частью истории отслеживания организации развязывающей войны с целью получения прибыли.

В фильме Неизвестный (2011), профессор Бресслер зашифровывает пароли книжным шифром.

В сериале «Подразделение» в эпизоде «Потерянный рай», Йонас Блан (он же Доктор Змей) использует в качестве кодовой книги поэму Джона Мильтона «Потерянный рай», чтобы сообщить своей жене, Молли, что он благополучно прибыл в Панаму.

Литература

1. ↑ А. В. Бабаш, Г. П. Шанкин "История криптографии. Часть I. М.: Гелиос, 2002";
2. ↑ Ю.Волкова: "История криптографии";
3. ↑ В.В.Ященко: "Введение в криптографию";.
4. ↑ ^{1 2} А.В.Синельников: "Шифры и революционеры России";
5. ↑ Шифр нигилистов и его развитие;
6. ↑ ^{1 2} Ю.И.Гольев, Д.А.Ларин, А.Е.Тришин, Г.П.Шанкин: "Криптографическая деятельность в США XVIII-XIX веков";
7. ↑ А.В.Синельников: "Шифры и революционеры России. Часть 2";.
8. ↑ The Friedman Legacy: A Tribute to William and Elizebeth Friedman on site of NSA, p.197-198;
9. ↑ Я. Гашек «Похождения бравого солдата Швейка (Часть 3, глава 1)».