Kryptografie neboli sifrovani je nauka o metodach utajovani smyslu zprav prevodem do podoby, ktera je citelna jen se specialni znalosti. Slovo kryptografie pochazi z rectiny – kryptós je skryty a graphein znamena psat. Nekdy je pojem obecneji pouzivan pro vedu o cemkoli spojenem se siframi jako alternativa k pojmu kryptologie. Kryptologie zahrnuje kryptografii a kryptoanalyzu, neboli lusteni zasifrovanych zprav.
Kryptografie se po staleti vyvijela k vetsi slozitosti zaroveň s lidskou civilizaci a mnohokrat ovlivnila beh dejin. Zejmena utajeni ci vyzrazeni strategickych vojenskych informaci muze mit zasadni vliv. Ale take prozrazeni politickych intrik, pripravy atentatu nebo i jen prozrazeni milencu a podobne, to vse muze uzce zaviset na bezpecnem prenosu informaci a na schopnostech protivnika sifru rozbit. Prvni dolozeni o zasifrovani zpravy pochazi z roku 480 pr. n. l. za obdobi recko-Perskych valek v bitve u Salaminy. Do historie kryptografie se zapsal i vyznamny rimsky vojevudce a politik Julius Caesar, a to vynalezenim sifry, ktera byla pojmenovana jako Caesarova sifra.
Cele obdobi kryptografie muzeme rozdelit do dvou casti. Tou prvni je klasicka kryptografie, ktera priblizne trvala do poloviny 20. stol. Prvni cast se vyznacovala tim, ze k sifrovani stacila pouze tuzka a papir, pripadne jine jednoduche pomucky. Behem 1. poloviny 20. stol. ale zacaly vznikat ruzne sofistikovane pristroje, ktere umozňovaly slozitejsi postup pri sifrovani. Tim priblizne zacala druha cast, kterou nazyvame moderni kryptografie. V dnesni dobe se k sifrovani zpravidla nepouzivaji zadne zvlasť vytvarene pristroje, ale klasicke pocitace.
Monoalfabeticka sifra
Monoalfabeticka sifra je nejjednodussi druh substitucni sifry, kdy se pismena v otevrenem textu pouze zameni za jina pismena, dle daneho klice, cimz vznikne sifrovy text.
Na zacatku si musime vytvorit tabulku substituci, coz je tabulka, ktera znazorňuje, ktere pismeno v otevrenem textu se meni na jake v sifrovem textu. Tabulku muzeme vytvorit libovolnym zpusobem, ale plati, ze zobrazeni musi byt bijektivni. Tedy kazde pismeno z otevreneho textu musi mit jedinecny obraz v sifrovem textu. Pokud by se napriklad pismeno „a“ zobrazilo na pismeno „q“ a pismeno „b“ by se take zobrazilo na pismeno „q“, vznikla by nam kolize a pri desifrovani bychom nevedeli, zda pismeno „q“ desifrovat na „a“ nebo na „b“. A naopak: pismeno v otevrenem textu musi mit pouze jeden obraz, nemuzeme pismeno „a“ jednou zasifrovat na „b“ a jindy na „c“. Pak uz to nebyla jednoducha monoalfabeticka sifra, ale homofonni sifra nebo nektera z polyalfabetickych sifer, ktere pri sifrovani pouzivaji vice abeced, napriklad Vigenerova sifra.
Dale plati, ze pismena nemusime sifrovat zase jen na pismena, ale na cokoliv jineho, napriklad obrazky, cisla nebo jakekoliv jine symboly. Pokud ale chceme ziskat monoalfabetickou sifru, musi tato tabulka splňovat podminku bijekce. Pouzitim jinych znaku zpravidla nezvysime bezpecnost sifry, protoze jestli vypada vysledny sifrovy text „hqp“ nebo „(hvezdicka)(slunicko)(jednorozec)“ uz je z hlediska kryptoanalyzy jedno.
Pokud uz mame hotovou tabulku substituci, prichazi na radu uprava vstupniho otevreneho textu tak, aby vyhovoval domluvenym ci stanovenym podminkam. Ty mohou znit jakkoliv, casto pada pozadavek na odstraneni diakritiky, interpunkce, mezer a podobne. Nicmene technicky neni problem vytvorit substitucni tabulku, ktera bude obsahovat jakekoliv znaky. Muzeme klidne zasifrovat „(pomeranc)“ na „(kolobezka)“.
Nakonec sifrujeme otevrenou zpravu znak po znaku – precteme znak, nalezneme znak v tabulce, kde najdeme i odpovidajici obraz pismene, a zamenime puvodni znak za novy (ten z tabulky substituci). Zamenou posledniho znaku sifrovani konci.w
Desifrovani probiha stejnym zpusobem, pouze pouzivame tabulku substituci obracene. Pokud v ni napriklad bylo pravidlo „a“›„q“, budeme ve skutecnosti zameňovat „q“›„a“. Takto ziskame puvodni upraveny otevreny text. Abychom dostali puvodni otevreny text bez uprav – pokud jsme nejake provedli – musime jeste doplnit mezery, diakritiku apod.
Homofonni sifra
Homofonni sifra (z reckeho homos – stejny a phonos – zvuk) je substitucni sifra, ve ktere se jedno pismeno z otevreneho textu muze zasifrovat na ruzna pismena v sifrovem textu, jejichz pocet je primo umerny frekvenci pismene. Pritom stale pouziva jednu sifrovaci abecedu, neni to polyalfabeticka sifra.
Smyslem homofonni sifry je, aby ve vyslednem sifrovem textu kazde pismeno melo priblizne stejnou relativni cetnost, konkretne 1 %. Toho docilime tak, ze jedno pismeno z otevreneho textu nebudeme sifrovat pouze jednim symbolem, jako je tomu u jednoduche monoalfabaticke substitucni sifry, ale vice symboly. Konkretne pismeno bude mit tolik obrazu v sifrovem textu, jaky ma procentualni vyskyt v otevrenem textu. Pokud ma napriklad pismeno „e“ 10% vyskyt v otevrenem textu, bude mit deset ruznych obrazu v sifrovem textu. Pokud nechceme s kazdym textem pocitat i vyskyt pismen v nem, muzeme pouzit nejakou tabulku, ktera udava prumerny pocet vyskytu pismene v danem jazyku. Vysledek nemusi byt tak dobry, ale stale prijatelny a znacne to ulehcuje praci.
Protoze vyslednych obrazu v sifrovem textu bude zakonite vice nez pismen, ktera sifrujeme, nemuzeme v sifrovem textu pouzivat pouze jednoducha pismena, protoze by nam na vsechno nestacila. Musime zvolit jiny zpusob, napriklad muzeme zobrazovat na cisla. Dale plati, ze jedno pismeno se sice muze sifrovat na vice ruznych pismen, avsak stale neni mozne, aby se dve ruzna pismena sifrovala na stejne pismeno. Tedy plati, ze jeden obraz v sifrove abecede muze mit pouze jeden vzor v otevrene abecede. Tim se sifra lisi od polyalfabetickych sifer, protoze stale pouziva jen jednu sifrovou abecedu.
Pokud uz mame hotovou tabulku substituci, prichazi na radu uprava vstupniho otevreneho textu tak, aby vyhovoval domluvenym ci stanovenym podminkam. Ty mohou znit jakkoliv, casto pada pozadavek na odstraneni diakritiky, interpunkce, mezer a podobne. Nicmene technicky neni problem vytvorit substitucni tabulku, ktera bude obsahovat jakekoliv znaky. Muzeme klidne zasifrovat „(mandelinka)“ na „(traktor)“.
Nyni mame upraveny otevreny text a tabulku substituci, ktera vypada podobne jako u monoalfabaticke sifry, pouze s tim rozdilem, ze mame u nekterych pismen vice obrazu. Muzeme zacit s sifrovanim. Znak po znaku cteme otevreny text a zamenime dany znak za nektery ze znaku ze substitucni tabulky. Dulezitym faktorem je, pokud mame na vyber z vice obrazu, abychom je volili zcela nahodne. Pokud bychom obrazy napriklad pravidelne stridali, snizili bychom tim bezpecnost homofonni sifry. Zasifrovanim posledniho pismene sifrovani konci.
Desifrovani probiha stejne, pouze v opacnem poradi. Mame tabulku substituci a hledame podle obrazu a zamenime je za jejich puvodni vzory. Protoze kazdy obraz ma pouze jeden puvodni vzor, dostaneme puvodni sifrovou zpravu.
Vernamova sifra
Vernamova sifra nebo take jednorazova tabulkova sifra (anglicky one-time pad) je jednoduchy sifrovaci postup patentovany v roce 1917 Gilbertem Vernamem. Spociva v posunu kazdeho znaku zpravy o nahodne zvoleny pocet mist v abecede. To se prakticky rovna nahrade zcela nahodnym pismenem a na tomto faktu je zalozen dukaz, ze Vernamova sifra je v principu nerozlustitelna.
Vezmeme jednotliva pismena tajne zpravy a kazde z nich posuneme o nekolik pozic v abecede. Napriklad prvni pismeno je posunuto o 5 pozic, druhe o 1, treti o 14, ctvrte o 24, dalsi o 9, 0, 3, 9, 19. Kdyz pri posouvani prekrocime konec abecedy, pokracujeme od jejiho zacatku. Ze slova ALDEBARAN tak dostaneme sifrovy text FMRCKAUJG. Posloupnost 5, 1, 14, 24, 9, 0, 3, 9, 19 je klicem k rozlusteni zpravy. Kdo ji zna, dokaze snadno posunout pismena opacnym smerem a ziskat puvodni text. Bez znalosti klice je lusteni odposlechnute zpravy nemozne.
Vigenerova sifra
Vigenerova sifra je symetricka substitucni sifra, kterou puvodne vymyslel v 60. letech 15. stoleti florentsky polyhistor Leon Battista Alberti. Konecnou podobu ale sifre dal v 16. stoleti francouzsky diplomat Blaise de Vigenere, ktery sifru vymyslel prave kvuli sve diplomaticke draze.q
Vigenerova sifra je rozsireni puvodni Albertiho sifry, ktera pouzivala pouze dve sifrove abecedy. Vigenerova sifra umozňuje pouzit az 26 sifrovych abeced, cimz drasticky snizuje pravdepodobnost prolomeni sifry. Tato sifra se ve sve dobe oznacovala jako Le chiffre indechiffrable, tedy nerozlustitelna sifra. Zakladem sifrovani se stal Vigeneruv ctverec, coz byla sifrovaci pomucka, na ktere bylo znazorneno onech 26 sifrovych abeced, ktere jsme mohli pouzit. Ve ctverci byla na prvnim radku vepsana otevrena abeceda, coz byla normalni abeceda a, b, c, d, … Na dalsich radcich pak byla vepsana sifrova abeceda, ktera vznikla posunem predchozi abecedy o jedna (jakoby Caesarova sifra s klicem „b“). V levem sloupecku pak byl klic posunuti vzhledem k prvni, otevrene abecede. Prehledne to zobrazuje obrazek napravo. Kazde pismeno z otevrene abecedy muzeme zasifrovat kteroukoliv z 26 sifrovych abeced, coz znamena, ze jakykoliv znak z otevreneho textu jsme schopni zasifrovat na libovolny znak. To opet snizuje riziko prolomeni sifry.q
Postup pri sifrovani uz je pak jednoduchy. Zvolime si klic, coz muze byt slovo libovolne delky. Pri pouziti slova delky jedna se ale bude jednat o klasickou Caesarovu sifru, pri pouziti klice delky dva dostaneme obdobu Albertiho sifry. Obecne muzeme rici, ze cim delsi klic, tim bezpecnejsi sifra bude. Samozrejme nesmime jako klic volit jine slabe klice, jako napriklad „aaaaa“. Samotne sifrovani probiha nasledovne: vezmeme prvni pismeno z otevreneho textu a zasifrujeme ho pomoci te sifrove abecedy z Vigenerova ctverce, ktera odpovida prvnimu znaku z klice. Pote vezmeme druhe pismeno z otevreneho textu a zasifrujeme ho pomoci sifrove abecedy, ktera odpovida druhemu znaku z klice. Az vycerpame vsechny znaky v klici, zacneme opet od zacatku klice. q
Caesarova sifra
Caesarova sifra je podkategorii rozsahle kategorie tzv. substitucnich sifer.
Princip tohoto sifrovani je zalozen na tom, ze kazde pismeno zpravy je behem sifrovani zameneno za pismeno, ktere se abecedne nachazi o pevne urceny pocet mist dale.
Pocet moznych variant klice teto sifry je o jedna mensi nez pocet pismen(znaku) v pouzite abecede. Zvolime-li hodnotu posunu stejnou, jako je pocet znaku pouzite abecedy, bude zasifrovana zprava identicka s predlohou. Vyssim posunem, napriklad posunem s klicem o jedna vetsi, nez je pocet pismen (znaku) abecedy, dostaneme zasifrovanou zpravu odpovidajici prostemu posunu o klic jedna, takze pouziti klice hodnoty vyssi nez pocet znaku abecedy nema kryptograficky vyznam. V nekterych pramenech se proto o Caesarovych sifrach mluvi jako o sifrach aditivnich.
Na stejnem principu take funguje Vigenerova sifra, pouze misto jedne sifrove abecedy pouziva 26 sifrovych abeced, cimz dosahuje vyssi kvality sifrovani.
Tuto sifru pouzival pro vojenskou komunikaci Julius Caesar a popsal ji v Zapiscich o valce galske. Caesar pouzival posun o tri mista, obecne je ale za Caesarovu sifru oznacovano jakekoli sifrovani na principu prosteho posunu pismen (znaku) o konstantni hodnotu. I kdyz je tato sifra z dnesniho hlediska snadno rozlustitelna a pro jednoduchost sifrovani/desifrovani byva casto pouzivana detmi, Julius Caesar ji s uspechem pouzival pri svych vojenskych tazenich. Pro ’vazne’ ukoly se tato sifra dnes neuziva a slouzi pouze k skolnim demonstracim slabin jednoduchych substitucnich sifrovacich systemu. Hlavni a neodstranitelnou slabinou teto sifry je, ze kazdy konkretni znak zdrojoveho textu odpovida jednomu konkretnimu znaku sifrovaneho textu, tj. napr. u klice cislo 3 pismeno ’A’ zdroje odpovida vzdy pismenu ’D’ sifrovane zpravy.
Napoveda pro zjisteni souradnic:
Klic je F
Klic je 1 5 9 8 6 3 4 7 8 2 9 4 2 3 6 8 5 1 7 9 3 2 1 4 7 8 9 3 2 1 5 4 7 8 3 6
Zdroj: wikipedia