Historie šifrování

Historie šifrování je nejen úzce spojená s historií zpravodajských technik, ale se s ní i často prolíná. Evropský racionalismus, postupné zvyšování gramotnosti a poměrná jednoduchost písma vedli k tomu, že úloha šifrování posílaných a "uskladňovaných" zpráv postupně nabývala stále větší význam. V ostatních kulturách máme jen sporadické zprávy o používání šifrování.

Z Činy máme první zprávy o šifrování v podobě malé tabulky kódů a z 11. století. V Indii se šifrování těšilo očividně větší popularitě. Ve známé Kámasutře se mezi šedesáti třemi uměními, které si má osvojit každé děvče, pokud chce dokonale ovládat umění milovat, na 43. místě uvádí: "Vyznat se v tajných písmech a tajných znaků".

V Indii, i když nepřímo, má původ samotné slovo šifra. Původně šlo o slovo s úplně jiným významem. Přesněji, při přebírání číslovek Arabů od starověkých Indů přeložili Arabi i sanskritské označení sunya pro nulu. Toto slovo znamenající prázdný přeložili Arabi doslovně jako as-sifr. Jako významové varianty tohoto slova při překládání děl Aravů do latiny se používali slova zephirium, cifra anebo figura nihil. Ve francouzštině z toho vzniklo chiffre. Zatím stále hovoříme o označení pro nulu. Ve 13. stol. se nula nazývala "kroužek" (?) nebo "cifra". Toto označení můžeme ojediněle nalézt ještě v 18. století. V 15. a 16. století se asi vzhledem na významné postavení nuly v probíraném pozičním zápise čísel, označení cifra pro nulu postupně zdomácněla jako označení pro všechny ostatní číslice používané při zápise. Nakonec, na tu dobu i pravděpodobně tajuplná úloha nuly při zápise čísel vedla k tomu obsahu slova šifra, jak ho známe dnes.

Pokud se vrátíme našemu tématu, tak historie praktické kryptografie pravděpodobně začíná až (a opět) u starých Řeků. V 7. st. př. n. l. používali ve Spartě první známou mechanickou pomůcku na šifrování - skytalé. Doslovně to znamená palici, kterou byli vyzbrojení spartští stratégové na vojenských výpravách. Palice rovného průměru zůstala u sparťanských eforů doma. Skytalé se používala na doručování tajných zpráv takovým způsobem, že na palici se navinul kožený proužek, na který se později napsala zpráva. Po napsání se proužek svinul a napsaná zpráva se dela přečíst jen po navinutí na palici toho stejného průměru.

V r. 360 př. Kr. napsal Aineias Taktikos dílo Taktika o vojenském umění. V části Poliorketika uvádí 16 různých šifrovacích metod. Jedna z těchto uvedených metod je založená na tom samém principu jako dnes známá morseovka a druhá používá nahrazení znaků řecké abecedy čísly. Tato poslední transformace je prakticky základem matematické manipulace v dnešní kryptografii.

Z dalších antických metod uveďme Polybiův loučový dalekopis. Byl to asi první prakticky používaný "telegrafický kód", který umožňoval vysílat i dopředu nedomluvené zprávy. Byl založený na následující tabulce:

Vysílání probíhalo po písmenech tak, že na viditelném místě stáli za dvěma neprůhlednými panely loučonosoči, kteří po začínajícím pohotovostním signálu přijímané strany začali "vysílat". A to tak, že nejprve se nad levým panelem objevilo tolik loučí, jaké je pořadové číslo sloupce, v kterém se nachází první vysílané písmeno, a potom se nad pravým panelem objevil takový počet loučí, který odpovídal číslu jeho řádku. Takto se dále odvysílalo druhé písmeno, třetí, atd.

Polybiovo čtvercové schéma má velkou výhodu v tom, že je poměrně flexibilní a umožňuje velkou variabilitu.

Antický Řím nebyl velmi nakloněný šifrování. Preferoval ochranu listin pečetěním, zvykem, který dodnes přežívá. Naproti tomu se toto období zapsalo do dějin kryptologie prostřednictvím Julia Cézara. Cézar v korespondenci při některých příležitostech používal jednoduchou šifru, kde každé písmeno nahradil písmenem, které v abecedním pořadí leží v abecedě tři písmena za ním. Tak například známé VENI, VIDI, VICI by v Cézarově listě mohlo nabídnout tvar AHQL, ALGL, ALFL. Na tu dobu to byla prakticky nerozluštitelná šifra, až když ji neprozradil Cicero, když přešel do tábora Cérarových protivníků. Cézarův následovník Augustus změnil posuv na jeden, tj. nahradil každé písmeno písmenem bezprostředně za ním jdoucím v abecedním pořadí. Tímto kryptografická aktivita v antickém Římě v podstatě kulminovala.

Obdoba Cézarovy myšlenky se však už objevila na jiném místě předtím - byl to hebrejský atbaš. V této šifrovací metodě je první písmeno abecedy nahrazeno posledním, druhé předposledním atd. a naopak. Název atbaš je odvozený od toho, že první písmeno hebrejské abecedy alef je nahrazené posledním písmenem tav, druhé bet je nahrazené předposledním sin. Projevy tohoto šifrování (i když zatím nevyjasněno proč) najdeme ve Starém testamentu.

Za další vývoj v kryptologii vděčíme Arabům. Arabi se jako první začali věnovat kryptoanalýze. V r. 1412 dokončil Shiha A¨l-Din Abu 'l-' Abbas Ahmad ben 'Ali ben Ahmad' Abd Allah al-Qalqashandi svoji 14 svazkovou encyklopedii Subh al-a 'sha. Ta byla určená pro úředníky jako systematický přehled o všech důležitých oblastech lidských vědomostí a obsahuje i rozsáhlou informaci o kryptologii.

Moderní evropská kryptologie povstala na rozvoji moderní diplomacie. Zprávy vyslanců byly otevřené, čtené a podle potřeby podrobené kryptoanalýze. Koncem 15. století se stala kryptologie pro většinu významných států natolik vítaná, že začali zaměstnávat šifrovacích úředníků na plný úvazek.

V prostředí italských městských států měli v tomto období významné postavení Benátky, v jejichž službách, od r. 1506 ve funkci šifrovacího sekretáře, stála tehdejší hvězda na poli kryptologie Giovanni Soro považovaný za prvního velkého evropského kryptoanalytika. V r. 1510 se na něj obrátila dokonce největší kryptologická konkurence Benátek - papežská stolice s textem, který v Římě nedovedli rozluštit.

Za otce evropské kryptologie je často označovaný Leon Battista Alberti. Alberti se na podmět papežského sekretáře Leonarda Datu začal věnovat otázkám šifrování. Albertiho 25 stránková práce napsaná v r. 1466 je první práce v západní Evropě věnovaná kryptoanalýze. Postřehnul, že frekventační analýza textu vede k rozluštění monoalfabetických šifer, Tento poznatek ho vedl k objevu polyalfabetických šifer, které nejvýše kombinoval se zašifrováním kódovaných slov. Technika šifrování kódovaných slov upadla prakticky do zapomnění a byla vzkříšená až v druhé polovině 19. stol.

To, že v diplomatických stycích v 16. století bylo šifrování důležitých posílaných zpráv běžná technika utajování, dokazuje skutečnost, že koncem 16. století už máme k dispozici více zpráv o šifrovací aktivitě na evropských dvorech. Uveďme tři z mnohých epizod tohoto období.

Píše se rok 1586. Marie Stuartovna připravuje prostřednictvím vnějších spojenců spiknutí proti Alžbětě. Co však netuší je, že naproti všem bezpečnostním opatřením, prochází všechny propašované a kvůli jistotě šifrované listy jdoucí od ní a k ní přes ruky prvního velkého anglického kryptoanalytika Thomase Phelippese. K listu Marii stuartovně ze 17. července byla dokonce připsaná (samozřejmě správně zašifrovaná) otázka o upřesnění jmen šesti spojenců, kteří mají úkladně zavraždit Alžbětu.

V r. 1589 právník Francois Viete, kterého nazýváme dnes otcem algebry, byl poradce v tom roce na francouzský trůn nastoupivšího hugenotského krále Henryho IV. Henry vedl nelítostný boj s katolíky v zemi, kterou podporovalo katolické Španělsko. Vietovi se podařilo nejen rozluštit šifru, kterou tito spojenci používali v kontaktu mezi sebou, ale uměl i číst i šifry, které používali Benátčané a mnohé další. Takto se Viete stává jedním z prvních významných matematiků, kteří aktivně působili v "šifrovacích" službách.

Píše se duben 1628. Královská armáda obléhá hugenoty v malém jihofrancouzském městečku Realmonte. Ti se však tvrdošíjně brání. Jednoho dne vojáci chytili obyvatele města se zašifrovanou zprávou. O pomoc při jejím rozluštění byl požádán Antoine Rossignol, který byl známý tím, že se ve volném čase věnuje luštěním šifer. Rossignolem rychle rozluštěná zpráva žádající o pomoc byla vrácená obyvatelům bránícího města. Opevněný Realmont se 30. dubna 1628 obratem vzdal.

První tištěná kniha s kryptoogickým obsahem vyšla v r. 1518 od známého benediktýnského mnicha Johanna Trithemia. Tu v páté knize jeho souboru šesti knih Polygraphiace libri sex je zavedená tzv. "tabula recta", která je základem pro polyalfabetické šifry. Tato čtvercová tabulka v naší 26 písmenné latince měla takovýto tvar:

V jednom jejím použití postupoval při šifrování tak, že první písmeno textu zašifroval pomocí prvního řádku, druhé pomocí druhého atd. Po použití posledního řádku použil znovu první řádek (zanedbáváme diakritiku):

V r. 1553 vyšla brožura La cifra, kterou napsal Giovan Bastista Belaso. V ní Belaso zvětšil možnosti použití předcházející myšlenky tím, že navrhnul používání klíčového slova nebo fráze. Už se nepostupuje tak, že řádky z tabulky se berou postupně, ale berou se jen řádky, které jsou určené písmenem hesla. Například při použití heslo HESLO a zašifrováním slova zelenina dostáváme:

V tomto případě už začínáme pociťovat úlohu a význam klíče v nějaké šifrovacím systému. Výhoda klíče je zřejmá. Jeden a ten jistý systém můžeme podle potřeby variabilně měnit. To už není daleko od myšlenky, vytvořit takový systém, ve kterém by byla klíčem samotná zpráva. Takovýto autoklíč navrhnul Blaise de Vigenere ve své knize Traicté des Chiffres, která vyšla v r. 1586. Vigenerova myšlenka byla takováto: obě dvě komunikující strany mají dohodnuté jedno jediné písmeno například S. Do vrchního řádku napíšeme toto písmeno následované textem, který chceme zašifrovat. Do druhého řádku napíšeme pod to šifrovaný text a dále postupujeme předcházejícím způsobem. Pro předcházející heslo takto dostaneme:

Dnes je s Vigenerovým jménem spojená (kryptologicky) omnoho jednodušší šifra, kterou dostaneme z Belasova systému použitím jednoslovného klíče.

Bohužel, tak jako Vigenerův autoklíč, i Belasova polyalfabetická šifra upadla, alespoň navenek, do zapomenutí na 300 roků. Důvodem byla pravděpodobně větší pracnost při šifrování i dešifrování.

Kryptologie se takto postupně profilovala jako neoddělitelná součást vojenské a politické diplomacie. Každý přední evropský trůn měl na přelomu 16. a 17. století šifrovací kancelář. Ta v Paříži založená kardinálem Richelieu spočívala na osobě vzpomínaného Antoinea Rossignola. Jedna z nejlepších v Evropě okolo roku 1700 byla například Geheime Kabinets-Kanzlei ve Vídni. V anglické black chmaber neúčinkoval nikdo menší, než John Wallis, největší anglický matematik před newtonovské éry.

Další rozvoj kryptografie byl stimulovaný objevem telegrafu a pokrokem techniky. Telegraf si vynutil její používání a rozvoj techniky umožnil výrobu do tehdy nerealizovatelných mechanických zařízení. Z hlediska dějin telegrafie a telegrafních kódů není bez zajímavosti vzpomenout na tomto místě světelný telegraf a binární telegrafický kód Bratislavana Jozefa Chrudého (mimochodem autora první opery v Uhersku).

V teoretické rovině nastal v kryptologii obrat v roce 1863, když důstojník pruské armády Friedrich W. Kasiski uveřejnil v knize Die Geheimschrifften und die Dechiffrierkunst metodu na řešení polyalfabetické šifry prostřednictvím nalezení její periody a následným zredukováním na monoalfabetickou šifru. Netrvalo dlouho a kryptologové věděli, že ani polyalfabetická šifra s periodickým klíčem není bezpečná, pokud klíč není zhruba tak dlouhý jako samotná zpráva. Další přelom udělal Auguste Kerckhoffs svojí knihou La Cryptographie militaire. Kerckhoffs našel metodu, jak rozluštit všeobecnou polyalfabetickou šifru s neperiodickým klíčem, pokud byl použitý několikrát.

V první třetině 20. století byla myšlenka sériového spojení monoalfabetických substitucí realizovaná prostřednictvím mechanických zařízení, kterých typickým představitelem jsou rotorové šifrovací stroje. Rotorové zařízení dali možnost realizovat všeobecně velmi kvalitní šifrovací systémy a byly používané pro "důležité" cíle do padesátých let. Jejich princip spočíval v tom, že vzájemně koordinovaným pohybem několika rotorů docházelo k neustálé změně použité substituce. Tento jejich vzájemný pohyb mohl dokonce záviset i na samotném šifrovaném textu. Nevýhoda takového "mechanické" implementace uvedené myšlenky spočívala v technické omezenosti a s tím spojenou předvídatelností vzájemného pohybu rotorů. Pokrok současné techniky umožňuje implementovat tuto myšlenku na mikroprocesorech, přičemž vzájemný pohyb programem simulovaných "rotorů" může být řazený například generátorem pseudonáhodných čísel. Navíc, při programovém simulaci rotorů nedělá problém jejich řazení, které může být takto lehce měněné apod. V všechno spolu otevřelo nové možnosti pro tuto kryptografickou techniku. Nové možnosti pro kryptografii otevřela i nová myšlenka systémů s veřejným klíčem.

Historie kryptologie v 20. století byla však poznamenaná dvěma světovými válkami a studenou válkou po druhé z nich. Při tradičních kryptologických centrech na evropském kontinentě povstala nová kryptologická velmoc - Spojené státy severoamerické. Při jejich formování sehráli významnou roli dva z nejznámějších kryptologů v tomto století Herbert Osborne Yardley a William Frederic Friedman, rodák z Kišineva. Yardley "začal" svoji kryptologickou kariéru tím, že jako telegrafista v ministerstvu zahraničních věcí "běžně" četl šifrovanou korespondenci Bílého domu. Jako šéf tzv. černého stanu rozšířil mnoho důležitých šifer, včetně japonských. R. 1931 naivní ministr zahraničních věcí H. Simson zrušil tuto instituci se slovy Džentlmeni nečtou cizí listy. Yardley byl jedna z nejrozpornějších postav v této oblasti. Druhý z nich, Friedman se rozhodujícím způsobem přičinil o rozluštění tzv. purpurového kódu, který začali používat Japonci před zahájením druhé světové války. Dnes, kdy už byla otevřena většina západoevropských archívů, mnohé historky z bojů na "tajných" frontách se snad stanou v hlavních rysech veřejně vyjasněny. Záhada nejznámější z nich je ta okolo německého šifrovacího stroje Enigma.

Boj špionážních agentur probíhal i na jiných úrovních a mezi dalšími státy. Například před izraelsko-egyptskou válkou se podařilo izraelské rozvětce zjistit šifry egyptských vojenských jednotek. V okamžiku, kdy v Nubijské poušti startovali první izraelská letadla, vysílali izraelské centrály podvrhnuté rozkazy, které vyvolali chaos v útvarech egyptské armády a přispěli tak k takřka úplné likvidaci leteckých jednotek.

V období studené války byla kryptologická aktivita (nejen) mezi velmocemi přirozeně rozsáhlá a probíhala na mnoha úrovních. Při známých osobnostech, jakým byl například Abel, který pracoval v Spojených státech ve prospěch Sovětského svazu, anebo E. Cohn z Izraele, který pracoval s Sýrii, v jeho prospěch "pracovalo" mnoho neznámých spolupracovníků zpravodajských služeb usilovně po celé zeměkouli. O mnohých se dozvídáme jen díky nádechu senzačnosti okolností. Za mnohé uveďme heslovitě dvě:

1) Případ americké lodě Pueblo, která byla "chycená" severokorejskými loděmi před břehy Koreje.

2) Odhalení protistátní aktivity bratra Billyho tehdejšího prezidenta Jimmyho Cartera ve prospěch Libye díky tomu, že National Security Agency uměla číst Libyjský kód.

Zpět k přehledu