Представьте себе такую ситуацию. Благодаря выдающимся профессиональным познаниям и незаурядным программистским способностям вас выдвинули на должность руководителя большой группы сотрудников, занимающихся разработкой суперновейшего и пока еще секретного Мини-компилятора для ЭВМ УМ-1 (см. гл. 27 и 25). Как-то раз, уходя со службы около часу ночи (руководитель должен подавать хороший пример), вы замечаете торчащий в дверях измятый клочок бумаги (содержание которого воспроизведено на рис. 24.1). Сначала вы решаете, что это запись содержимого памяти машины, и уже собираетесь выбросить бумажку. Но, присмотревшись повнимательнее, замечаете, что буквы собраны в группы по пять, — очень странно для УМ-1. Что бы это могло быть?

ЖНФЖП ЕЕЫШВ ЛПЖАТ ГФБЦМ КЖЬЗА ЮЪИВУ ЩЖРСЮ БЬЬКЬ ЫЕСУУ ЦТЮБШ УНЭДДО ЭЭШЮЗ УЬЕКН АУЕЫЩ ШЖРЬЙ ЛЮПКН ДЙЯГЭ ЪНЫГЖ ОУШИШ УФГБР ШМАГВ ВУВОС ЗХЧИУ ГНЛАЯ ЬЬКИЯ РЦЖРЫ АХЪБИ ЖГЭЯЦ СЪУЫФ ЯРМЭФ ЧФЬЩС ЬФШВЕ ОМКТИ МБЭВЪ КФХЙЦ ХНЪЮЪ МФЛБИ МРУЛМ ЯЗФЧЪ ЪЧЗНК ЗНИВЯ НШГЛЩ ИЛЗНФ ФУЖКН ДЙЯГЭ ЕУЮЛЛ ЮЖНЯИ ЕМДЙШ ГЯУГВ ЦФЩВЮ МФАГЯ ВХМЭВ ВФПГФ ФЖККГ ЦМЛЫБ ШМПУЕ ШЖЯЯЮ ЯРЧВЪ ЖУПВМ КЛЫЭС ЭЧИРЫ ГЫЩЗЗ ЗКЖЛЕ ШВРЪЧ ЪААЖЗ ДХЪФС БРНМЪ КЫБЪФ УНЦЮБ ТЖУНЯ ЕШИМУ КФВГВ ГЧМЗВ ЗРВМЪ ЪЕЕТО ЯЦБЖГ ВИЖМД КЗЗПА ФЯВНР ЫГЮЩЭ ЯЫДОЪ ЧНГВЫ АХЪВЛ НШАПВ ЧОЬОЙ КЮАШО КЗЛЩУ ШЯРНЗ ГХЛТЮ ЖЫШШГ ППЬЫШ АЬФМА ФЕЙЗА ЙШЕУЭ ЖЛЗИЗ НЖККР ЦЯДЧК НДЙЯГ ЭБФЬА ВБЭКЗ ФКЫТВ ЛЕЪЭЯ ЛЭЩЗН ФХГЧК ТКЫЮЗ ЗЪУЖА ПВЧОЬ ОЙКЕС ЛЗАЮЪ ИВУНЫ БКЗВЯ ЪГОСЩ ЛБЬГМ ЯВЗГЬ КШЪГЙ ЕНПСМ ЭВГОГ ЧСОРГ ЩОЦМВ ДГЩКЧ ЮЗВЗК ЦЧЯРЧ ВЪЖФЫ ЕЛЖАЪ УССХР УОЬЫЕ ЙГЫОТ УЕАГЖ ГЫСЩИ ЯРВТЮ ДЖНЛГ ЦМЗЬЪ ЯИЦТР ЕМИКЦ ЩВЦОР ЛХМХЖ БРЬПУ ГВЯРЬ ПМЯЖЖ РЧПШЪ ЧУВГЧ СЕЕГЦ ЬПЗДМ ОЬОЧЗ КВУФЯ УПОХЪ ГЪЭЯЖ ВЖФ

Рисунок 24.1. Таинственная записка, найденная в вычислительном центре. Случайное вкрапление русских слов, например ШИШ или ОЙ, по-видимому, ничего не означает. Но обратите внимание на повторение сочетаний ЗАЮЪИВУ, ЬЬК, других коротких сочетаний, а особенно на повторяющуюся группу букв КНДЙЯГЭ.

Снова возвращаетесь в свой кабинет, пытаясь решить загадку. Бумага отменная, слегка пахнет мускусом; почерк явно женский и веет от него этаким французским шармом. Теперь, по здравом размышлении, новая сотрудница мисс Хари начинает казаться вам, пожалуй, немножко слишком экзотичной. Ее французский акцент, неизменное черное платье для коктейля, нитка черного жемчуга, подчеркивающая декольте, и этот будоражащий запах мускуса, наполняющий комнату, когда она туда входит… Она говорит, что работала раньше в региональном вычислительном центре Мак-Дональда в Киокаке. Что-то тут не так. Подождите… Неужели мисс Хари шпионит в пользу знаменитой французской фирмы И Бей Эм? А эта записка — шифровка, в которой все секреты вашего новейшего чудо-компилятора? Чтобы уличить мисс Хари, записку нужно расшифровать. Но как? Может, обратимся за помощью к компьютеру?

ЭВМ, безусловно, может оказать помощь, иначе Управление национальной безопасности просто пускает на ветер деньги налогоплательщиков, закупая такое количество техники. Для начала необходимо как следует присмотреться к секретному сообщению. Возможно, что найденная записка была зашифрована при помощи простой подстановки, т. е. каждая буква первоначального текста была заменена какой-либо другой буквой согласно некоторому правилу шифрования. Сообщение, подвергшееся зашифровке, называется исходным текстом, а в результате получается шифрованный текст. Задача состоит в том, чтобы восстановить исходный текст и правило шифрования (последнее нужно лишь в том случае, если могут появиться другие сообщения, зашифрованные по тому же правилу). Будем предполагать, что исходный текст написан по- русски[39]. Разбиение шифрованного текста на группы по пять букв скрывает, по-видимому, исходную структуру текста, разбитого на слова, которая была бы весьма ценной подсказкой, облегчающей расшифровку[40].

В простейшем общем классе подстановочных шифров для построения правила шифрования используется некоторый смешанный алфавит, например перестановка обычного алфавита. На рис. 24.2 показан полный исходный алфавит, смешанный алфавит и шифрование короткого сообщения, в котором каждая буква заменяется соответствующей буквой смешанного алфавита. Всякий, кто увлекается головоломками из воскресных газет, знает, что зашифрованные такой подстановкой тексты расшифровываются до смешного просто: сообщения из 30 или 40 букв зачастую оказывается для этого вполне достаточно. Тем не менее слегка усовершенствовав эту систему, можно сделать ее значительно более надежной.

АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ

ЗУШВЬЯЖЩКГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕР

ПОПРОБУЙТЕ ПРОЧИТАТЬ КРИПТОГРАММУ ТОЧКА

ЪПЪЫПУОГЮЯ ЪЫПТКЮЗЮХ ЛЫКЪЮПВЫЗММО ЮПТЛЗ

Рисунок 24.2. Простая подстановка по смешанному алфавиту. Обратите внимание, что точка заменена словом ТОЧКА.

На рис. 24.3 изображен квадрат Виженера, построенный на основе смешанного алфавита, приведенного на рис. 24.2. Сверху и по левому краю квадрата выписан исходный алфавит. В первой строке квадрата представлен смешанный алфавит. Во второй строке тот же алфавит циклически сдвинут на одну позицию, при этом первая буква переместилась в правый конец строки. Квадрат состоит из 32 смешанных алфавитов, полученных из одного смешанного алфавита, каждому из них соответствует та буква исходного алфавита, которая записана слева от него. На рис. 24.4 показано шифрование фразы при помощи ключевого слова ЛИСП и данного квадрата. Ключевое слово многократно записывается под исходным текстом, и каждая буква исходного текста шифруется при помощи смешанного алфавита, соответствующего той букве ключевого слова, которая стоит под данной буквой исходного текста. Эта схема шифрования уже не поддается раскрытию при помощи простого подсчета частот букв, поскольку одна и та же буква исходного текста шифруется по-разному в зависимости от выпавшей на нее буквы ключевого слова. Кроме того, выбрав заранее список ключевых слов и порядок их смены, отправитель и получатель могут повысить секретность переписки, поскольку разным сообщениям будут соответствовать разные ключевые слова, благодаря чему затрудняется анализ, основанный на частотах букв. Тем не менее не так уж все это безнадежно.

  АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ

А ЗУШВЬЯЖЩКГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕР

Б УШВЬЯЖЩКГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗ

В ШВЬЯЖЩКГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУ

Г ВЬЯЖЩКГЛФМДПЪЫШООСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШ

Д ЬЯЖЩКГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВ

Е ЯЖЩКГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬ

Ж ЖЩКГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯ

3 ЩКГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖ

И КГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩ

Й ГЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩК

К ЛФМДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩКГ

Л ФМДПЪЬНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩКГЛ

М МДПЪЬНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩКГЛФ

Н ДПЪЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩКГЛФМ

О ПЪЫЮООСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩКГЛФМД

П ЪЫНЮОСЙЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩКГЛФМДП

Р ЫНЮОСИЙТЧБАЭХЦЕРЗУШВЬЯЖЩКГЛФМДПЪ