ŽDU

Prečo správy šifrujeme?

Milé deti, predstavte si situáciu, kedy Janko chce poslať tajnú správu svojmu kamarátovi Jurkovi tak, aby ju nikto okrem Jurka neprečítal. Pri tvorbe takejto šifrovanej (zamaskovanej) správy musí Janko zvoliť nejaký spôsob alebo metódu, ako správu z čitateľnej podoby pretvoriť do nečitateľnej (zašifrovanej) podoby. Tento postup označujeme šifrovaním a veda, ktorá sa metódami šifrovania zaoberá sa nazýva kryptológia.

Slovo kryptológia vzniklo z gréčtiny a znamená: kryptós - skrytý a logo - náuka. Kryptológia je vlastne zbraň, ktorá je štítom v boji proti nepriateľom na pomyselnej informačnej "diaľnici". Šifry sa používajú od nepamäti a cieľom vždy bolo nájsť takú šifru, ktorú by nezasvätený nemohol rozlúštiť.

História šifrovania je dlhá viac než 4000 rokov a behom storočí sa udiali veľmi zaujímavé a poučné príbehy. Vojvodcovia, králi a cisári pomocou šifier "skrývali" svoje úmysly, plány pred zvedavými očami nepriateľov. Školáci si pomocou šifier posielali zašifrované odkazy. V súčasnosti sa šifry využívajú v tak bežných technických prostriedkoch, ako napr. rádiové a televízne vysielače, počítačové, satelitné siete, mobily, apod. Moderná doba nám teda priniesla a naďalej prináša ďalšie výzvy a kryptológii vtlačila novú úlohu. Úlohu všestranného informačného ochrancu dát pre všetky oblasti využitia počítačových technológií.

Niečo z histórie šifier

Rozvoj umenia tajného písma a šifier nastal v oblasti výskytu veľkých civilizácií a to v Mezopotámii a Egypte. V oblasti pri rieke Níl sa našli prvé hlinené tabuľky obsahujúce prvé netradičné hieroglyfy namiesto obvyklých hieroglyfov, čím sa text pre bežného čitateľa stal zašifrovaným. Majster pisár ich zhotovil okolo roku 1900 pred naším letopčtom. Ďalší nález jednoduchých šifier pochádza z Mezopotámie (približne v roku 1500 pred naším letopočtom). Boli to záznamy hrnčiarov, ktorí týmto spôsobom chceli utajiť svoje recepty na výrobu glazúr.

Jedna z prvých šifier (netradičné hieroglyfy) Obr. 1 Jedna z prvých šifier (netradičné hieroglyfy)

Jednoduchú šifru, nazývanú atbaš používali aj Hebrejci a to v roku 600-500 pred naším letopočtom. V tejto šifre je prvé písmeno abecedy nahradené posledným, druhé predposledným atď. a naopak. Prejavy tohto šifrovania nájdeme aj v Starom zákone. V hebrejskej literatúre sú známe podobné ďalšie dve šifry: albam a atbah.

Ako vniklo slovo šifra a čo to znamená šifrovať správu?

Slovo šifra má pôvod v Indii, ak keď pôvodne išlo o slovo s úplne iným významom, ktoré označovalo číslicu nula a neskôr všetky arabské čísla. Slovo šifra postupne vniklo zo slov zephirium (z arabčiny) alebo chiffre (z francúzštiny). Až od 16. storočia je obsah slova šifra taký, ako ho poznáme dnes.

Čo to vlastne je šifrovanie? Vysvetlíme si to na obrázku číslo 2. Nech je Janko odosielateľ, ktorý chce poslať zašifrovanú správu svojmu kamarátovi Jurkovi. Jurko je teraz prijímateľ správy. Janko aj Jurko musia byť dohodnuí, aký šifrovací algoritmus budú používať (ten môže byť známy aj iným účastníkom prenosu) a tiež musia byť dohodnutí na šifrovacom kľúči, ktorý musia udržať v tajnosti (nesmú ho nikomu prezradiť). Kľúč by mal byť kvôli zvýšeniu bezpečnosti pre každú správu iný (mal by sa meniť). Janko zašifruje správu pomocou šifrovacieho algoritmu a kľúča, čím vznikne šifra alebo šifrovaná správa. Jurko dešifruje prijatú zašifrovanú správu pomocou dohodnutého tajného kľúča a dešifrovacieho algoritmu, čím vznikne pôvodná správa. Dešifrovanie je teda inverzný (opačný) proces ku šifrovaniu. Takémuto systému hovoríme, že ide o systém s tajným kľúčom, lebo kľúč je len jeden (rovnaký pri šifrovaní a dešifrovaní) a používa sa pri šifrovaní aj dešifrovaní.

Proces šifrovania a dešifrovania Obr. 2 Proces šifrovania a dešifrovania

História praktickej kryptografie

Šifrovanie sa v minulosti využívalo prevažne počas vojen alebo na ochranu tajných dokumentov. História praktickej kryptografie sa pravdepodobne začína u starých Grékov. V 7. stor. p. n. l. používali v Sparte prvú známu mechanickú pomôcku na šifrovanie - skytalé (obr. 3). Doslovne to znamená palicu, ktorou boli vyzbrojení spartskí stratégovia na vojenských výpravách. Palica rovnakého rozmeru zostala u spartských eforov doma. Skytalé sa používala na doručovanie tajných správ takým spôsobom, že na palicu sa navinul kožený prúžok (obr. 4a), na ktorý sa pozdĺžne napísala správa. Po napísaní sa prúžok zvinul (obr. 4b) a napísaná správa sa dala prečítať len po navinutí na palicu toho istého priemeru.

Mechanická pomôcka - skytalé Obr. 3 Mechanická pomôcka - skytalé
Navinutie koženého prúžku - šifrovanie Obr. 4a Navinutie koženého prúžku - šifrovanie
Zvinutie koženého prúžku - vznik zašifrovanej správy Obr. 4b Zvinutie koženého prúžku - vznik zašifrovanej správy

Okrem starého Grécka sa šifry používali aj v starom Ríme. V roku 60-50 pred našim letopočtom Július Cézar používal jednoduchú šifru, ktorá nesie po ňom aj pomenovanie. V Cézarovej šifre sa každé písmeno nahradí písmenom, ktoré v abecednom poradí leží tri písmena za ním. Na tú dobu to bola prakticky nerozlúštiteľná šifra, jednoduchá a účinná. Historici hovoria, že Július Cézar využíval svoju šifru aj pri ľúbostnej korešpondencii (písaní listov) svojej láske Kleopatre (Obr. 5).

Cézar píše zašifrované listy Kleopatre Obr. 5 Cézar píše zašifrované listy Kleopatre

Ak by sme si chceli vyskúšať zašifrovať text STRETNEME SA PRED SKOLU, ktorý je napísaný v tzv. telegrafnej abecede s medzerou a bez diakritiky (bez dĺžňov a mäkčeňov), tak by výsledok pri posuve o tri znaky doprava bol nasledujúci (obr. 6).

Šifrovanie pomocou Cézarovej šifry Obr. 6 Šifrovanie pomocou Cézarovej šifry

Zaujímavý spôsob šifrovania ponúka Jules Verne vo svojej knihe 800 míľ po Amazone: pre napísaný text je zadané číslo napr. 5879. Ak chcete text zašifrovať, musíte k prvému znaku pridať 5 znakov, k druhému 8, k tretiemu 7 ku štvrtému 9, k piatemu 2 a zasa odznova - k šiestemu 5 atď., ak prídete k z, pokračujete od a. Napr. text AHOJ by sa v telegrafnej abecede bez medzery zašifroval ako FPVS. V ďalšej knihe Nový gróf Monte Christo ponúka ten istý autor šifrovanie pomocou Cardanovej mriežky. V štvorci sú napísané znaky zdanlivo bez logického usporiadania (prípadne môžu mať aj zmysel). Pokiaľ chceme správu rozlúštiť potrebujeme mriežku, ktorá má niektoré okienka vystrihnuté. Po priložení na papier sa zbytočné znaky skryjú a cez okienka môžeme prečítať vylúštený text. Text možno prípadne prehodiť od konca alebo skombinovať s iným spôsobom šifrovania. Zvyčajne je mriežka vytvorená tak, že po každom otočení o 90° sa vystrihnuté okienka dostanú nad ešte neodkryté znaky, ktoré sú pokračovaním správy. Rozšifrovať správu bez kľúča hociktorým z týchto postupov bolo náročné, ale pokiaľ ste poznali spôsob a vedeli trošku kombinovať nie nemožné.

Mechanické a elektronické šifrovacie stroje

V r. 1790 americký minister zahraničných vecí Thomas Jefferson vynašiel mechanický šifrátor, ktorému sa hovorí Jeffersenov valec (Obr. 7). Pozostáva z 26 rovnakých koliesok, ktoré sú nasunuté na spoločnú os a tak vytvárajú valec. Na obvode jednotlivých koliesok sú napísané všetky písmená abecedy v rozhádzanom poradí. Pri šifrovaní sa jednotlivé kolieska proti sebe otáčajú tak, že nakoniec dávajú vo zvolenom riadku na obvode valca požadovanú správu. Šifrovaný text sa prečíta z riadku nasledujúceho alebo z iného vybraného z 26 možných. Kolieska boli číslované a mohli byť menené alebo poprehadzované.

Jeffersonov valec Obr. 7 Jeffersonov valec

V r. 1923 vznikla najznámejšia z elektromechanických rotorových strojov - nemecká Enigma (Obr. 8). Je založená na vynálezoch Huga Kocha a Arthura Scherbiusa a má mnoho variant. Vo variante A bola predstavená už v r. 1923 ako komerčné zariadenie na medzinárodnom poštovom kongrese v Berne. Počas 2. svetovej vojny bola používaná v rôznych variáciách predovšetkým nemeckou armádou. Po druhej svetovej vojne nastáva obdobie, kedy vznikajú desiatky najrôznejších mechanických a neskôr elektromechanických šifrovacích strojov. Tie sa používajú až do 70. rokov.

S počítačmi nastúpila nová éra šifrovania. Pôvodné postupy boli vďaka "obmedzenému" množstvu možností zavrhnuté a hľadali sa postupy, ktoré by priniesli tak veľký počet kombinácií, že by ich počítač nedokázal skontrolovať v reálnom čase (niekoľko dní resp. rokov). Po zapojení počítačov do lúštenia sa postup neuveriteľne zrýchlil, pretože ide vlastne len o nájdenie všetkých možných (zvyčajne existujú rôzne "urýchlenia") kombinácií a vyhľadanie správnej. Zistiť kombinácie je pre počítač hračkou, určenie správnej sa zvyčajne robí tak, že "vykombinované" slová sa porovnávajú so slovnou zásobou určeného jazyka. Počítač nevie, či slová, ktoré získal rozšifrovaním sú správne, preto ich potrebuje porovnať so skutočnými.

Šifrovací stroj Enigma Obr. 8 Šifrovací stroj Enigma

Kde sa stretávame so šifrovaním dnes?

So šifrovaním sme sa v minulosti stretávali najmä v oblasti diplomacie, vojenských a špionážnych služieb. Dnes sa šifrovanie stáva bežnou súčasťou každodenného života. Tak ako to ukazuje obr. 9. so šifrovaním sa môžeme stretnúť všade tam, kde sa používajú informačné a komunikačné systémy s pracovnými stanicami (PC, Laptopy), servery a siete.

Bežný smrteľník sa so šifrovaním stretne asi najskôr pri posielaní elektronickej pošty, kde zvyčajne môžete nastaviť, či informácie sa budú posielať bežným spôsobom (a pokiaľ ich niekto "odchytí" bude ich mať k dispozícii v čitateľnom tvare) alebo sa budú šifrovať.

Moderné oblasti šifrovania Obr. 9 Moderné oblasti šifrovania

Je veľmi dôležité si vedieť ochrániť aj svoj personálny počítač, najmä, ak je pripojený na Internet. V súčasnosti sa touto problematikou zaoberá odbor počítačová bezpečnosť. Čo všetko môžeme použiť na ochranu svojho počítača je schematicky znázornené na obr. 10. Je to v prvom rade antivírusový program, ktorý chráni naše dáta pred rôznymi vírusmi, ďalej je dobré keď, používame pri pripojení PC do Internetu firewall - tzv. bránu, ktorá odfiltruje všetky "škodliviny", a tým chráni náš počítač. Šifrovanie môžeme použiť pri elektronickej pošte alebo môžeme zašifrovať dáta ako celok harddisku.

10 Ako chrániť svoj počítač Obr. 10 Ako chrániť svoj počítač

Milé deti, k tomu, aby ste pochopili všetky tajomstvá šifrovania a šifrovacích metód je potrebné dobre zvládnuť učivo najmä z oblasti matematiky, informatiky a iných technických predmetov. Verím, že prepadnete tomuto "učarujúcemu" odboru a v budúcnosti sa z vás stanú výborní kryptológovia.




Naspäť