Šifry a odesílání zpráv
Napsal: 22/5/2012, 22:32
Šifry a odesílání zpráv
I.část
Historie ochrany informací před cizím zrakem je stará asi jako lidstvo samo. Zejména utajení nebo prozrazení informací vojenského charakteru mělo bezesporu obrovský význam a vliv na průběh událostí. Snad vás tedy zaujme malá procházka do minulosti, kde si něco povíme o kryptologii – nauce o šifrování, která zahrnuje kryptografii – metody šifrování a kryptoanalýzu – luštění zašifrovaných zpráv.
Kryptografii dělíme na transpozici a substituci. Při transpozici se písmena abecedy přeskupí jiným způsobem než původním, ale zachovají si svou identitu. Příkladem transpozice je historicky první známá mechanická pomůcka na šifrování tzv. scytalé ze Sparty. V rámci této metody se měnilo pořadí písmen, a to jednoduchým způsobem. Odesílatel hustě omotal pergamenový (případně papyrusový či kožený) pás našikmo okolo dřevěné tyče a odkaz potom napsal na pergamen po délce tyče zpravidla zleva doprava. Po odmotání pásu se objevil nesmyslný sled písmen, které si příjemce mohl správně přečíst až po opětovném namotaní na tyč správného průměru. Správný průměr tyče byl klíčem k rozluštění šifry. V r. 404 př.n.l. dorazil ke králi Sparty Lysandrovi posel, jediný z pěti, který přežil těžkou cestu z Perzie, a podal králi svůj opasek. Ten jej ovinul kolem tyče správného průměru a dozvěděl se, že perský král Farnabazus se chystá zaútočit. Díky této informaci se Lysandros mohl včas připravit na útok a nakonec jej odrazil.
Scytalé
Při substituci si písmena abecedy nezachovají svou identitu, ale pozici ano. Při této metodě je písmeno abecedy nahrazené jiným písmenem nebo symbolem nebo číslem. S primitivním typem substituční metody šifrování pracovali např. už v letech 600-500 př.n.l. hebrejští písaři a je založen na obrácení abecedy (zv.atbaš). V této šifrovací metodě je první písmeno abecedy nahrazeno posledním, druhé písmeno předposledním atd. a naopak. Hebrejští písaři používali i jiné varianty šifry podobné atbašu.
V 1.stor.př.n.l. používal také Julius Caesar primitivní substituční metodu šifrování, která ale byla na tehdejší dobu účinná a dlouho odolávala rozluštění. Když Caesar posílal důležitou zprávu, každé písmeno nahradil písmenem, které bylo v abecedě o tři místa dále doprava. Příjemce tedy musel při luštění postupovat opačně.
Caesarova šifra
Úspěšnost v šifrování zpráv je podmíněna i úspěšností odesílání zpráv. Optická telegrafie s pochodněmi, zrcadly, kouřem či vlajkami měla také svého zlepšovatele. Ve 2. století př.n.l. sestavil řecký voják a historik Polybios první účinný kód s univerzálním použitím pro posílání optických vzkazů na větší vzdálenost tzv. Polybiův čtverec. Je celkem možné, že princip tohoto kódu se stal důležitým komunikačním nástrojem v Římské říši. Asi i díky němu mohlo mít římské vojsko převahu nad nepřítelem, protože si vojáci mohli urychleně bez použití jezdeckých poslů vyměňovat rozkazy a informace. Římané vybudovali první informační síť po celé své rozsáhlé říši a byli známí tím, že si odkazy dokázali zaslat rychleji než všichni ostatní. Je tedy možné (i když nepotvrzené), že využívali Polybiův kód. Na jakém principu funguje?
Polybiův čtverec
Polybios jako významný stratég si uvědomoval nedostatečnost tehdejšího způsobu optické signalizace, která umožňovala odesílat jenom konečný počet jednoduchých pokynů. Potřeboval najít způsob, jak posílat vzkazy v plném rozsahu skutečného jazyka. Musel tedy nejdřív najít způsob jak jazyk zakódovat, aby se dal v této formě posílat dál. Jeho kódovací tabulka je jednoduchý čtverec 5X5, uvnitř s římskou abecedou. Odesílatel zprávy měl k dispozici 5 zapálených pochodní vlevo a 5 pochodní vpravo. (Pochodně, které se nepoužívaly, zůstaly skryté, aby příjemce nemátly). K odeslání jednoho písmene nejdřív zvedl příslušný počet pochodní vlevo a tím určil řádek ve čtverci. Souběžně zvedl příslušný počet pochodní napravo a tím určil daný sloupec tabulky. V průniku daného sloupce a řádku se nacházelo písmeno, které chtěl odesílatel odeslat a které si příjemce podle tabulky našel. Příjemce zprávy jenom zvednutím jedné pochodně signalizoval, že přijal signál. V 80. letech 20. století byl v Německu uskutečněn pokus, při kterém se Polybiova metoda vyzkoušela. S trochou praxe se podařilo odeslat 8 písmen za minutu. Dnes se nám to zdá pomalé, ale tehdy to bylo ohromné zlepšení.
Další příklad substituční šifry se objevuje v Kama Sútře ze 4. století n.l. V ní doporučuje autor ženám, aby se naučily kromě jiného i umění ukrýt informace o svých vztazích. Jednou z doporučených technik je náhodně spárovat písmena abecedy, aby se dalo každé písmeno odesílané zprávy nahradit takto vzniklým párovým písmenem.
V arabském světě se vyvíjela kryptografie ruka v ruce s jinými obory. Arabská společnost od 8.stol.n.l. vzkvétala a potřebovala na řádné fungování v rámci účinné veřejné správě i bezpečný komunikační systém. Arabští úředníci používali substituční šifry, ale nejen to. Věděli šifry i luštit. V podstatě vynašli kryptoanalýzu – jak dešifrovat zprávu bez znalosti klíče. Zasloužil se o to rozvoj matematiky, statistiky a lingvistiky. V arabském světě však měla kryptoanalýza obzvlášť vhodné podmínky, protože se zde intenzivně zkoumala Muhammadova zjevení shrnutá v Koránu a teologové se snažili dokázat, že všechny pasáže lze připsat Muhammadovi. K tomu bylo třeba zkoumat jednotlivá slova a strukturu vět. Dokonce se zkoumala i jednotlivá písmena a učenci si všimli jejich relativní rozdílné četnosti v textu. Na základě těchto poznatků už nebylo daleko k pochopení, že výše uvedenou analýzu lze upotřebit i v kryptologii. První popis metody dešifrování pochází od učence z 9.stol. Al-Kindí, který spočítal četnosti písmen ve svém jazyce a napsal nejstarší známou knihu o luštění šifer „Rukopis o luštění šifrovaných zpráv“. Tato kniha se zhruba až po více než čtyřech století dostala do Evropy a byla zde opisována a rozšiřována. Evropa dlouho v oblasti kryptografie spala. Jenom mniši v klášterech zkoumali text Bible, protože se v ní dají najít úseky textu šifrované tradiční hebrejskou substituční šifrou (atbaš). Zájem o kryptografii pomalu stoupal právě díky těmto textům v Bibli. První evropskou knihu o kryptografii napsal ve 13.stol. Roger Bacon. Ve 14.stol. se už kryptografie používala běžně a v 15.stol. zaznamenala prudký rozvoj, stejně jako kryptoanalýza.
Teď si něco povíme o postupu luštění jednoduchých substitučních šifer, které je celkem snadné. Je ale potřeba vycházet z konkrétních vlastností jazyků a to kdysi lidé ignorovali, proto se jim substituční šifry zdály dlouho dokonalé. V angličtině je nejčastěji frekventovaným písmenem E. (Rovněž i v češtině). Podle toho lze určit, že nejčastěji používaný symbol v zašifrovaném textu bude písmeno E. Písmeno E se nevyskytuje ve slovech náhodně a tak je možné frekvenční analýzu rozšířit i na dvojice nebo trojice písmen, které se v textu objevují hned po sobě. Stejně lze analyzovat zašifrovaný text podle nejčastějšího prvního písmene ve slovech, nebo posledního písmene atd.
Dřív než opíšu dokonalejší substituční metodu šifrování, možná by někoho zajímalo, jaké šifry používali templáři. Vzhledem k provádění bankovních operací, které vyžadovaly uchovávání dat a jejich bezpečný přenos, templáři museli mít nějaký tajný systém k zašifrování informací. Rovněž přicházeli do kontaktu s muslimy, kteří ve 12.-13.století byli na poli kryptografie mnohem dál než křesťané a mohli se tedy od nich leccos naučit. Během dvou století své existence templáři jistě šifry používali a vyvíjeli. Bohužel jejich podobu neznáme. Můžeme se jenom domnívat, že používali (nebo dokonce i vymysleli) metodu, při které je každé písmeno nahrazeno symbolem podle schématu ve tvaru kříže. (Jde o substituční metodu).
Dokonalejší substituční šifra se nazývá homofonní a je na rozdíl od jednoduchých substitučních šifer vcelku odolná proti rozluštění pomocí frekvenční analýzy. Poprvé se homofonní šifra objevila v r. 1401 v italském městě Mantova v dokumentu, který napsal Simeone de Crema. Nejenže obrátil pořadí písmen v abecedě, ale ještě navíc pár písmen vyměnil a dokonce pro samohlásky A, E, O a U jeho kódovací tabulka nabízela víc symbolů. Z toho principu je také odvozen název šifry - víc různých symbolů kóduje stejný zvuk.
Ukázka šifrování podle de Cremy
Jak se luští homofonní šifry? Na jejich slabiny poukázal Francois Viѐte (1540-1603), vynikající luštitel šifer a zakladatel moderní algebry. Luštit šifru začal nejprve zeširoka. Vzkazy se musí nějakou cestou dostat k adresátovi. Zprávy tedy často pendlují sem a tam a je tedy možné je zachytit nebo kopírovat dřív než dojdou ke svému cíli. Potom jsou na speciálních pracovištích, kde se pracuje dnem i nocí, pečlivé analyzovány. Ve středověku měli vládci (zejména italských států) po ruce speciální "oddělení" na luštění šifer anebo si k sebe povolávali zdatné a známé luštitele. Proto byl kupříkladu Viѐte přímo na roztrhání (oficiálně sloužil na dvoru krále Jindřicha IV. Francouzského jako kryptograf, luštitel a matematik).
Důležité zprávy, kdysi všeobecně nelehce doručovatelné, posílal odesílatel často vícekrát, aby se ujistil, že je adresát skutečně dostane. Když se k Viѐtovi dostalo několik zpráv s identickým obsahem, ale vždy s použitím jiných náhodně vybraných homofonních znaků, získal značnou pomůcku při luštění.
Další účinnou technikou při luštění bylo hledání pravděpodobných slov, které se v textu musely vyskytovat. Třeba v textu musel být název konkrétního města nebo místa, označení armády, jméno osoby atd.
Další slabinu tehdejších zpráv představovaly formální hlavičky, když byla zpráva adresována vládci nebo papeži. Ještě horší bylo to, že kopie často začínaly slovy: "Toto je opis zprávy..."
V textu se také rozhodně musela dodržet společenská etiketa v podobě uctivých oslovení, titulů, frází a pozdravů. Stejně byla i slabinou snaha pisatele o předání vzkazu bez gramatických chyb, což činí zašifrovaný text ještě zranitelnější.
Francois Viѐte po vyčerpání výše uvedených metod, aplikoval na rozluštění šifry i statistiku a speciální lingvistické nástroje. Každý jazyk má určité své zákonitosti, které se mohou objevovat v různě zašifrovaném textu a které lze podchytit, analyzovat, porovnávat a vytvářet hypotézy, co mohou znamenat.
Od luštění šifer se zase vrátím zpátky k dalšímu zdokonalení homofonní šifry. Objevila se v r. 1411 v dopise, který sepsal benátský dóže a jistě není překvapením, že právě Benátky měly nejkvalitnější šifry. Klasická homofonní šifra, jak jsem ji popsala výše v textu, zde byla doplněna o nulová písmena, která nenesla žádný význam a která autor zašifrované zprávy mohl libovolně umístit do textu, aby ztížil luštění. Dalším novým nástrojem na zmatení luštitele je kód pro opakující se slova v textu dopisu, které odesílatel nezapisuje po hláskách, ale používá jenom předem určený symbol.
Homofonní šifry se nadále zdokonalovaly a s rozvojem matematiky se zaváděly další znaky, které měly víc významů. V 16. století se kupříkladu v textu zprávy zavedl symbol pro "začátek" vzkazu a jeho "konec". Text, který byl uveden před "začátkem" a po "konci" neměl žádný význam a měl sloužit jen na zmatení luštitele šifry.
Pro zajímavost uvádím, že v korespondenci Jindřicha II. Francouzského z r. 1558 s římským vyslancem nalezneme další zlepšení: zdvojené hlásky, které jsou slabinou řady jazyků, jsou nahrazeny jediným konkrétním znakem. Korespondence se vyznačuje i tím, že často používaná vlastní jména a běžná slova jsou zakódována zvlášť - samostatným symbolem a každé písmeno abecedy je kryté více homofonními znaky (nejen ty nejčastěji se vyskytující). V textu jsou použity i nulové znaky (až devět znaků), které nic neznamenají, ale značkovací symboly zde nejsou.
Z výše uvedeného můžeme konstatovat, že Jindřich II. Francouzský používal na tehdejší dobu vcelku kvalitní metodu šifrování. Na rozdíl od něho, nelze opomenout oběť špatného šifrování, skotskou královnu Marii Stuartovnu, která ještě v r. 1586 používala jednoduchou substituční metodu šifrování chráněnou navíc jenom čtyřmi nulovými znaky a seznamem 35 znaků pro často používaná slova. Slabinou šifry bylo i zavedení zcela nesmyslného symbolu, který se umísťoval před písmeno na znamení, že by se mělo zdvojit. Šifra vzkazů Marie Stuartovny byla tedy nutně prolomena a byla použita proti ní. Prolomil ji tajemník pro šifry Alžbětina ministra Walsinghama, mistr frekvenční analýzy - Thomas Phelippese. Ten byl zdatný i ve falšování a do jedné zprávy, kterou psala v zašifrované podobě Marie Stuartovna spiklencům, padělal dodatek o tom, že by Marie ráda znala jména všech pánů, kteří záměr (sprovodit ze světa Alžbětu) chtěli realizovat. Tak se Walsingham lstivě dozvěděl jména všech, co se na spiknutí podíleli.
Šifra Marie Stuart
Rozhodně si nelze myslet, že Polybiův čtverec byl dávno smeten časem a zapomenut. Marie Antoinetta ho kupříkladu používala na zašifrování důležitých vzkazů. Její čtverec byl ale obohacen o nulové symboly. V 19. století byl čtverec inovován tak, že se odesílatel i příjemce dohodli na kódovém slově, které se zapsalo (zpravidla do prvního řádku tabulky) a dále se tabulka doplnila zbytkem abecedy. Na tomto místě ale musím uvést, že i když Polybiův čtverec přešel různými obměnami, pořád jde o substituční šifru, v níž jsou sice symboly nahrazeny dvojicemi čísel, ale to je nechrání před rozluštěním s pomocí frekvenční analýzy.
Homofonní šifry přestaly být časem praktické, hlavně kvůli kódovacím tabulkám. Musel je mít odesílatel, příjemce i tvůrce šifry a představovaly největší slabinu. Tabulky byly často složité, objemné a bylo potřeba je vláčet všude sebou. Dříve či později se k nim zájemce dostal a šifra byla nanic.
I.část
Historie ochrany informací před cizím zrakem je stará asi jako lidstvo samo. Zejména utajení nebo prozrazení informací vojenského charakteru mělo bezesporu obrovský význam a vliv na průběh událostí. Snad vás tedy zaujme malá procházka do minulosti, kde si něco povíme o kryptologii – nauce o šifrování, která zahrnuje kryptografii – metody šifrování a kryptoanalýzu – luštění zašifrovaných zpráv.
Kryptografii dělíme na transpozici a substituci. Při transpozici se písmena abecedy přeskupí jiným způsobem než původním, ale zachovají si svou identitu. Příkladem transpozice je historicky první známá mechanická pomůcka na šifrování tzv. scytalé ze Sparty. V rámci této metody se měnilo pořadí písmen, a to jednoduchým způsobem. Odesílatel hustě omotal pergamenový (případně papyrusový či kožený) pás našikmo okolo dřevěné tyče a odkaz potom napsal na pergamen po délce tyče zpravidla zleva doprava. Po odmotání pásu se objevil nesmyslný sled písmen, které si příjemce mohl správně přečíst až po opětovném namotaní na tyč správného průměru. Správný průměr tyče byl klíčem k rozluštění šifry. V r. 404 př.n.l. dorazil ke králi Sparty Lysandrovi posel, jediný z pěti, který přežil těžkou cestu z Perzie, a podal králi svůj opasek. Ten jej ovinul kolem tyče správného průměru a dozvěděl se, že perský král Farnabazus se chystá zaútočit. Díky této informaci se Lysandros mohl včas připravit na útok a nakonec jej odrazil.
Scytalé
Při substituci si písmena abecedy nezachovají svou identitu, ale pozici ano. Při této metodě je písmeno abecedy nahrazené jiným písmenem nebo symbolem nebo číslem. S primitivním typem substituční metody šifrování pracovali např. už v letech 600-500 př.n.l. hebrejští písaři a je založen na obrácení abecedy (zv.atbaš). V této šifrovací metodě je první písmeno abecedy nahrazeno posledním, druhé písmeno předposledním atd. a naopak. Hebrejští písaři používali i jiné varianty šifry podobné atbašu.
V 1.stor.př.n.l. používal také Julius Caesar primitivní substituční metodu šifrování, která ale byla na tehdejší dobu účinná a dlouho odolávala rozluštění. Když Caesar posílal důležitou zprávu, každé písmeno nahradil písmenem, které bylo v abecedě o tři místa dále doprava. Příjemce tedy musel při luštění postupovat opačně.
Caesarova šifra
Úspěšnost v šifrování zpráv je podmíněna i úspěšností odesílání zpráv. Optická telegrafie s pochodněmi, zrcadly, kouřem či vlajkami měla také svého zlepšovatele. Ve 2. století př.n.l. sestavil řecký voják a historik Polybios první účinný kód s univerzálním použitím pro posílání optických vzkazů na větší vzdálenost tzv. Polybiův čtverec. Je celkem možné, že princip tohoto kódu se stal důležitým komunikačním nástrojem v Římské říši. Asi i díky němu mohlo mít římské vojsko převahu nad nepřítelem, protože si vojáci mohli urychleně bez použití jezdeckých poslů vyměňovat rozkazy a informace. Římané vybudovali první informační síť po celé své rozsáhlé říši a byli známí tím, že si odkazy dokázali zaslat rychleji než všichni ostatní. Je tedy možné (i když nepotvrzené), že využívali Polybiův kód. Na jakém principu funguje?
Polybiův čtverec
Polybios jako významný stratég si uvědomoval nedostatečnost tehdejšího způsobu optické signalizace, která umožňovala odesílat jenom konečný počet jednoduchých pokynů. Potřeboval najít způsob, jak posílat vzkazy v plném rozsahu skutečného jazyka. Musel tedy nejdřív najít způsob jak jazyk zakódovat, aby se dal v této formě posílat dál. Jeho kódovací tabulka je jednoduchý čtverec 5X5, uvnitř s římskou abecedou. Odesílatel zprávy měl k dispozici 5 zapálených pochodní vlevo a 5 pochodní vpravo. (Pochodně, které se nepoužívaly, zůstaly skryté, aby příjemce nemátly). K odeslání jednoho písmene nejdřív zvedl příslušný počet pochodní vlevo a tím určil řádek ve čtverci. Souběžně zvedl příslušný počet pochodní napravo a tím určil daný sloupec tabulky. V průniku daného sloupce a řádku se nacházelo písmeno, které chtěl odesílatel odeslat a které si příjemce podle tabulky našel. Příjemce zprávy jenom zvednutím jedné pochodně signalizoval, že přijal signál. V 80. letech 20. století byl v Německu uskutečněn pokus, při kterém se Polybiova metoda vyzkoušela. S trochou praxe se podařilo odeslat 8 písmen za minutu. Dnes se nám to zdá pomalé, ale tehdy to bylo ohromné zlepšení.
Další příklad substituční šifry se objevuje v Kama Sútře ze 4. století n.l. V ní doporučuje autor ženám, aby se naučily kromě jiného i umění ukrýt informace o svých vztazích. Jednou z doporučených technik je náhodně spárovat písmena abecedy, aby se dalo každé písmeno odesílané zprávy nahradit takto vzniklým párovým písmenem.
V arabském světě se vyvíjela kryptografie ruka v ruce s jinými obory. Arabská společnost od 8.stol.n.l. vzkvétala a potřebovala na řádné fungování v rámci účinné veřejné správě i bezpečný komunikační systém. Arabští úředníci používali substituční šifry, ale nejen to. Věděli šifry i luštit. V podstatě vynašli kryptoanalýzu – jak dešifrovat zprávu bez znalosti klíče. Zasloužil se o to rozvoj matematiky, statistiky a lingvistiky. V arabském světě však měla kryptoanalýza obzvlášť vhodné podmínky, protože se zde intenzivně zkoumala Muhammadova zjevení shrnutá v Koránu a teologové se snažili dokázat, že všechny pasáže lze připsat Muhammadovi. K tomu bylo třeba zkoumat jednotlivá slova a strukturu vět. Dokonce se zkoumala i jednotlivá písmena a učenci si všimli jejich relativní rozdílné četnosti v textu. Na základě těchto poznatků už nebylo daleko k pochopení, že výše uvedenou analýzu lze upotřebit i v kryptologii. První popis metody dešifrování pochází od učence z 9.stol. Al-Kindí, který spočítal četnosti písmen ve svém jazyce a napsal nejstarší známou knihu o luštění šifer „Rukopis o luštění šifrovaných zpráv“. Tato kniha se zhruba až po více než čtyřech století dostala do Evropy a byla zde opisována a rozšiřována. Evropa dlouho v oblasti kryptografie spala. Jenom mniši v klášterech zkoumali text Bible, protože se v ní dají najít úseky textu šifrované tradiční hebrejskou substituční šifrou (atbaš). Zájem o kryptografii pomalu stoupal právě díky těmto textům v Bibli. První evropskou knihu o kryptografii napsal ve 13.stol. Roger Bacon. Ve 14.stol. se už kryptografie používala běžně a v 15.stol. zaznamenala prudký rozvoj, stejně jako kryptoanalýza.
Teď si něco povíme o postupu luštění jednoduchých substitučních šifer, které je celkem snadné. Je ale potřeba vycházet z konkrétních vlastností jazyků a to kdysi lidé ignorovali, proto se jim substituční šifry zdály dlouho dokonalé. V angličtině je nejčastěji frekventovaným písmenem E. (Rovněž i v češtině). Podle toho lze určit, že nejčastěji používaný symbol v zašifrovaném textu bude písmeno E. Písmeno E se nevyskytuje ve slovech náhodně a tak je možné frekvenční analýzu rozšířit i na dvojice nebo trojice písmen, které se v textu objevují hned po sobě. Stejně lze analyzovat zašifrovaný text podle nejčastějšího prvního písmene ve slovech, nebo posledního písmene atd.
Dřív než opíšu dokonalejší substituční metodu šifrování, možná by někoho zajímalo, jaké šifry používali templáři. Vzhledem k provádění bankovních operací, které vyžadovaly uchovávání dat a jejich bezpečný přenos, templáři museli mít nějaký tajný systém k zašifrování informací. Rovněž přicházeli do kontaktu s muslimy, kteří ve 12.-13.století byli na poli kryptografie mnohem dál než křesťané a mohli se tedy od nich leccos naučit. Během dvou století své existence templáři jistě šifry používali a vyvíjeli. Bohužel jejich podobu neznáme. Můžeme se jenom domnívat, že používali (nebo dokonce i vymysleli) metodu, při které je každé písmeno nahrazeno symbolem podle schématu ve tvaru kříže. (Jde o substituční metodu).
Dokonalejší substituční šifra se nazývá homofonní a je na rozdíl od jednoduchých substitučních šifer vcelku odolná proti rozluštění pomocí frekvenční analýzy. Poprvé se homofonní šifra objevila v r. 1401 v italském městě Mantova v dokumentu, který napsal Simeone de Crema. Nejenže obrátil pořadí písmen v abecedě, ale ještě navíc pár písmen vyměnil a dokonce pro samohlásky A, E, O a U jeho kódovací tabulka nabízela víc symbolů. Z toho principu je také odvozen název šifry - víc různých symbolů kóduje stejný zvuk.
Ukázka šifrování podle de Cremy
Jak se luští homofonní šifry? Na jejich slabiny poukázal Francois Viѐte (1540-1603), vynikající luštitel šifer a zakladatel moderní algebry. Luštit šifru začal nejprve zeširoka. Vzkazy se musí nějakou cestou dostat k adresátovi. Zprávy tedy často pendlují sem a tam a je tedy možné je zachytit nebo kopírovat dřív než dojdou ke svému cíli. Potom jsou na speciálních pracovištích, kde se pracuje dnem i nocí, pečlivé analyzovány. Ve středověku měli vládci (zejména italských států) po ruce speciální "oddělení" na luštění šifer anebo si k sebe povolávali zdatné a známé luštitele. Proto byl kupříkladu Viѐte přímo na roztrhání (oficiálně sloužil na dvoru krále Jindřicha IV. Francouzského jako kryptograf, luštitel a matematik).
Důležité zprávy, kdysi všeobecně nelehce doručovatelné, posílal odesílatel často vícekrát, aby se ujistil, že je adresát skutečně dostane. Když se k Viѐtovi dostalo několik zpráv s identickým obsahem, ale vždy s použitím jiných náhodně vybraných homofonních znaků, získal značnou pomůcku při luštění.
Další účinnou technikou při luštění bylo hledání pravděpodobných slov, které se v textu musely vyskytovat. Třeba v textu musel být název konkrétního města nebo místa, označení armády, jméno osoby atd.
Další slabinu tehdejších zpráv představovaly formální hlavičky, když byla zpráva adresována vládci nebo papeži. Ještě horší bylo to, že kopie často začínaly slovy: "Toto je opis zprávy..."
V textu se také rozhodně musela dodržet společenská etiketa v podobě uctivých oslovení, titulů, frází a pozdravů. Stejně byla i slabinou snaha pisatele o předání vzkazu bez gramatických chyb, což činí zašifrovaný text ještě zranitelnější.
Francois Viѐte po vyčerpání výše uvedených metod, aplikoval na rozluštění šifry i statistiku a speciální lingvistické nástroje. Každý jazyk má určité své zákonitosti, které se mohou objevovat v různě zašifrovaném textu a které lze podchytit, analyzovat, porovnávat a vytvářet hypotézy, co mohou znamenat.
Od luštění šifer se zase vrátím zpátky k dalšímu zdokonalení homofonní šifry. Objevila se v r. 1411 v dopise, který sepsal benátský dóže a jistě není překvapením, že právě Benátky měly nejkvalitnější šifry. Klasická homofonní šifra, jak jsem ji popsala výše v textu, zde byla doplněna o nulová písmena, která nenesla žádný význam a která autor zašifrované zprávy mohl libovolně umístit do textu, aby ztížil luštění. Dalším novým nástrojem na zmatení luštitele je kód pro opakující se slova v textu dopisu, které odesílatel nezapisuje po hláskách, ale používá jenom předem určený symbol.
Homofonní šifry se nadále zdokonalovaly a s rozvojem matematiky se zaváděly další znaky, které měly víc významů. V 16. století se kupříkladu v textu zprávy zavedl symbol pro "začátek" vzkazu a jeho "konec". Text, který byl uveden před "začátkem" a po "konci" neměl žádný význam a měl sloužit jen na zmatení luštitele šifry.
Pro zajímavost uvádím, že v korespondenci Jindřicha II. Francouzského z r. 1558 s římským vyslancem nalezneme další zlepšení: zdvojené hlásky, které jsou slabinou řady jazyků, jsou nahrazeny jediným konkrétním znakem. Korespondence se vyznačuje i tím, že často používaná vlastní jména a běžná slova jsou zakódována zvlášť - samostatným symbolem a každé písmeno abecedy je kryté více homofonními znaky (nejen ty nejčastěji se vyskytující). V textu jsou použity i nulové znaky (až devět znaků), které nic neznamenají, ale značkovací symboly zde nejsou.
Z výše uvedeného můžeme konstatovat, že Jindřich II. Francouzský používal na tehdejší dobu vcelku kvalitní metodu šifrování. Na rozdíl od něho, nelze opomenout oběť špatného šifrování, skotskou královnu Marii Stuartovnu, která ještě v r. 1586 používala jednoduchou substituční metodu šifrování chráněnou navíc jenom čtyřmi nulovými znaky a seznamem 35 znaků pro často používaná slova. Slabinou šifry bylo i zavedení zcela nesmyslného symbolu, který se umísťoval před písmeno na znamení, že by se mělo zdvojit. Šifra vzkazů Marie Stuartovny byla tedy nutně prolomena a byla použita proti ní. Prolomil ji tajemník pro šifry Alžbětina ministra Walsinghama, mistr frekvenční analýzy - Thomas Phelippese. Ten byl zdatný i ve falšování a do jedné zprávy, kterou psala v zašifrované podobě Marie Stuartovna spiklencům, padělal dodatek o tom, že by Marie ráda znala jména všech pánů, kteří záměr (sprovodit ze světa Alžbětu) chtěli realizovat. Tak se Walsingham lstivě dozvěděl jména všech, co se na spiknutí podíleli.
Šifra Marie Stuart
Rozhodně si nelze myslet, že Polybiův čtverec byl dávno smeten časem a zapomenut. Marie Antoinetta ho kupříkladu používala na zašifrování důležitých vzkazů. Její čtverec byl ale obohacen o nulové symboly. V 19. století byl čtverec inovován tak, že se odesílatel i příjemce dohodli na kódovém slově, které se zapsalo (zpravidla do prvního řádku tabulky) a dále se tabulka doplnila zbytkem abecedy. Na tomto místě ale musím uvést, že i když Polybiův čtverec přešel různými obměnami, pořád jde o substituční šifru, v níž jsou sice symboly nahrazeny dvojicemi čísel, ale to je nechrání před rozluštěním s pomocí frekvenční analýzy.
Homofonní šifry přestaly být časem praktické, hlavně kvůli kódovacím tabulkám. Musel je mít odesílatel, příjemce i tvůrce šifry a představovaly největší slabinu. Tabulky byly často složité, objemné a bylo potřeba je vláčet všude sebou. Dříve či později se k nim zájemce dostal a šifra byla nanic.
) - kvantová kryptografie. Snad se to podaří. 