О важности сохранения информации в тайне знали уже в древние времена, когда с появлением письменности появилась и опасность прочтения ее нежелательными лицами. Более того, первоначально письменность сама по себе была криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные. С широким распространением письменности криптография стала формироваться как самостоятельная наука. В документах древних цивилизаций - Индии, Египта, Месопотамии - есть сведения о системах и способах составления шифрованных писем.

 Точное время возникновения этих способов обмена тайной информацией теряется в глубине веков, и установить его невозможно. Историки полагают, что первые протокриптографические приемы появились в Древнем Египте около 4 тыс. лет назад. Писцы, составлявшие жизнеописания правителей, стремились придать стандартным иероглифам необычный вид на монументах и гробницах, чтобы сообщить надписям менее обыденный и более почтительный стиль. Жрецы пользовались этим же приемом при переписывании религиозных текстов, чтобы те выглядели для мирян загадочнее и внушительнее. Такие «переводы» становились все менее понятными простому люду, который в результате оказывался во все большей зависимости от жрецов.

По мере развития египетской цивилизации ширилось использование иероглифов. С увеличением количества надписей, высекавшихся на стенах храмов, люди теряли к ним интерес. Египтологи считают, что писцы тогда стали еще больше видоизменять некоторые знаки в стремлении пробудить любопытство и привлечь внимание населения. Эти модификации никоим образом не были кодами или шифрами, но они заключали в себе два основных принципа криптологии, а именно: изменение письма и сокрытие его смысла. Бесспорных доказательств, указывающих на широкое использование модификаций иероглифов для сокрытия дипломатических, торговых или военных планов в Древнем Египте, нет.

Более явные криптологические примеры дошли до нас от цивилизаций Месопотамии — от вавилонян, ассирийцев, халдеев, использовавших особую систему письма — клинопись. В 1500 г. до н. э. на глиняной табличке был записан тщательно охраняемый рецепт глазури для гончарных изделий. Знаки, определяющие необходимые ингредиенты, были намеренно перемешаны. Таким образом, мы имеем право утверждать, что эта табличка является самой ранней известной секретной записью.

Примерно с 500 г. до н. э. в Индии также широко применялись секретные записи, в частности в донесениях шпионов и текстах, предположительно использовавшихся Буддой. Методы засекречивания включали в себя фонетическую замену, когда согласные и гласные менялись местами, использование перевернутых букв и запись текста под случайными углами. Различные индийские трактаты, ярким примером которых является «Артхашастра» (около 321—300 гг. до н. э.), показывают, что индийцы были хорошо знакомы со способами сокрытия информации. Согласно «Камасутре», классическому произведению об эротике и других видах наслаждений, написанному Ватсьяяной около IV в. до н.э., владение приемами составления секретного письма (наряду с музыкой, кулинарией и шахматами) является одним из 64 искусств, которыми должны владеть женщины.

Рассмотрим проблему тайной передачи информации и ее сокрытия от злоумышленника на расстоянии. Путей ее решения существует множество, среди которых можно выделить три основных направления.

1. Создать абсолютно надежный, недоступный для других канал связи между абонентами.

2. Использовать общедоступный канал связи, но скрыть сам факт передачи информации.

3. Использовать общедоступный канал связи, но передавать по нему нужную информацию в таком преобразованном виде, чтобы восстановить ее мог только адресат.

Проанализируем эти возможности.

1. С древних времен практиковалась охрана документа (носителя информации) физическими лицами, передача его специальным курьером (человеком (дипломатом) или животным (голубиная почта)) и т.д. Но, документ можно выкрасть, курьера можно перехватить, подкупить, в конце концов, убить. В настоящий момент для реализации данного механизма защиты используются современные телекоммуникационные каналы связи. Однако следует заметить, что данный подход требует значительных капитальных вложений. При современном уровне развития науки и техники сделать такой канал связи между удаленными абонентами для многократной передачи больших объемов информации практически нереально.

2. Разработкой средств и методов скрытия факта передачи сообщения занимается стеганография. Первые следы стеганографических методов теряются в глубокой древности. Так, в трудах древнегреческого историка Геродота встречается описание двух методов сокрытия информации: на обритую голову раба записывалось необходимое сообщение, а когда его волосы отрастали, он отправлялся к адресату, который вновь брил его голову и считывал доставленное сообщение. Второй способ заключался в следующем: сообщение наносилось на деревянную дощечку, а потом она покрывалась воском, и, тем самым, не вызывала никаких подозрений. Потом воск соскабливался, и сообщение становилось видимым. В настоящий момент стеганографические методы в совокупности с криптографическими нашли широкое применение в целях сокрытия и передачи конфиденциальной информации.

3. Разработкой методов преобразования информации с целью ее защиты от несанкционированного прочтения занимается криптография.

В истории развития криптографии можно выделить три этапа:

- наивная криптография;

- формальная криптография;

- математическая криптография.

Этап формальной криптографии (конец XV – начало XX вв.) связан с появлением формализованных и относительно стойких к ручному криптоанализу шифров. В европейских странах это произошло в эпоху Возрождения, когда развитие науки и торговли вызвало спрос на надежные способы защиты информации.

К концу XIV в. между итальянскими городами-государствами в переписке уже применялись «номенклаторы»1 (лат. nomen — «имя» и calator — «раб», «слуга»). Они состояли из кодовых обозначений для слогов, слов и имен, а также алфавитов шифрозамен. Вплоть до XIX в. номенклаторы оставались самой широко используемой системой сокрытия содержания сообщений [43].

Симеоне де Крема (Simeone de Crema) был первым (1401 г.), кто использовал таблицы омофонов для сокрытия частоты появления гласных в тексте при помощи более чем одной шифрозамены (шифры многозначной замены).

Отцом западной криптографии называют учёного эпохи Возрождения Леона Баттисту Альберти. Изучив методы вскрытия использовавшихся в Европе моноалфавитных шифров (шифров однозначной замены), он попытался создать шифр, который был бы устойчив к частотному криптоанализу. Его «Трактат о шифре» был представлен в папскую канцелярию в 1466 г. и считается первой научной работой по криптографии. Он предложил вместо единственного секретного алфавита, как в моноалфавитных шифрах, использовать два или более, переключаясь между ними по какому-либо правилу. Однако флорентийский учёный так и не смог оформить своё открытие в полную работающую систему, что было сделано уже его последователями (Блез Вижинер). Другой печатной работой, в которой обобщены и сформулированы известные на тот момент алгоритмы шифрования, является труд «Полиграфия» (1518 г.) немецкого аббата Иоганна Трисемуса (Тритемия). Он же первым заметил, что шифровать можно и по две буквы за раз - биграммами (хотя первый биграммный шифр Playfair был предложен лишь в XIX веке).

В 1550 г. итальянский математик Джероламо Кардано, состоящий на службе у папы римского, предложил новую технику шифрования - решётку Кардано. Этот способ сочетал в себе как стеганографию (искусство скрытого письма), так и криптографию. Затруднение составляло даже понять, что сообщение содержит зашифрованный текст, а расшифровать его, не имея ключа (решётки) в то время было практически невозможно. Решётку Кардано считают первым транспозиционным шифром, или, как ещё называют, геометрическим шифром, основанным на положении букв в шифротексте.

Значительный толчок криптографии дало изобретение телеграфа. Сама передача данных перестала быть секретной, и сообщение, в теории, мог перехватить кто угодно. Интерес к криптографии возрос, в том числе, и среди простого населения, в результате чего многие попытались создать индивидуальные системы шифрования. Преимущество телеграфа было явным и на поле боя, где командующий должен был отдавать немедленные приказы на поле сражения, а также получать информацию с мест событий. Это послужило толчком к развитию полевых шифров.

В 1863 г. Фридрих Касиски (англ. Friedrich Kasiski) опубликовал метод, впоследствии названный его именем, позволявшим быстро и эффективно вскрывать практически любые шифры того времени, в т.ч. полиалфавитные. Метод состоял из двух частей - определение периода шифра и дешифровка текста с использованием частотного криптоанализа.

В 1883 г. голландец Огюст Керкгоффс2 опубликовал труд под названием «Военная криптография» (фр. «La Cryptographie Militaire»). В нём он описал шесть требований, которым должна удовлетворять защищённая система. Хотя к некоторым из них стоит относиться с подозрением, стоит отметить труд за саму попытку:

1. шифр должен быть физически, если не математически, невскрываемым;

2. система не должна требовать секретности, на случай, если она попадёт в руки врага;

3. ключ должен быть простым, храниться в памяти без записи на бумаге, а также легко изменяемым по желанию корреспондентов;

4. зашифрованный текст должен (без проблем) передаваться по телеграфу;

5. аппарат для шифрования должен быть легко переносимым, работа с ним не должна требовать помощи нескольких лиц;

6. аппарат для шифрования должен быть относительно прост в использовании, не требовать значительных умственных усилий или соблюдения большого количества правил.

Им же был сформулирован известный «принцип Керкгоффса» - правило разработки криптографических систем, согласно которому в засекреченном виде держится только определённый набор параметров алгоритма, называемый ключом, а сам алгоритм шифрования должен быть открытым. Другими словами, при оценке надёжности шифрования необходимо предполагать, что противник знает об используемой системе шифрования всё, кроме применяемых ключей.

В 1920 г. вышла монография американского криптографа российского происхождения Уильяма Ф. Фридмана «Индекс совпадения и его применение в криптографии» (англ. «Index of Coincidence and Its Applications in Cryptography»). Работа вышла в открытой печати, несмотря на то, что была выполнена в рамках военного заказа. Двумя годами позже Фридман ввёл в научный обиход термины криптология и криптоанализ [13].

Криптография оказала влияние и на литературу. Упоминания о криптографии встречаются ещё во времена Гомера и Геродота, хотя они описывали искусство шифрования в контексте различных исторических событий. Первым вымышленным упоминанием о криптографии можно считать роман «Гаргантюа и Пантагрюэль» французского писателя XVI века Франсуа Рабле, в одной из глав которого описываются попытки чтения зашифрованных сообщений. Упоминание встречается и в «Генрихе V» Шекспира. Впервые как центральный элемент художественного произведения криптография используется в рассказе «Золотой жук» Эдгара Аллана По 1843 г. В нём писатель не только показывает способ раскрытия шифра, но и результат, к которому может привести подобная деятельность - нахождение спрятанного сокровища. Одним из лучших описаний применения криптографии является рассказ 1903 г. Артура Конан Дойля «Пляшущие человечки». В рассказе великий сыщик Шерлок Холмс сталкивается с разновидностью шифра, который не только прячет смысл написанного, но, используя символы, похожие на детские картинки, скрывает сам факт передачи секретного сообщения. В рассказе герой успешно применяет частотный анализ, а также предположения о структуре и содержании открытых сообщений для разгадывания шифра.

Перед началом Второй мировой войны ведущие мировые державы имели электромеханические шифрующие устройства, результат работы которых считался невскрываемым. Эти устройства делились на два типа - роторные машины и машины на цевочных дисках. К первому типу относят «Энигму», использовавшуюся войсками Германии и её союзников, второго типа - американская M-209. В СССР производились оба типа машин.

Шифр (от фр. chiffre «цифра» от араб. صِفْر‎‎, sifr «ноль») — какая-либо система преобразования текста с секретом (ключом) для обеспечения секретности передаваемой информации.

Шифр может представлять собой совокупность условных знаков (условная азбука из цифр или букв) либо алгоритм преобразования обычных цифр и букв. Процесс засекречивания сообщения с помощью шифра называется шифрованием.

Наука о создании и использовании шифров называется криптографией.

 Криптоанализ — наука о методах получения исходного значения зашифрованной информации.

Важным параметром любого шифра является ключ — параметр криптографического алгоритма, обеспечивающий выбор одного преобразования из совокупности преобразований, возможных для этого алгоритма. В современной криптографии предполагается, что вся секретность криптографического алгоритма сосредоточена в ключе, но не деталях самого алгоритма (принцип Керкгоффса).

Не стоит путать шифр с кодированием — фиксированным преобразованием информации из одного вида в другой. В последнем отсутствует понятие ключа и не выполняется принцип Керкгоффса. В наше время кодирование практически не используется для защиты информации от несанкционированного доступа, а лишь от ошибок при передаче данных (помехоустойчивое кодирование) и других целях, не связанных с защитой.