"Treatise on Ciphers" ( 1466 ) – az egyik első kriptoanalízisnek szentelt könyv Európában , Leon Battista Alberti olasz tudós, humanista , író, az új európai építészet egyik kezdeményezője és a reneszánsz vezető művészetelmélete. . Munkásságával jelentősen hozzájárult a kriptográfia fejlesztéséhez, felvetette a polialfabetikus rejtjelezés ötletét, és feltalált egy eszközt, amely egy többalfabetikus helyettesítő rejtjelet valósít meg, az Alberti-lemezt.
A XV. században Nyugat-Európában a gazdasági és politikai fejlődés elsőbbsége az olasz államoké. A pápai kúria továbbra is a legnagyobb szerepet tölti be a politikai életben. Pozícióinak megerősítéséhez és titkos projektek kidolgozásához a Vatikánnak szüksége van a kriptológia segítségére (rejtsd el terveidet, fedd fel ellenfeleid lapjait). Ezzel kapcsolatban nemcsak a kriptográfiai és kriptoanalízis módszereinek aktív alkalmazása kezdődik meg, hanem a kriptológia elméleti alapjainak megteremtése is.
Az olasz városok legtehetségesebb emberei nyújtották szolgálataikat a Vatikánnak, ami lehetővé tette a módszerek bonyolítását, továbbfejlesztését.
Az itáliai reneszánsz prominens képviselőjének, Leon Battista Albertinek a vizsgált témának szentelt értekezése tekinthető a kriptográfia új megközelítéseinek tanulmányozásának első forrásának a történelemben.
Alberti az új ötletek első képviselője ezen a területen. Széles körben az olasz reneszánsz fényes képviselőjeként ismert, érdeklődési köre igen széles. Több mint 30 évet szolgált a pápai hivatalban, ami felkeltette a kriptográfia iránti érdeklődését. Művei közé tartozik a „Rejtjelek alapelveiről” című értekezés. A kéziratot a vatikáni levéltárban őrzik. Ennek a munkának angol, olasz fordítása készült. Az Alberti születésének 590. évfordulója alkalmából rendezett mantovai kiállításon bemutatott könyv mellé 1994 decemberében egy CD is megjelent, amely történelmi bevezetőt, a mű 12 fennmaradt kéziratának szövegét és annak különböző nyelvekre történő fordításait tartalmazza.
A mű Alberti barátjának, Leonardo Datanak, a pápa titkárának kérésére készült. Alberti nemcsak a titkosítás és a kriptoanalízis általános elveinek leírását, néhány konkrét titkosítást foglalta bele munkájába, hanem egy általa kitalált új titkosítási módszert is. A könyvbe belefoglalta a szteganográfia rövid ismertetését is (a szteganográfia az információátadás tényének elrejtésére szolgáló eszközök és módszerek összessége).
Tehát a dolgozat egyaránt tartalmaz információkat a kriptográfiáról és a kriptológiáról. Alberti maga nem osztotta szigorúan ezeket a fogalmakat. A könyv legelején azonban olyan kutatásokat ír le, amelyek nem annyira a titkosítás, mint inkább a kriptoanalízis szempontjából fontosak. Beszélünk a latin nyelv különféle magán- és mássalhangzóinak gyakoriságáról, valamint a latin nyelvben a nagyhangzók gyakoriságáról és a magán- és mássalhangzók helyzetéről. Alberti megjegyezte, hogy bármely latin nyelvű könyvben a magánhangzók és a mássalhangzók aránya 300:100.
Ugyanolyan kevéssé elégedett az egyszerű helyettesítési rejtjelek leírásával, de Alberti ajánlásokat ad az arányos helyettesítési rejtjelek összeállítására. Ezekben a leggyakrabban előforduló magánhangzók helyettesítésére nem egy, hanem több egymástól eltérő betű vagy egyéb szimbólum használatát javasolja, amelyeknek a rejtjelben váltakozniuk kell.
Alberti néhány ajánlást is ad ennek a rendszernek a hatékony használatára (a helyesírás egyszerűsítése, az „üres” szavak használata – semmit sem jelentenek).
Alberti egy másik rendszert írt le, amely rejtjelek és kódok kombinációja, amelyben az egyes szótagokat, szavakat és egyszerű szöveges mondatokat betűk helyettesítik. A betűk permutációjához kapcsolódó egyszerűbb titkosítási rendszerek felé is fordult.
Alberti megemlíti a szteganográfia módszereit is (tej, hagyma és só használata, amellyel víz és hő hatására megjelenő szöveg írható.
Végül Alberti megadja a saját rejtjelét.
Az "Alberti Disk" két lemezből állt - egy külső rögzített lemezből (a latin betűk voltak ábécé sorrendben és az 1, 2, 3, 4 számok) és egy mozgatható belső lemez, amelyen a betűket átrendezték. A tárcsákat egy tengelyre szerelték fel, hogy a belső foroghasson. Az egyes lemezek kerülete 24 egyenlő cellára van osztva. Az ábécék csúsztatását a kriptogram törzsében található kulcsbetűk szabályozzák. Az Alberti lemezekkel írt üzenet megfejtéséhez a megfelelő ábécére kellett lennie a belső lemezen.
Ennek a rejtjelnek az elve a következő: a titkosításhoz nem egy, mint egy egyszerű csere esetén, hanem több titkosítási ábécét használnak. A titkosítási folyamat abból állt, hogy a külső meghajtón találtak egy egyszerű szöveges betűt, és lecserélték az alatta lévő belső meghajtó betűjére. Ezt követően a belső lemezt egy pozícióval eltolták, a második betűt pedig az új titkosítási ábécé segítségével titkosították.
Ennek a rejtjelnek a kulcsa a belső lemezen lévő betűk sorrendje és a külső lemezhez viszonyított kezdeti helyzete volt. Alberti másik találmánya a kód volt, javasolta a szótagok, szavak és egész mondatok rendezett két-, három- és négyjegyű kombinációkkal való helyettesítését (összesen 336 ilyen kombináció van). Ezt követően a számokat polialfabetikus helyettesítéssel recipírozták. Amint látható, a lemez egy mechanikus eszköz az egyszerű cseréhez. Egy ilyen eszköz feltalálása még nem magyarázza meg, miért ismerik Albertit a nyugat-európai kriptológia atyjaként. Alberti fő érdeme, hogy nem egy, hanem több ábécét használ, ami megnehezíti a frekvenciaelemzést. Alberti azt javasolta, hogy 3-4 szónként váltson át egyik ábécéről a másikra. Ez úgy történik, hogy a belső lemezt bizonyos számú osztással egy vagy másik irányba elforgatjuk. A nagybetű jeléül szolgált egy ilyen kapcsolóhoz. Ezen ok nélkül a szövegben a nagybetűknek nem volt helye. Alberti eleinte két ábécét használt, majd többet. Így Alberti az elsők között terjesztette elő a „kettős titkosítás” ötletét - az első titkosítás eredményeként kapott szöveget egy másik titkosítással újra titkosították. Alberti ötleteit a 20. század első felében használták fel a rejtjelező gépek megalkotásakor , néhányat különböző országokban alkalmaztak egészen az 1980-as évekig.
Az Alberti-rejtjel nem periodikus. A 16. században Giovanni Battista della Porta kulcsszavak rendszerét használta egy olyan titkosítás megvalósítására, amely az Alberti-rejtjel egy változatának tekinthető. Az egyik kulcsszó egy ábécé permutációjának létrehozására szolgál, egy másik kulcsszó pedig több ábécé sorozatának meghatározására szolgál. Ezt a technikát, amelyet "kettős titkosításnak" neveztek, pontosabban polialfabetikusnak nevezték. A port permutációs technika egy 2-dimenziós táblázaton alapult, például itt van a Port tábla egy változata, amely 26 karakteres ábécén alapul:
Külső meghajtó megfelelője: abcdefghijklmnopqrstu vwxyz 0 ALBERTICPHDFGHJKMNOSU VWXYZ 1 ZALBERTICPHDFGHJKMNOS UVWXY N 2 YZALBERTICPHDFGHJKMNO SUVWX u 3 XYZALBERTICPHDFGHJKMN OSUVW m 4 WXYZALBERTICPHDFGHJKM NOSUV b 5 VWXYZALBERTICPHDFGHJK MNOSU e 6 UVWXYZALBERTICPHDFGHJ KMNOS r 7 SUVWXYZALBERTICPHDFGH JKMNO 8 OSUVWXYZALBERTICPHDFG HJKMN o 9 NOSUVWXYZALBERTICPHDF GHJKM f 10 MNOSUVWXYZALBERTICPHD FGHJK 11 KMNOSUVWXYZALBERTICPH DFGHJ S 12 JKMNOSUVWXYZALBERTICP HDFGH h 13 HJKMNOSUVWXYZALBERTIC PHDFG i 14 GHJKMNOSUVWXYZALBERTI CPHDF f 15 FGHJKMNOSUVWXYZALBERT ICPHD t 16 DFGHJKMNOSUVWXYZALBER TICPH s 17 HDFGHJKMNOSUVWXYZALBE RTICP 18 PHDFGHJKMNOSUVWXYZALB ERTIC 19 CPHDFGHJKMNOSUVWXYZAL BERTI 20 ICPHDFGHJKMNOSUVWXYZA LBERT 21 TICPHDFGHJKMNOSUVWXYZ ALBER 22 RTICPHDFGHJKMNOSUVWXY ZALBE 23 ERTICPHDFGHJKMNOSUVWX YZALB 24 BERTICPHDFGHJKMNOSUVW XYZAL 25 LBERTICPHDFGHJKMNOSUV WXYZA
Ebben az esetben a nagybetűk megegyeznek a véletlenszerű belső lemez ábécével, az ALBERTICIPHER kulcsszót használjuk az ábécé kialakításához. A nagybetűk a külső meghajtónak felelnek meg, a sarkon lévő számok pedig több ábécé indexét jelölik, a második kulcsszó a táblázat sorainak kiválasztásához használt indexek sorrendjét jelöli. Egy olyan titkosításnál, mint a Porta, a titkosítási kulcs a táblázat első sorában megadott permutációból, valamint a szöveg minden betűje után következő eltolásból áll. Minden új eltolási érték a Port metódusban, vagy minden új "szó" a második kulcsszóban új rejtjelezett ábécét jelent.
A titkosítások egy új osztályának – a polialfabetikus helyettesítő rejtjeleknek – felfedezése nagy jelentőséggel bírhat a kriptográfiai módszerek fejlesztése szempontjából, de Alberti munkája nem terjedt el széles körben. A 16. század egyetlen nem olasz írója, aki művében megemlítette Alberti értekezését, Blaise de Vigenère francia diplomata volt . Az az információ, hogy Alberti valóban megalkotott egy ilyen értekezést, elveszettnek tűnt egészen a 19. század második feléig, amikor is R. Brown angol kutató a velencei levéltárak kéziratainak tanulmányozása alapján megállapította, hogy Alberti valóban új titkosítást talált fel. rendszer.
Példaként erre a titkosításra, a fenti táblázat segítségével titkosítsuk az "ez az alberti tesztje" üzenetet.
Kezdjük azzal, hogy ismételten a szöveg alá írjuk a második kulcsszót, a CATWALK-t.
ez Alberti tesztje CATW AL K CATW AL KCATWALMost cserélje ki a kulcsszó betűit a számszerű megfelelőjükre, ahol A = 0, B = 1, C = 2 stb.
t--h--i--s i--sa t--e--s--t o--f a--l--b--e--r--t--i 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11A koordinátáknak megfelelő következő karaktert a szöveg jellege és az index értéke határozza meg (azaz (t, 2) = N, (h, 0) = C stb.)
ez Alberti tesztje NCKW PC M NRZX JU MHLFVSXAz üzenet a felismerhetetlenségig megváltozott. Azt is meg kell jegyezni, hogy a frekvenciaelemzés értelmetlen, mert a megfelelő h, s, t és i betűk nélkül mindkettőt a megfelelő C, illetve X betűkre fordították.
A titkos üzenet megfejtéséhez írja le a titkosított karaktereket és a hozzájuk tartozó váltásokat.
N--C--K--W P--CM N--R--Z--X J--U M--H--L--F--V--S--X c--a--t--w a--lk c--a--t--w a--l k--c--a--t--w--a--l 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11Most megnézheti a fenti táblázat karaktereit, hogy megkapja az eredeti üzenetet.
ez Alberti tesztjeA korabeli korábbi rejtjelekhez képest az Alberti-rejtjelet lehetetlen volt megfejteni a módszer ismerete nélkül. Ennek az az oka, hogy a frekvenciaeloszlás és a frekvenciaelemzés – ez volt az egyetlen ismert módja a rejtjelek támadásának akkoriban – nem segített.
Alberti kriptográfiával kapcsolatos érvelésének két további jellemzőjét kell elemezni.
Először is, mivel Alberti kötelességének tekinti a szteganográfia említését, sokkal kisebb érdeklődést mutat iránta, mint a különféle kriptográfiai módszerek megfontolása iránt. Figyelmét olyan kriptográfiai módszerek elemzésére és fejlesztésére hívják fel, amelyek mindenekelőtt az emberi elme mozgását igénylik. Ez azonban valamivel megelőzte korát, így a titkosítás ötlete olyan vizuális formában tükröződött, mint a rézlemezek használata.
Másodszor, lehetővé vált egy alapvetően új titkosítási rendszer létrehozása. Ez annak köszönhető, hogy a módszerek tökéletesítésének alapját először a matematikai ismeretek, különösen a kombinatorika egyes rendelkezéseinek felhasználása képezte.
Alberti hozzájárulása a kriptológia fejlesztéséhez tehát nemcsak a kriptográfia aktív használatának előfeltételeinek megteremtésében tekinthető jelentősnek a pápai titkos levelezés biztonsága érdekében, hanem a kriptográfia elméletének kialakulásában is a kora újkorban.