Криптономикон, часть 2 - Нил Стивенсон

3. Переведите шифртекст из букв в цифры:

15 19 11 10 10 10 7 20 13 23

4. Переведите ключевой поток аналогичным образом:

11 4 23 21 16 15 14 15 23 20

5. Вычтите числа ключевого потока из чисел шифртекста по модулю 26. Например, 22 — 1 = 20, 1 — 22 = 5. (Это легко. Если первое число меньше второго, перед вычитанием прибавьте к нему 26. Тогда 1 — 22 =? станет 27 — 22 = 5.)

4 15 14 15 20 21 19 5 16 3

6. Переведите числа обратно в буквы.

DONOT USEPC

Расшифрование происходит так же, как зашифрование, только вы вычитаете ключевой поток из шифртекста.

ГЕНЕРАЦИЯ БУКВ КЛЮЧЕВОГО ПОТОКА

Это суть «Пасьянса». Приведенное выше описание шифрования и расшифрования работает для любого поточного шифра с обратной связью по выходу. Дальше объясняется, как работает «Пасьянс».

«Пасьянс» генерирует ключевой поток с помощью колоды карт. Колоду в 54 листа (помните про джокеров) можно представить как 54-элементную перестановку. Существует 54!, или 2, 31 х 1071 возможных раскладов колоды. Что еще лучше, в колоде 52 листа (без джокеров), а в латинском алфавите — 26 букв. Мимо такого совпадения грех пройти.

Для «Пасьянса» в колоде должен быть полный набор из 52 карт и двух джокеров. Джокеры должны как-то отличаться. (Обычно так оно и есть. В колоде, на которую я смотрю, когда пишу, на джокерах звезды: на одном большая, на другом маленькая.) Пусть один джокер будет А, другой Б. Обычно графический элемент у джокеров одинаковый, отличается только размер. Назовите больший джокер «Б» от слова «больше». Если вам так проще, напишите на джокерах «А» и «Б», но помните, что, если вас поймают, вам придется объяснять это тайной полиции.

Для инициализации колоды возьмите ее в руку, лицом вверх. Потом разложите карты в начальной последовательности, которая представляет собой ключ. (Про ключ я объясню позже, но это не то же, что ключевой поток.) Теперь мы готовы сгенерировать цепочку букв ключевого потока.

Вот «Пасьянс»:

1. Найдите джокер А. Переложите его на одну карту вниз. (То есть поменяйте местами с картой, которая лежит сразу под ним.) Если джокер — нижняя карта в колоде, положите его под верхнюю карту.

2. Найдите джокер Б. Переложите его на две карты вниз. Если джокер — нижняя карта в колоде, положите его под две верхние карты. Если предпоследняя, положите сразу под верхнюю. (В общем, представьте, что колода — это петля… ну, поняли.)

Важно выполнять эти два шага в указанной последовательности. Есть соблазн облениться и перекладывать джокеры в том порядке, в каком они вам попадутся. Это не страшно, если только они не лежат близко.

Так что если колода до шага 1 выглядела так:

3 А Б 8 9

то после шага 2 она будет выглядеть:

3 А 8 Б 9

Если есть сомнения, помните, что джокер А надо перекладывать первым. И будьте внимательны, когда джокеры внизу колоды.

3. Подснимите колоду. То есть поменяйте карты над первым джокером с картами под вторым джокером. Если колода выглядела так:

2 4 6 Б 4 8 7 1 А 3 9

то после подснимания она будет выглядеть:

3 9 Б 4 8 7 1 А 2 4 6

«Первый» и «второй» джокер относятся к джокерам, которые лежат соответственно ближе и дальше от верха колоды. На этом шаге не важно, какой из них А, какой Б.

Помните, что джокеры и карты между ними не перекладываются; местами меняются нижняя и верхняя стопка. Если в одной из стопок карт нет (джокеры лежат рядом, либо один из них сверху или снизу), считайте эту стопку пустой и перемещайте ее, как полную.

4. Подснимите по счету. Взгляните на нижнюю карту. Превратите ее в число от 1 до 53. (Последовательность мастей, как в бридже: трефы, бубны, червы, пики. Если карта ¦, ее значение соответствует достоинству. Если это ¦, то достоинству плюс 13. Если ¦, достоинству плюс 26. Если ¦, достоинству плюс 39. Один из джокеров — 53.) Отсчитайте от верха колоды это число. (Я обычно считаю от 1 до 13 требуемое число раз: это проще, чем последовательно досчитывать до больших чисел.) Выньте карты ниже той, до которой вы досчитали, оставив последнюю внизу. Если колода выглядела так:

7… карты… 4 5… карты… 8 9

и девятой картой была 4, после подснимания она будет выглядеть так:

5… карты… 8 7… карты… 4 9

Последняя карта остается на месте, чтобы сделать шаг обратимым. Это важно для математического анализа его безопасности.

5. Найдите карту-результат. Посмотрите на верхнюю карту. Переведите ее в число от 1 до 53, как описано выше. Отсчитайте это число карт. (Считайте верхнюю карту номером первым.) Запишите карту после той, до которой вы досчитали, на листке бумаги. Если это джокер, ничего не записывайте и начните снова с шага 1.) Это первая карта-результат. Заметьте, что этот шаг не изменяет состояние колоды.

6. Переведите карту в число. Как и прежде, пользуйтесь последовательностью мастей, принятой в бридже, в порядке возрастания: ¦, ¦, ¦ и ¦. То есть от Т¦ до К¦ — от 1 до 13, от Т¦ до К¦ — от 14 до 26, от T¦ до К¦ — от 27 до 39, и от Т¦ до К¦ — от 40 до 52.

Вот и весь «Пасьянс». С его помощью вы можете получить столько чисел ключевого потока, сколько потребуется.

Знаю, что в разных странах колоды немного разные. В целом не важно, какую последовательность мастей использовать или как переводить карты в цифры. Важно лишь, чтобы отправитель и получатель сговорились о правилах. Если вы не будете выполнять все операции одинаково, вы не сможете общаться.

НАСТРОЙКА КОЛОДЫ

«Пасьянс» надежен в той мере, в какой надежен его ключ. То есть простейший способ взломать «Пасьянс» — выяснить, каким ключом пользуются коммуниканты. Если у вас нет хорошего ключа, все остальное бесполезно. Вот несколько советов по поводу обмена ключом.

1. Перетасуйте колоду. Случайный ключ — самый лучший. Один из коммуникантов может случайным образом перетасовать колоду и разложить вторую точно таким же способом. Одна должна быть у получателя, вторая — у отправителя. Большинство людей плохо тасуют карты, поэтому перетасуйте колоду не меньше десяти раз. Лучше взять колоду, которой уже играли, чем только что распечатанную. Обязательно нужно иметь запасную колоду, разложенную в том же порядке, иначе, сделав ошибку, вы уже не сможете прочесть сообщение. И помните, что ключ уязвим: тайная полиция может найти колоду и переписать ее порядок.

2. Используйте бриджевые комбинации. Расклады бриджа, которые печатают в газетах или книгах по карточным играм, соответствую 95-битному ключу. Если коммуниканты договорятся, как, исходя из этого, раскладывать колоды и куда помещать джокеры (может быть, после первых двух карт, упомянутых в разборе), это сработает. Учтите: тайная полиция может найти колонку с бриджем в газете, которой вы решили пользоваться, и списать порядок карт. Можно сговориться на чем-нибудь вроде «используй колонку бриджа из газеты в твоем родном городе на день зашифровки сообщения» или похожем. Можно использовать список ключевых слов для поиска на веб-сайте «Нью-Йорк тайме». Поиск даст вам какую-нибудь статью; возьмите бриджевую колонку из номера, в котором она напечатана. Если ключевые слова будут найдены или перехвачены, их сочтут паролем. Придумайте какой-нибудь свой вариант: помните, что тайная полиция тоже читает книги Нила Стивенсона.

3. Используйте пароль для расклада колоды. В этом методе для первоначального расклада используется алгоритм «Пасьянса». И отправитель, и получатель знают пароль. (Например, «SECRET KEY».) Начните с колоды, разложенной по порядку, самая младшая сверху, последовательность мастей, как в бридже. Проделайте операцию «Пасьянс», но вместо шага 5 выполните еще одно подснимание по счету, основываясь на первой букве пароля (в данном примере 19). (Не забудьте положить верхние карты сразу над нижней картой колоды, как и раньше.) Выполните это по разу на каждую букву. Еще две буквы определят положение джокеров. Помните, впрочем, что уровень случайности на букву в стандартном английском примерно 1, 4 бита. Для безопасности нужен пароль по меньшей мере из 80 букв; я рекомендую не меньше 120. (Уж простите, но более короткий ключ не дает надежного уровня безопасности.)

ПРИМЕРЫ

Вот несколько примеров, чтобы потренироваться с «Пасьянсом»:

Пример 1: Начните с неразложенной колоды: Т¦ — К¦, Т¦ — K¦, Т¦ — К¦, Т¦ — К¦, джокер А, джокер Б (можете считать это последовательностью 1—52, А. Б). Тогда первые десять результатов:

4 49 10 (53) 24 8 51 44 6 33

53, естественно, пропускается. Я оставил это число только для ясности. Если открытый текст:

ААААА ААААА

то шифртекст:

EXKYI ZSGEH

Пример 2: Используя метод настройки 3 ключ «FOO», получаем первые 15 результатов:

8 19 7 25 20 (53) 9 8 22 32 43 5 26 17 (53) 38 48

Если открытый текст состоит из одних «А», то шифртекст будет:

ITHZU JIWGR FARMW

Пример 3: Используя метод настройки 3 и ключ «CRYPTONOMICON», сообщение «SOLITAIRE» зашифровывается как:

KIRAK SFJAN

Разумеется, надо использовать более длинный ключ. Эти примеры приведены только для тренировки. На моем веб-сайте есть еще примеры, и вы можете создать свои, используя программу на языке PERL, приведенную в этой книге.