Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров

в 10:10, , рубрики: Без рубрики

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 1
Скульптура Kryptos у штаб-квартиры ЦРУ

Агентство национальной безопасности США наконец-то рассекретило третью часть известного учебника «Военная криптоаналитика» (MILCRYP), написанного для обучения специалистов АНБ и военных криптоаналитиков во время Холодной войны. Последняя часть трёхтомника опубликована с некоторыми купюрами, но всё равно представляет огромную ценность, ведь у нас не так много практических пособий по взлому шифров. Речь идёт о неизвестных, сложных кодах, которые составлены по непонятным правилам. Как к ним подступиться? Как найти зацепки? Книга отвечает на эти вопросы.

Возможно, учебник АНБ поможет расшифровать тексты, которые в течение многих десятилетий и столетий не поддаются криптоанализу. И даже тысячелетий, как в случае с критской письменностью из III тысячелетия до нашей эры (минойская цивилизация).

Автор учебника — военный криптолог Ламброс Каллимахос (Lambros Callimahos), ассистент и давний помощник Уильяма Фридмана, «отца американской криптологии», автора трёх учебников по военной криптографии и разработчика девяти шифровальных машин, три из которых запатентованы, а шесть остаются засекреченными по сей день. Именно группа Фридмана взломала японский код Purple в начале Второй мировой войны.

Трёхтомник вышел в октябре 1977 года.

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 2

Трилогия «Военная криптоаналитика» объясняет, как взламывать все типы кодов, включая военные коды и головоломки, которые создаются исключительно в соревновательных целях. Это методическое пособие по классической криптографии, которая оперирует с буквами и цифрами. В отличие от современной (компьютерной) криптографии, которая манипулирует с битами, хотя иногда данные области пересекаются.

Первые две части в открытом доступе с 80-х:

Там идёт речь о взломе известных типов классических шифров, таких как подстановочные и перестановочные шифры (замена и перестановка символов). Особый интерес представляла третья часть учебника.

Однако в 1992 году Министерство юстиции США заявило, что публикация третьей книги может нанести ущерб национальной безопасности, раскрыв «методы АНБ по взлому шифров». С того же года началась борьба криптографического сообщества за раскрытие информации. Властям был направлен ряд запросов по Закону о свободе информации. В конце концов, в декабре 2020 года книгу всё-таки опубликовали.

Принципы криптодиагностики

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 3

По мнению специалистов, ключевой в книге Каллимахоса является глава под названием «Принципы криптодиагностики» (Principles of Cryptodiagnosis), в которой описывается систематический трёхэтапный подход к расшифровке сообщения, закодированного неизвестным методом. С содержанием этой главы можно ознакомиться на страницах 323−414 в опубликованном pdf.

В рутинном режиме разведка перехватывает тысячи сообщений. Если шифр уже знаком, то разведчикам понятен алгоритм, по которому зашифрованы тексты. Но если они сталкиваются с чем-то новым, то должны прежде всего выяснить метод шифрования.

Как подробно описывает Каллимахос в этой главе, следует начать со сбора всех необходимых данных. Это данные трёх типов:

  1. шифротекст;
  2. любой известный исходный открытый текст;
  3. важная контекстная информация.

В «спортивных» головоломках часть открытого текста может быть передана в помощь разгадывающему. В случае с секретными военными сообщениями разгадывающий может подозревать, что в шифротексте зашифрованы определённые слова, основываясь на прошлых знаниях. Например, могут быть такие ключевые термины, как [НАЧАЛО], [КОНЕЦ] или конкретные имена, места, адреса.

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 4
Примеры индикаторов

Собрав все данные, взломщик упорядочивает и переставляет их, чтобы найти неслучайные характеристики.

Например, изучим такой лог шифровок:

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 5

Поскольку $A1$ — очевидный дискриминант, индикатор может находиться в позиции $A2$. А если для шифрования индикатора используется текстовая группа, то мы можем выявить важную закономерность, если попробуем сложение разных групп возле начала или конца. Иногда требуется вычитание всех пар групп $A1-A5$ и $Z4-Z0$ цифра за цифрой (любопытно, что в этом месте две страницы учебника остались засекречены: вероятно, там упоминались какие-то нестандартные техники). В нашем случае вычитаем все пять цифр числа $A3$ последовательно из цифр числа $A2$:

6−8=8
7−2=5
4−1=3
7−4=3
0−8=2

Таким образом, $67470−82148=85332$.

Вот общий результат:

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 13

А это уже упорядоченная последовательность. Видно, что сложение первых двух разрядов даёт третий: $8+5=(1)3$, $8+6=(1)4$ и так далее, то есть это последовательность в возрастающем порядке. Более того, если вычесть $2$ из колонки $GR$ (количество текстовых блоков в каждом сообщении), то из двух последних разрядов мы получим непрерывный след в координатном пространстве 10×10:

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 18

Первая координата $3−2$ соообщения с $62−2=60$ текстовыми группами даёт нам число $32+60=92$. Это координата начала следующего сообщения с отметки $9−2$. В том сообщении $81−2=79$ текстовых групп, что переносит нас в точку $92+79=(1)71$. И так далее.

В следующем примере зашифрованные индикаторы в группе $A2$ вскрываются, если из них вычесть значения $Z1$.

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 27

1−8=3
4−3=1
5−1=4
7−6=1
1−5=6

Теория подтверждается путём аналогичного вычитания значений $Z0$ из цифр в колонке $А2$, что даёт аналогичные расшифрованные индикаторы:

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 30

Как несложно было заметить, разница между значениями $А2$ и $А3$ такая же, как между $Z1$ и $Z0$. Это дополнительно указывает на то, что их следует использовать попарно.

Когда мы расшифровали индикаторы, наступает третий этап — попытка понять и объяснить эти характеристики.

Три названных шага — пример байесовского вывода. Это «статистический вывод, в котором свидетельство и/или наблюдение используются, чтобы обновить или вновь вывести вероятность того, что гипотеза может быть верной; название байесовский происходит от частого использования в процессе вывода теоремы Байеса, которая была выведена из работ преподобного Томаса Байеса».

С помощью таких методов взломщик шифра учитывает весомость доказательств и пытается догадаться о вероятной причине наблюдаемого эффекта.

Неразгаданные шифры

Для криптоаналитика важно понимать логику шифровальщика, автора задачки. Ведь опытный шифровальщик обязательно оставит в шифре хотя бы несколько неслучайных закономерностей, ключиков к разгадке. Иначе головоломка станет абсолютно невозможной для расшифровки.

Представьте, что вы создали головоломку, но спустя много лет никто так и не смог её разгадать. Это весьма печально. В таком случае автор начинает выпускать подсказки. Например, головоломка из книги «Маскарад» от 1979 года была решена только после публикации нескольких подсказок в 1980 году в газете Sunday Times.

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 35

Ответ к головоломке «Маскарад» спрятан в 15 иллюстрациях книги. Чтобы решить головоломку, нужно поочерёдно пройтись по каждой картинке и найти животных и людей. Провести линию от левого глаза каждого изображённого существа через самый длинный палец на левой руке и до одной из букв на границе страницы. Затем от левого глаза через самый длинный палец на левой ноге, от правого глаза через самый длинный палец на правой руке; и, наконец, от правого глаза через самый длинный палец на правой ноге (полное решение)

Если никто не разгадал загадку даже после множества подсказок, значит код слишком сложен для взлома. Это означает, что в конечном итоге придётся раскрыть метод, который вы использовали. Одним из примеров является сложнейший шифр Chaocipher. В данном случае сообщения практически невозможно расшифровать, если не знать метод.

Истории известны примеры, как шифры всё-таки поддаются взлому после многолетних усилий. В прошлом году был разгадан знаменитый шифр Z340, который разработал серийный убийца Зодиак в 1969 году. Шифр взломала международная команда любителей-криптоаналитиков после 51 года напряжённой работы. В течение многих лет команда тщательно и систематически вела список наблюдений. В конце концов, это дало результат.

Путём выборки методом Монте-Карло исследователи проверили, являются ли закономерности в шифротексте случайными или нет. Вместе с детальным знанием контекста и после взлома предыдущего шифра Зодиака, они сумели понять метод шифрования.

Другой пример — скульптура Kryptos у офиса ЦРУ, работа американского скульптора Джима Сэнборна. На ней несколько шифровок, которые тоже долгое время не поддавались взлому. Самая сложная из них — К4.

Шифротекст К4 остаётся неразгаданным около 30 лет. Вот он:

OBKRUOXOGHULBSOLIFBBWFLRVQQPRNGKSSOTWTQSJQSSEKZZWATJKLUDIAWINFBNYPVTTMZFPKWGDKZXTJCDIGKUHUAUEKCAR

Это действительно сложный шифр. Его составитель Эд Шейдт (Ed Scheidt), председатель Криптографического центра ЦРУ, оценивал сложность в 9 из 10 возможных баллов. Так было необходимо, чтобы шифр не разгадали быстро — всё-таки он ежедневно будет раздражать лучших аналитиков из ЦРУ по дороге в офис. По замыслу автора, шифр должен быть разгадан через пять, семь или, может быть, десять лет.

Однако Эд просчитался.

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 36
Последняя подсказка от Джима Сэнборна по секции K4, апрель 2020 года

Почему шифр K4 настолько трудный? Во-первых, фрагмент состоит всего из 97 символов, очень короткий, что означает меньшее количество данных и меньшее количество подсказок. Метод шифрования, использованный для его создания, неизвестен, и существует мало контекста того, как он мог быть зашифрован. Независимые криптографы на конференции DEFCON жаловались и на другие трудности: офис ЦРУ трудно найти (у него нет адреса), а на территорию не пускают посторонних лиц. Поэтому скульптуру трудно разглядеть в непосредственной близости.

В одной из классических книг Джорджа Пойи «Как решать задачу» (см. русский перевод (pdf) для учителей математики от 1959 года) предлагается общий принцип решения любой задачи — обратиться к аналогичной задаче, которая уже была решена. Этот принцип применим и в мире исторических головоломок.

Но Шейдт признался, что по мере работы над Kryptos менял методологию — специально, чтобы усложнить задачу.

Некоторые предполагают, что скульптор мог случайно внести ошибку в шифротекст во время изготовления скульптуры — и перепутать какие-то знаки. Ошибка при шифровании может сделать головоломку неразрешимой. В таких случаях создатель головоломки должен объявить об этом потенциальным взломщикам шифра.

В презентации АНБ от 2007 года упоминается, что «десятки» сотрудников агентства пытались разгадать шифровку K4. Всё безуспешно.

Впрочем, надежда не умирает. С каждым годом взламывается всё больше исторических текстов, которые считались абсолютно невозможными для расшифровки. И наши вычислительные возможности растут. Возможно, когда-нибудь шифровку К4 вскроет обычный взломщик-любитель, а вовсе не агент АНБ.

Неразгаданные шифры

Вот небольшая подборка письменностей, которые до сих пор не поддались расшифровке.

Работы хватит ещё на несколько поколений.

На правах рекламы

Закажите сервер и сразу начинайте работать! Создание VDS любой конфигурации в течение минуты. Эпичненько :)

Подписывайтесь на наш чат в Telegram.

Частично рассекречено методическое пособие АНБ по взлому неизвестных шифров - 37

Автор: Анатолий Ализар

Источник

* - обязательные к заполнению поля

Главная   |  Архив новостей  |   Android  |   Google  |   Apple  |   Microsoft  |   Информационная безопасность  |   Веб – разработка
Публикации RSS  |  Комментарии RSS
https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js