Стивен Хокинг: Джордж и код, который не взломать

Код как тайнопись

Люди с давних времён научились кодировать – шифровать – сообщения так, чтобы тем, кто не знает шифра, эти сообщения казались абракадаброй. Это позволяло посылать союзникам тайные послания, которые не сможет прочесть враг.

В наши дни всякий, кто что-то покупает в интернете – например, музыку, книги или подарок, – тоже вынужден зашифровывать номер своей банковской карты, чтобы никто не украл его деньги. Современные компьютеры не только обеспечивают шифрование сообщений, но и дают возможность убедиться, что сообщение не подделано и что отправитель – не подставное лицо.

Шифрование в компьютере происходит очень быстро, ведь шифруются биты , а не буквы; а вот взломать такой шифр, если нет секретного ключа, чрезвычайно трудно. Однако взломщиков это не останавливает, они придумывают всё новые и новые методы, и вполне возможно, что рано или поздно все существующие шифры будут взломаны. Что ж, тогда придётся изобретать новые!

Языки программирования

С точки зрения математики кодирование – это превращение одного набора символов в другой по определённым правилам.

Если правильно «закодировать» (ещё говорят – «запрограммировать») команды и данные в виде ноликов и единичек, то компьютер их поймёт. Как именно это сделать? По специальным правилам, которые у каждого процессора свои. Получившиеся нолики и единички, которые «понимает» процессор, называются машинным кодом . Каждый набор правил – это особый алгоритм . Запасшись терпением, программу из ноликов и единичек можно составить самому и записать ручкой в тетради. Но у компьютера это получится гораздо быстрее.

Люди пишут программы на легко читаемых языках программирования, таких как С или FORTRAN; оба эти языка состоят из обычных английских слов, так что нет нужды возиться с ноликами и единичками. Существует много разных языков программирования, на которых мы можем «говорить» с ком пью те ром. Под «компьютерным кодом» мы обычно подразумеваем программу, написанную на одном из таких языков.

Компиляторы – это специальные программы, которые преобразуют программы на высокоуровневых языках программирования в понятный процессору машинный код. Машинный код обычно записывают в шестнадцатеричной системе счисления.

Взломать компьютерный код – значит добиться сбоя в программе или сделать нечто совершенно непредвиденное. Так, злоумышленники в интернете из хулиганских или преступных побуждений пытаются получить несанкционированный доступ к компьютеру жертвы (например, чтобы завладеть данными кредитной карты и украсть с неё деньги).

Алгоритм – это пошаговый процесс с чёткими правилами, объясняющими, как на каждом шагу преобразовать один набор символов в другой. Например, мы учимся умножать или делить в столбик по шагам – эти шаги и есть алгоритм умножения или деления в столбик. Для любого примера на умножение или деление больших чисел алгоритм работает одинаково: на каждом шагу промежуточный результат записывается на новой строчке до тех пор, пока не будет получен ответ.

Алгоритмы существуют давно. Например, Евклид описал алгоритм нахождения наибольшего общего делителя двух целых чисел примерно за 300 лет до нашей эры (хотя сам алгоритм, возможно, ещё старше).

Слово «алгоритм» происходит от имени персидского математика IX века Аль-Хорезми, который, в частности, описал алгоритмы арифметики, а также внёс большой вклад в развитие алгебры.

В XX веке математики пытались дать точное определение алгоритма на языке математики, но все их попытки оказались эквивалентны уже знакомому нам определению: «То, что может машина Тьюринга». Ни один компьютер пока не способен на большее.

Любая компьютерная программа сводится к алгоритму, который меняет значения битов в памяти компьютера на каждом цикле процессора.

– А мы смогли бы пользоваться «Энигмой», мы с Анни? Смогли бы посылать друг другу шифровки? – спросил Джордж.

– «Энигма» не умеет посылать сообщения. – Берил допила свой херес. – Она их зашифрует и расшифрует, но вам понадобится ещё и средство передачи. Раньше было принято передавать шифрованные сообщения по радио с помощью азбуки Морзе. Но в наши дни имеются технологии, которые позволяют делать и то и другое: ежесекундно зашифровывать миллиарды сообщений и рассылать их по всей планете по проводам или с помощью радиоволн; это делают компьютеры. А потом уже другие компьютеры расшифровывают эти сообщения. Любое электронное письмо, любой поисковый запрос, любой текст в командной строке – это зашифрованное сообщение. Некоторые шифры, правда, предназначены для того, чтобы их понимали все, а то в интернете сам чёрт сломал бы ногу. Но всё же, покупая в интернет-магазине, например, носки, вы наверняка захотите, чтобы как минимум номер вашей кредитной карты был зашифрован, иначе кто-то может подглядеть его и украсть ваши денежки. Представьте себе, сколько в мире компьютеров, от которых зависят важнейшие области человеческой жизни – возьмём хотя бы электричество, транспорт, оборону. Во всех этих компьютерах используется шифрование, чтобы какие-нибудь злоумышленники не сумели помешать их работе. Тот, кто взломает этот шифр, сможет шантажировать весь мир, навязывая ему свои условия.