Вадим Гребенников - Американська криптологія. Історія спецзв'язку

Крім того, Медісон як член вірджінської делегації на Континентальному конгресі користувався номенклатором, який складався приблизно з 846 елементів, щоб надсилати приватні листи губернатору штату Віргінія Бенджаміну Гарісону. Його система складалася щз перечня чисел, букв, складів і географічних назв, таких як Відень тощо. З 1801 року Медісон, перебуваючи на посаді державного секретаря США, для листування з Лівінгстоном, який у той час був послом у Франції, користувався номенклатором, що мав 1700 елементів. З 1803 року Медісон листувався зі своїми представниками Лівінгстоном і Джеймсом Монро вже новим кодом, який отримав назву «шифр Монро». Хоча ця система була названа шифром, вона мала усі властивості номенклатора, 1600 елементів якого були розташовані у алфавітному порядку.

У 1790-х роках американська криптологія збагатилася чудовим винаходом. Його автором був державний діяч, перший державний секретар, а потім і президент США Томас Джеферсон. Свою систему шифрування він назвав «дисковим шифром». Цей шифр реалізовувався за допомогою спеціального пристрою, що згодом назвали «шифратором Джеферсона». Конструкція шифратора може бути коротенько описана таким чином.

Дерев'яний циліндр розрізався на 36 дисків (у принципі, загальна кількість дисків може бути й іншою). Ці диски насаджувалися на одну загальну вісь таким чином, щоб вони могли незалежно обертатися на ній. На окружності кожного з дисків виписувалися всі букви англійського алфавіту в довільному порядку. Послідовність букв на різних дисках була різною. На поверхні циліндра виділялася лінія, рівнобіжна його вісі. При шифруванні відкритий текст розбивався на групи по 36 знаків, потім перша буква групи фіксувалася положенням першого диска по виділеній лінії, друга – положенням другого диска й так далі. Шифрований текст утворювався шляхом зчитування послідовності букв по будь-якій рівнобіжно виділеній лінії.

Зворотний процес здійснювався на аналогічному шифраторі: отриманий шифротекст виписувався шляхом повороту дисків по виділеній лінії, а відкритий текст відшукувався серед рівнобіжних їй ліній шляхом прочитання осмисленого можливого варіанта. Хоча теоретично цей метод дозволяв припустити появу різних варіантів відкритого повідомлення, але, як показав накопичений того часу досвід, це було малоймовірно: осмислений текст читався тільки по одній з можливих ліній. Шифратор Джеферсона реалізовував раніше відомий шифр багатоалфавітної заміни. Частинами його ключа був порядок розташування букв на кожному диску та порядок розташування цих дисків на загальній осі. Загальна кількість ключів була величезна.

Цей винахід став провісником появи так званих дискових шифраторів, що знайшли широке поширення в розвинутих країнах у XX столітті. Шифратор «М-94», який був аналогічний шифратору Джеферсона, використовувався в армії США під час Другої світової війни. Однак при житті Джеферсона доля його винаходу склалася невдало. Будучи держсекретарем, сам Джеферсон продовжував використовувати традиційні коди (номенклатори) та шифри Віженера. Він дуже обережно відносився до свого винаходу та вважав, що його потрібно ґрунтовно проаналізувати. З цією метою він тривалий час підтримував зв'язок з математиком Р. Патерсоном.

В результаті обміну інформацією Патерсон запропонував свій власний шифр, який, на його думку, був більш надійним, ніж шифр Джеферсона. Він являв собою шифр вертикальної перестановки з уведенням «пустишок». За своєю стійкістю він значно поступався шифру Джеферсона, однак той прийняв доводи свого опонента та визнав його шифр більш прийнятним для використання. Таким чином, Джеферсон сам не оцінив усієї значимості свого власного винаходу.

У 1817 році полковник американської армії, начальник артилерійсько-технічної служби армії США Д. Уодсворт також запропонував свій механічний шифратор. Основними елементами пристрою були два шифрувальні диски. По окружності першого з них (верхнього), що реалізовував алфавіт відкритого тексту, за абеткою були розташовані 26 букв англійського алфавіту. На другому (нижньому) диску з алфавітом шифрованого тексту в довільному порядку розташовувалися ці ж букви та цифри від 2 до 8. Таким чином, він містив 33 знаки. Літери на диску були зйомними, що дозволяло змінювати алфавіт шифрованого тексту. Диски були з'єднані між собою шестерною передачею з числом зубів 26 х 33.

При обертанні першого диска (за допомогою кнопки) на один крок другий диск обертався також на один крок в інший бік. Оскільки числа 26 і 33 були взаємно простими, то при покроковому обертанні першого диска обидва диски поверталися у початковий стан через 26 х 33 = 858 кроків. Диск відкритого тексту обертався тільки в один бік. Диски містилися у футлярі, у якому були прорізані вікна. За допомогою спеціальної кнопки шестірні роз'єднувалися, що дозволяло незалежно один від одного повертати диски в початкове для шифрування положення (за допомогою додаткових кнопок). Довгостроковим ключем був алфавіт шифрованого тексту (їхня кількість була 33), а разовий ключ складався з двох букв (верхнього та нижнього диска) і встановлювався у вікнах при незалежному повороті дисків. Кількість разових ключів була: 26 х 33 = 858.