Prečo správy šifrujeme?

08. sep. 2017 • Technické vedy

Prečo správy šifrujeme?

Predstavme si situáciu, že Janko chce poslať tajnú správu svojmu kamarátovi Jurkovi tak, aby ju nikto okrem Jurka neprečítal. Pri tvorbe takejto šifrovanej (zamaskovanej) správy musí Janko zvoliť spôsob alebo metódu ako správu z čitateľnej podoby pretvoriť do nečitateľnej (zašifrovanej) podoby. Tento postup označujeme šifrovaním a veda, ktorá sa metódami šifrovania zaoberá, sa nazýva kryptológia. Aj takéto informácie sa dozvedeli a zároveň si mohli vyskúšať aj niekoľko praktických zdaní účastníci tohoročnej Žilinskej detskej univerzity, ktorá sa počas júlového týždňa konala už po trinásty krát.

Malí študenti sa naučili, že slovo kryptológia vzniklo z gréčtiny a znamená: kryptós – skrytý a logo – náuka. „Kryptológia je vlastne zbraň, ktorá je štítom v boji proti nepriateľom na pomyselnej informačnej ´diaľnici´. Šifry sa používajú od nepamäti a cieľom vždy bolo nájsť takú šifru, ktorú by nezasvätený nemohol rozlúštiť,“ vysvetľovala prednášajúca doc. Ing. Mária Franeková, PhD.

História šifrovania je dlhá viac než 4000 rokov a behom storočí sa udiali veľmi zaujímavé a poučné príbehy, píše sa v podkladoch k tejto prednáške. „Vojvodcovia, králi a cisári pomocou šifier ´skrývali´ svoje úmysly, plány pred zvedavými očami nepriateľov. Školáci si pomocou šifier posielali zašifrované odkazy. V súčasnosti sa šifry využívajú v tak bežných technických prostriedkoch ako napr. rádiové a televízne vysielače, počítačové, satelitné siete, mobily a pod. Moderná doba nám teda priniesla a naďalej prináša ďalšie výzvy a kryptológii vtlačila novú úlohu. Úlohu všestranného informačného ochrancu dát pre všetky oblasti využitia počítačových technológií.“

šifrovací stroj ENIGMARozvoj umenia tajného písma a šifier nastal v oblasti výskytu veľkých civilizácií, a to v Mezopotámii a Egypte. V oblasti pri rieke Níl sa našli prvé hlinené tabuľky obsahujúce prvé netradičné hieroglyfy namiesto obvyklých hieroglyfov, čím sa text pre bežného čitateľa stal zašifrovaným. Počas prednášky tiež odznelo, že majster pisár ich zhotovil okolo roku 1900 pred našim letopočtom. Ďalší nález jednoduchých šifier pochádza z Mezopotámie (približne v roku 1500 pred našim letopočtom). Boli to záznamy hrnčiarov, ktorí týmto spôsobom chceli utajiť svoje recepty na výrobu glazúr.

Účastníci Žilinskej detskej univerzity sa následne dozvedeli, že jednoduchú šifru, nazývanú atbaš používali aj Hebrejci, a to v roku 600 – 500 pred našim letopočtom. „V tejto šifre je prvé písmeno abecedy nahradené posledným, druhé predposledným, atď. a naopak. Prejavy tohto šifrovania nájdeme aj v Starom zákone. V hebrejskej literatúre sú známe podobné ďalšie dve šifry: albam a atbah,“ uvádza sa v podkladoch.

Ako vlastne vniklo slovo šifra a čo to znamená šifrovať správu? Prednášajúca deťom vysvetlila, že slovo šifra má pôvod v Indii, aj keď pôvodne išlo o slovo s úplne iným významom, ktoré označovalo číslicu nula a neskôr všetky arabské čísla. Slovo šifra postupne vniklo zo slov zephirium (z arabčiny) alebo chiffre (z francúzštiny). Až od 16. storočia je obsah slova šifra taký, ako ho poznáme dnes.

Ďalej sa mladí študenti zaoberali tým, čo to vlastne šifrovanie je, pričom prednášajúca využila názorný príklad: Janko je odosielateľ, ktorý chce poslať zašifrovanú správu svojmu kamarátovi Jurkovi. Jurko je teraz prijímateľ správy. Janko aj Jurko musia byť dohodnutí, aký šifrovací algoritmus budú používať (ten môže byť známy aj iným účastníkom prenosu) a tiež musia byť dohodnutí na šifrovacom kľúči, ktorý musia udržať v tajnosti (nesmú ho nikomu prezradiť). Kľúč by mal byť kvôli zvýšeniu bezpečnosti pre každú správu iný (mal by sa meniť). Janko zašifruje správu pomocou šifrovacieho algoritmu a kľúča, čím vznikne šifra alebo šifrovaná správa. Jurko dešifruje prijatú zašifrovanú správu pomocou dohodnutého tajného kľúča a dešifrovacieho algoritmu, čím vznikne pôvodná správa. Dešifrovanie je teda inverzný (opačný) proces ku šifrovaniu. Takémuto systému hovoríme, že ide o systém s tajným kľúčom, lebo kľúč je len jeden (rovnaký pri šifrovaní a dešifrovaní) a používa sa pri šifrovaní aj dešifrovaní.

Následne sa počas prednášky prešlo na históriu praktickej kryptografie. Odznelo, že šifrovanie sa v minulosti využívalo prevažne počas vojen alebo na ochranu tajných dokumentov. „História praktickej kryptografie sa pravdepodobne začína u starých Grékov. V 7. stor. p. n. l. používali v Sparte prvú známu mechanickú pomôcku na šifrovanie – skytalé. Doslovne to znamená palicu, ktorou boli vyzbrojení spartskí stratégovia na vojenských výpravách. Palica rovnakého rozmeru zostala u spartských eforov doma. Skytalé sa používala na doručovanie tajných správ takým spôsobom, že na palicu sa navinul kožený prúžok, na ktorý sa pozdĺžne napísala správa. Po napísaní sa prúžok zvinul a napísaná správa sa dala prečítať len po navinutí na palicu toho istého priemeru.“

Okrem starého Grécka sa šifry používali aj v starom Ríme, pokračovala prezentácia počas Žilinskej detskej univerzity. „V roku 60 – 50 p. n. l. Július Cézar používal jednoduchú šifru, ktorá po ňom nesie aj pomenovanie. V Cézarovej šifre sa každé písmeno nahradí písmenom, ktoré v abecednom poradí leží tri písmena za ním. Na tú dobu to bola prakticky nerozlúštiteľná šifra, jednoduchá a účinná. Historici hovoria, že Július Cézar využíval svoju šifru aj pri ľúbostnej korešpondencii (písaní listov) svojej láske Kleopatre.“

V teoretických podkladoch sa ešte uvádza, že zaujímavý spôsob šifrovania ponúka Jules Verne vo svojej knihe 800 míľ po Amazone: Pre napísaný text je zadané číslo, napr. 5879. Ak chcete text zašifrovať, musíte k prvému znaku pridať 5 znakov, k druhému 8, k tretiemu 7, ku štvrtému 9, k piatemu 2 a zasa odznova – k šiestemu 5, atď., ak prídete k písmenu z, pokračujete od písmena A. Napr. text AHOJ, by sa v telegrafnej abecede bez medzery zašifrovalo ako FPVS. V ďalšej knihe Nový gróf Monte Christo ponúka ten istý autor šifrovanie pomocou Cardanovej mriežky. „V štvorci sú napísané znaky zdanlivo bez logického usporiadania (prípadne môžu mať aj zmysel). Pokiaľ chceme správu rozlúštiť, potrebujeme mriežku, ktorá má niektoré okienka vystrihnuté. Po priložení na papier sa zbytočné znaky skryjú a cez okienka môžeme prečítať vylúštený text. Text možno prípadne prehodiť od konca alebo skombinovať s iným spôsobom šifrovania. Zvyčajne je mriežka vytvorená tak, že po každom otočení o 90° sa vystrihnuté okienka dostanú nad ešte neodkryté znaky, ktoré sú pokračovaním správy. Rozšifrovať správu bez kľúča hociktorým z týchto postupov bolo náročné, ale pokiaľ ste poznali spôsob a vedeli trošku kombinovať, nie nemožné.“

Malí študenti sa ešte oboznámili aj s faktami ako napríklad, že v roku 1790 americký minister zahraničných vecí Thomas Jefferson vynašiel mechanický šifrátor, ktorému sa hovorí Jeffersenov valec. Pozostáva z 26 rovnakých koliesok, ktoré sú nasunuté na spoločnú os a tak vytvárajú valec. Na obvode jednotlivých koliesok sú napísané všetky písmená abecedy v rozhádzanom poradí. Pri šifrovaní sa jednotlivé kolieska proti sebe otáčajú tak, že nakoniec dávajú vo zvolenom riadku na obvode valca požadovanú správu. Šifrovaný text sa prečíta z riadku nasledujúceho alebo z iného vybraného z 26 možných. Kolieska boli číslované a mohli byť menené alebo poprehadzované.

V roku 1923 vznikla najznámejšia z elektromechanických rotorových strojov – nemecká Enigma . Je založená na vynálezoch Huga Kocha a Arthura Scherbiusa a má mnoho variant. Vo variante A bola predstavená už v roku 1923 ako komerčné zariadenie na medzinárodnom poštovom kongrese v Berne. Počas 2. svetovej vojny bola používaná v rôznych variáciách, predovšetkým nemeckou armádou. Po druhej svetovej vojne nastáva obdobie, kedy vznikajú desiatky najrôznejších mechanických a neskôr elektromechanických šifrovacích strojov. Tie sa používajú až do 70. rokov.

„S počítačmi nastúpila nová éra šifrovania. Pôvodné postupy boli vďaka ´obmedzenému´ množstvu možností zavrhnuté a hľadali sa postupy, ktoré by priniesli tak veľký počet kombinácií, že by ich počítač nedokázal skontrolovať v reálnom čase (niekoľko dní, resp. rokov). Po zapojení počítačov do lúštenia sa postup neuveriteľne zrýchlil, pretože ide vlastne len o nájdenie všetkých možných (zvyčajne existujú rôzne ´urýchlenia´) kombinácií a vyhľadanie správnej. Zistiť kombinácie je pre počítač hračkou, určenie správnej sa zvyčajne robí tak, že ´vykombinované´ slová sa porovnávajú so slovnou zásobou určeného jazyka. Počítač nevie, či slová, ktoré získal rozšifrovaním sú správne, preto ich potrebuje porovnať so skutočnými,“ hovorilo sa v rámci prednášky k problematike šifrovania.  

Moderné oblasti šifrovania

Kde sa stretávame so šifrovaním dnes? Kým v minulosti to bolo najmä v oblasti diplomacie, vojenských a špionážnych služieb, dnes sa šifrovanie stáva bežnou súčasťou každodenného života. Môžeme sa s ním stretnúť všade tam, kde sa používajú informačné a komunikačné systémy s pracovnými stanicami (PC, laptopy), servery a siete. „Bežný smrteľník sa stretne so šifrovaním asi najskôr pri posielaní elektronickej pošty, kde zvyčajne môžete nastaviť, čisa budú  informácie posielať bežným spôsobom (a pokiaľ ich niekto ´odchytí´, bude ich mať k dispozícii v čitateľnom tvare) alebo sa budú šifrovať,“ uvádza sa v podkladoch zverejnených na webe Žilinskej detskej univerzity.

Zdôraznené ešte bolo, že je veľmi dôležité si vedieť ochrániť aj svoj personálny počítač, najmä, ak je pripojený na internet. V súčasnosti sa touto problematikou zaoberá odbor počítačová bezpečnosť. Na ochranu svojho počítača môžeme v prvom rade používať antivírusový program, ktorý chráni naše dáta pred rôznymi vírusmi. Ďalej je dobré, keď používame pri pripojení PC na internet firewall – tzv. bránu, ktorá odfiltruje všetky „škodliviny“, a tým chráni náš počítač. Šifrovanie môžeme použiť pri elektronickej pošte alebo môžeme zašifrovať dáta ako celok na hard disku.

V závere ešte prednášajúca deťom pripomenula, že na to, aby pochopili všetky tajomstvá šifrovania a šifrovacích metód, je potrebné dobre zvládnuť učivo najmä z oblasti matematiky, informatiky a iných technických predmetov. „Verím, že prepadnete tomuto ´očarujúcemu´ odboru a v budúcnosti sa z vás stanú výborní kryptológovia.“

*********************************************

Počas celého týždňa sa malí študenti zúčastňovali zaujímavých prednášok a cvičení z oblasti matematiky, prírodovedy, prípadne fyziky, chémie a biológie, ktoré pripravovali pedagógovia a študenti zo všetkých siedmich fakúlt UNIZA.

Elektrotechnická fakulta Žilinskej univerzity v Žiline už od roku 2005 každoročne nadväzuje na výnimočnú aktivitu v oblasti propagácie vedy a techniky v spoločnosti medzi najmladšími žiakmi základných škôl.

Člen organizačného tímu a súčasne prodekan pre vedu a výskum Elektrotechnickej fakulty doc. PaedDr. Peter Hockicko, PhD., je s tohtoročnou ŽDU mimoriadne spokojný: „Myslím si, že nič nepoteší pedagóga viac ako slová rodičov, že deti chodia domov nadšené a že sa im to tu páči. A to bol aj účel ŽDU 2017, vzbudiť u detí záujem o ďalšie štúdium, prebudiť v nich zvedavosť, aby sa pýtali, skúmali a objavovali a aby sa ich vzťah k vede a technike zmenil pozitívnym smerom,“ zhodnotil.

 

Odborný garant: doc. Ing. Mária Franeková, PhD.

Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR

Foto: ŽU v Žiline

Ilustračné foto: Pixabay.com

Uverejnila: VČ

Súvisiace:

Články
Hore
kúpa časopisov jún 2016
TVT 2017 fotografická súťaž
film Cesta času
kam za vedou 1
QUARK
Extrapolácie 2017
téma mesiaca
Aurelium - centrum vedy
Prechod VK na VND - jeseň
Veda v Centre
TVT 2017 výtvarná súťaž
Noc výskumníkov 2017
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
kam za vedou 2
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Tajné správy šifroval už Gaius Július Cézar.
Zistite viac