Axborotni himoyalashning kriptografik usullari

Kriptologiyaning tarixi va fan sifatida shakllanishi

Qadimgi shifrlash uslublari har-xil jadvallarga asoslangan bo‘lib, bu jadvallar ma’lumotlar matnidagi alifbo belgilarining ma’lum tartibdagi o‘rin almashtirishlarini ifodalovchi oddiy amallardan iborat bo‘lgan. Bunda kalit vazifasini jadvalning o‘lchami, alifbo belgilarining almashtirilishini taminlovchi biror aniq jumla yoki jadvalning o‘rin almashtirishlarini tartiblovchi alohidalik xususiyati va shu kabilar o‘tagan.

Misol uchun,

ANGLASHILMOVChILIK TUSHINARSIZLIKKA OLIB KELDI

jumla ustunlarining soni 5 ta va satrlarining soni 8 ta bo‘lgan jadvalning ustunlari bo‘yicha yozib chiqilsa, so‘ngra shu jadvalning satrlari bo‘yicha guruhlansa:

A M T I L, N O U Z I, G V SH L B, L CH I I K,

A I N K E, SH L A K L, I I R A D, L K S O I

kabi shifrlangan so‘zlar hosil bo‘ladi.

Ma’lumotlarni shifrlab muhofaza qilishning turli maqsadlarda qo‘llanib rivojlanib borishi, shifrlash uslublarining foydalanuvchilar tomonidan aloqa tarmoqlarida qo‘llash uchun qulay bo‘lishini talab qilinishi bilan birga, uning bardoshliligiga bo‘lgan talabning ham kuchayishiga olib keldi. XIX asrda aloqa kommunikatsiyalarining rivojlanib borishi, tabiiy ravishda, shifrlash jarayonlarini avtomatlashtirilishini talab eta boshladi. Telegraf aloqa tizimlari vujudga keldi va ular ham, o‘z navbatida, ma’lumotlarni shifrlashni talab eta boshladi. Maxsus g‘ildirak ko‘rinishidagi, sonli shifrlash qurilmasi 1790 yilda Amerika qo‘shma Shtatlarining (AQSH) davlat kotibi, keyinchalik esa AQSHning uchinchi Prezidenti Tomas Jefferson tomonidan yaratilgan va shunga o‘xshash sonli shifrlash qurilmalari ikkinchi jahon urushi yillaridan keyin ham AQSH qurolli kuchlarida qo‘llanilib kelingan. Bunday qurilmalarning ishlashi, yetarli darajada uzun berilgan kalit bo‘yicha ma’lumotlar matnini ko‘p alifboli almashtirishga asoslangan bo‘lib, arifmometrning ishlash asoslariga o‘xshashdir. Kalitning (davriy) uzunligi shifrlash qurilmasining maxsus g‘ildiraklarini bir marta to‘la aylanishlarining umumiy davri bilan aniqlanadi. Masalan, mos holda 13, 15, 17, va 19 davriy aylanishlarga ega bo‘lgan maxsus to‘rtta g‘ildirakli qurilma 62985 (davriy) uzunlikka ega bo‘lgan kalitni beradi. Ya’ni, qurilma g‘ildiraklari biror aniq holatda turgan bo‘lsa, mana shu holatga qaytadan ketma-ket 1-g‘ildirakni 13 marta, 2-g‘ildirakni 15 marta, 3-g‘ildirakni 17 marta, 4-g‘ildirakni 19 marta aylantirish bilan erishiladi [1].

Hozirgi zamon kriptografik mashinalari asosini, 1917 yilda Edvard Xebern tomonidan yaratilgan, «Enigma - Enigma» («Jumboq» ma’nosini anglatuvchi) deb ataluvchi rotorli kriptografik mashinaning ishlash tamoyillari tashkil etadi [2]. «Enigma» mashinalarining sanoat na’munalari Siemens firmasi tomonidan ishlab chiqilib, dastlab bitta o‘qqa o‘rnatilgan to‘rtta aylanuvchi g‘ildirakdan iborat bo‘lib, biror aniq holatning, oddiy almashtirishlar yordamida, milliondan ortiq shifrlangan holatini olish imkonini bergan. Har bir g‘ildirakning ikkala tomonida 25 tadan (lotin alifbosining belgilari (harflari) sonicha) elektr bog‘lanish tugunlari joylashgan bo‘lib, g‘ildiraklar aylanganda elektr bog‘lanish impulslari ro‘y berib, harflarning almashuv jarayoni yuzaga keladi. Shifrlash jarayoni boshlanishi oldidan g‘ildiraklar kalitni belgilovchi so‘zni aniqlash holatiga o‘rnatiladi. Alifbo harflarini belgilarini boshqa belgilar bilan almashtirib shifrlash jarayoni, shifrlanishi kerak bo‘lgan belgining tugmachalarini bosish natijasida amalga oshirilgan. Bunda shifrlanishi kerak bo‘lgan belgining tugmachalarini bosish natijasida, avval 1-g‘ildirak, so‘ngra 2-g‘ildirak bir qadamga burilgan va hokazo. Natijada, kalitning uzunligi ochiq matn uzunligiga nisbatan uzun bo‘lgan. Masalan, chap va o‘ng tomondagi g‘ildiraklarning U belgisiga mos keluvchi elektr bog‘lanish tugunlari g‘ildiraklarning boshqa tomonidagi F belgiga mos keluvchi elektr bog‘lanish tugunlari bilan bog‘langan. Agar g‘ildirak bir qadamga burilsa, bu holat U belgidan keyingi V belgini F belgidan keyingi G belgiga almashtirish jarayonini ifodalaydi. To‘rt g‘ildirakli kriptografik mashinalarda alifbo belgilarini shifrlash jarayonida hamma belgi har bir g‘ildirakda o‘zgarish jarayonidan o‘tib, to‘rt karra shifrlanadi. Deshifrlash jarayonini murakkablashtirish maqsadida g‘ildiraklarning o‘rni vaqti-vaqti bilan almashtirilib turilgan. Keyinchalik esa g‘ildiraklarning soni 5 va 6 taga ko‘paytirilib, ularning harakatining ma’lum ma’noda tartibsiz bo‘lishi ta’minlangan. Bu qurilmaning hajmi katta bo‘lmaganligi hamda undan foydalanish murakkab emasligi sababli, oddiy aloqa xizmatchilari ham ishlata olganlar. Shu davrga kelib, ma’lumotlarni ishonchli shifrlash masalasi to‘la hal qilingandek edi. Lekin, Angliya kriptografik xizmatining xizmatchilari Londondan 80 km shimolda joylashgan «Bletchli Bog‘» qarorgohida ikkinchi jahon urushi yillari davomida nemislar shifrma’lumotlarini o‘qib borishga muvaffaq bo‘lganlar. Bunga Polsha razvedka xizmati tomonidan 1939 yilda qo‘lga kiritilgan «Enigma» kriptografik mashinasining chizmalari asos bo‘ldi. Gitlerchilarning Polshaga xujumidan so‘ng mashina chizmalari Angliyaning tegishli xizmat tashkilotlariga berildi. Tez orada, Angliya kriptotahlil xizmati xodimlari, «Enigma» mashinasining shifrlash kalitini bilish uchun, mashina maxsus g‘ildiraklaridagi elektr bog‘lanish tugunlarining sxemasini bilish kerakligini aniqladilar. Shundan so‘ng, «Enigma» mashinasining qurilma na’munasini qo‘lga kiritish uchun harakatlar boshlandi. Birinchi namunani Germaniyaning janubiy-sharqiy qismida joylashgan zavoddan olinishiga erishildi, ikkinchisi Norvegiya havo hududlarida urib tushirilgan nemis hujumchi samolyotlaridan, uchinchisi esa Fransiya uchun bo‘lgan janglarda asr tushgan nemis harbiy aloqachi askaridan olingan. Keyingi namunalar esa g‘ovvoslar maxsus qismlari tomonidan nemis suv osti kemalaridan olingan. 1942 yilda Alan Tyuring tomonidan maxsus elektron hisoblash mashinasi yaratilgunga qadar, «Enigma» shifrlarini deshifrlash ancha murakkab bo‘ldi. Alan Tyuringning deshifrlash uchun maxsus yaratgan va «Koloss» deb nomlangan ushbu mashinasi insoniyat dunyosida birinchi tez ishlovchi elektron hisoblash mashinasi (EHM) edi. Shundan so‘ng Angliya kriptotahlilchilari, namunalari olingan «Enigma» mashinalarining g‘ildiraklaridan foydalanib, qisqa vaqt ichida mumkin bo‘lgan barcha kalitlarni tanlab chiqib, deshifrlash masalasini hal eta boshladilar. Nemislar esa deshifrlashda EHMning qo‘llanilishini hisobga olmagan edilar. Shuni ham aytib o‘tish kerakki, 1930 yilda nemis kriptotahlilchisi Georg Shrederning «Enigma» kriptografik mashinasining shifrlash uslubiga ishonchsizlik bildirib keltirgan dalillari ko‘pchilik mas’ul mutaxassislar nazaridan chetda qolgan. 1926 yilda Amerika telefon va telegraf kompaniyalaridan birining mahandisi G.S. Vernam o‘zining ikkilik sanoq tizimsi asosida yaratgan shifrlash algoritmini e’lon qildi [3]. Vernamning shifrlash algoritmi Sezarning shifrlash algoritmiga o‘xshash bo‘lib, u quyidagi y=xz, (1.1)tenglama bilan ifodalanadi va bunda x, y, z o‘zgaruvchilar ikkilik sanoq tizimsi alifbolarida qiymatlar qabul qiladi,  belgi esa 2 modul bo‘yicha qo‘shish amalini bildiradi, ya’ni: 00=0, 01=1, 10=1, 11=0. Bu algoritmning mohiyati deshiflash kalitining faqat bir marta ishlatilishiga asoslangan bo‘lib, bunda shifrlash har safar yangi tasodifiy bitlardan iborat kalit bilan amalga oshiriladi. Bunday shifrlash uslubidan ko‘rinib turibdiki, shifrlash va deshifrlash uchun ochiq matn uzunligi bilan teng bo‘lgan bitta kalitdan foydalaniladi, hamda bu kalitning foydalanuvchiga muhofazalangan aloqa kanali orqali uzatilishi talab etiladi. Bundan tashqari, shu usul bilan shifrlangan matnni deshifrlash imkoniyati murakkab bo‘lib, bu uningmuallifi G.S. Vernam tomonidan ham ta’kidlagan bo‘lsada, isboti keltirmagan. Kriptologiya sohasidagi ilmiy ishlarning mualliflari, 1949 yilgacha bo‘lgan davrni qat’iy isbotsiz - faqat intuitsiya va «ishonchga» asoslangan - ilmiy asoslanmagan kriptologiya davri, deb ataydilar. Ta’kidlab o‘tish joizki, Angliya kriptologiya xizmati ikkinchi jahon urushi yillari davrida matematiklar kriptologiyaning rivojlanishiga o‘zlarining katta hissalarini qo‘shishlari mumkinligiga iqror bo‘ldilar. Alan Tyuring ham kriptologiya xizmati mutaxassislaridan biri bo‘lgan. K.E. Shennonning 1949 yilda chop etilgan «Maxfiy tizimlarda aloqa nazariyasi» [4], deb nomlangan ilmiy maqolasi ilmiy asoslangan maxfiy kalitli kriptografiya davrini boshlab berdi. Shennon o‘zining elektrotexnika va matematikaga oid bilimlaridan kelib chiqib, maxfiy aloqa tizimi nazariyasining asosini 1948 yilda e’lon qilingan – axborotlar nazariyasiga bag‘ishlangan ilmiy maqolasi asosida yaratdi [5]. Shennon o‘zining bu ilmiy maqolalarida Vernam uslubida shifrlashning ishonchliligi darajasiga to‘xtalib, deshifrlash maksimal murakkablikka egaligini, hamda shu uslubda shifrlashdan foydalanuvchiga maxfiy aloqa kanali orqali uzatiladigan maxfiy kalit hajmi (uzunligi) uchun aniq quyi chegaraning qanday bo‘lishini ilmiy asosda isbotlab berdi Shennonning 1948 yilda e’lon qilingan ilmiy maqolasi kriptologiya sohasidagi ilmiy maqolalarning paydo bo‘lishiga olib keldi. Uning tomonidan 1948-1949 yillarda e’lon qilingan ilmiy maqolalari katta ahamiyatli bo‘lsada, kriptologiya sohasidagi ilmiy maqolalarning sezilarli ko‘payishiga olib kelmadi. Bunga sabab, ehtimolki, Shennonning maxfiy tizimlarda aloqa nazariyasining maxfiy kalitga asoslangani bo‘lib, maxfiy kalitni foydalanuvchiga etkazish masalalari echimining murakkabligi bilan bog‘liqligidadir. 1976 yilda U. Diffi va M.E. Xellmanning «Kriptografiyada yangi yunalish» [6], deb nomlangan maqolasining e’lon qilinishi shu sohadagi ochiq ilmiy ishlar rivojining juda yuqori pog‘onaga ko‘tarilishiga sabab bo‘ldi. Ular ushbu ishlari orqali, maxfiy aloqa tizimlarida ma’lumotlarni shifrlash va deshifrlashda maxfiy kalitning tizim foydalanuvchilari orasida maxsus muhofazalangan aloqa kanali orqali uzatilishi va qabul qilinishiga hojat bo‘lmaydigan ilmiy-amaliy uslub asoslarini yaratib, bugungi kunda ham rivojlanib va dolzarblashib borayotgan ochiq (maxfiy bo‘lmagan) kalitli kriptografiya davrini boshlab berdilar. Ta’kidlab o‘tish joizki, R. K. Merklining U. Diffi va M.E. Xellmanga bog‘liq bo‘lmagan holda, lekin ular bilan deyarli bir paytda boshqa ilmiy jurnalga bergan maqolasida [7] ham ma’lumotlarni ochiq kalitli shifrlash g‘oyasining asoslari keltirilgan. Ammo R. K. Merkli maqolasining nashriyotda uzoq vaqt e’lon qilinmay to‘xtab qolishi, uni mualliflik huquqidan deyarli mahrum etdi.