Кодирование информации в литературных произведениях

В данном случае число вариантов ключа существенно больше числа букв алфавита. Рассмотренные шифры имеют одну слабость. Если в открытом сообщении часто встречается какая – либо буква, то в шифрованном сообщении столь же часто будет встречаться соответствующий ей символ или буква. Поэтому при вскрытии шифра замены обычно стараются наиболее часто встречающимся символам шифрованного сообщения поставить в соответствие наиболее часто встречающиеся буквы открытых сообщений. Если шифрованное сообщение достаточно большое, то этот путь приводит к успеху, даже если вы не знаете ключа. Кроме частоты появления букв, могут быть использованы другие обстоятельства, помогающие раскрыть сообщение. Например, может быть известна разбивка на слова и расставлены знаки препинания. Рассматривая небольшое число возможных вариантов замены для предлогов и союзов, можно попытаться определить часть ключа. В этой задаче существенно используется то, какие гласные или согласные могут быть удвоенными: «нн», «ее», «ии» и др. При анализе шифрованного сообщения следует исходить из того, что, если находитесь на правильном пути, число различных вариантов для части определяемого ключа не такое уж большое. В противном случае либо вы получаете противоречие, либо число вариантов ключа будет сильно возрастать. Обычно начиная с некоторого момента определение открытого сообщения, становится делом техники.

 Популярные у школьников  криптограммы типа по сути  дела, является шифром замены  с ключом

0       1      2      3       4       5       6       7      8     9

ш     и     ф      р       з       а       м       е      н     ы

в котором каждой цифре ставится в соответствии буква. При этом должны соблюдаться правила арифметики. Эти правила значительно облегчают определение открытого текста, так же  как правила синтаксиса и орфографии, любые особенности текста, которые могут быть вам известны, - ваши помощники. Например, выражения «зпт», «тчк», как часто бывает в реальных телеграммах. И эта подсказка – путь к решению задачи. Рассмотренные шифры замены при длительном использовании не гарантируют тайны переписки. Поэтому их пытались усовершенствовать. Одно из направлений – построение шифров равнозначной замены, когда каждой букве ставится в соответствии 1 или 2 символа. Например:

Такие шифры вводят дополнительную трудность для предварительного разбиения шифрованного сообщения  на отдельные слова, если шифрованное сообщение написано без пробелов.

Другое направление создания шифров замены заключается в том, что  в этих шифрах множества шифрообозначений М_α содержат более одного элемента. Такие шифры получили название шифров   многозначной замены. Они позволяют скрыть истинную частоту букв открытого сообщения, что существенно затрудняет вскрытие этих шифров. Это очень хорошее качество шифра, хотя имеет методы определения открытых  сообщений и в этом случае. Главная трудность, которая возникает при использовании таких шифров, заключается в запоминании ключа. Надо запомнить не одну строчку, а для каждой буквы алфавита α – множество её шифрообозначений М_α.  Как правило, элементами множеств М_α являются числа. Из художественной литературы и кинофильмов про разведчиков нам известно, что во время второй мировой войны часто использовались так называемые книжные шифры. Суть их заключается в использовании заранее обусловленной книги, которая является ключом. Множество шифрообозначений для каждой буквы определяется всеми пятизначными наборами цифр, в каждом из которых первые две цифры указывают номер страницы, третья цифра – номер строки;  четвертая и пятая цифры – номер места данной буквы в указанной строке. Поэтому понятно, почему при поимке разведчика пытались найти книгу, которая могла  быть использована разведчиком в качестве ключа. Мы не останавливаемся здесь на более сложных методах построения шифров замены. Но все они имеют серьёзный недостаток – при длительном использовании шифра переписка в конце концов вскрывается. Поэтому, как правило, шифры замены используются в комбинации с другими шифрами. Чаще всего – с шифрами перестановки.

Далее, следуя героям известных литературных произведений, осуществим вскрытие некоторых шифров замены. Обращаем ваше внимание на то, какие неожиданные обстоятельства при этом используются. Действительно, вскрытие шифров – искусство.

4. А. Конан Дойль.  «Пляшущие человечки»

В этом рассказе Холмсу необходимо было прочитать тексты пяти записок:

Первая запись была короткой и дала возможность Холмсу сделать всего лишь одно правдоподобное предложение, оказавшееся впоследствии правильным. По-видимому, флаги употребляются лишь для того, чтобы отмечать концы отдельных слов. Больше ничего по первой записке установить было нельзя. Четвёртая записка, по всей видимости, содержала всего одно слово, так как в ней не было флагов. Вторая и третья записки начинались, несомненно, с одного и того же слова из четырех букв. Вот это слово:

Оно кончается той же буквой, какой и начинается. Счастливая мысль: письма обычно начинаются с имени того, кому письмо адресовано. Человек,  писавший  миссис Кьюбит эти послания, был,  безусловно, близко с ней знаком. Вполне естественно, что он называет её по имени. А зовут её Илси. Таким образом, Холмс оказался обладателем трех букв: И, Л и С. В двух записках он обращается к миссис Кьюбит по имени и, видимо, чего – то  требует от неё. Не хочет ли он, чтобы она пришла куда – нибудь, где он мог бы с ней поговорить? Холмс обратился ко  второму слову третьей записки. В нем 7 букв, из которых третья и последняя – И. Холмс предположил, что слово это – ПРИХОДИ, и сразу оказался обладателем ещё 5 букв: П, Р, Х, О, Д. Тогда он обратился к четвертой записке, которая появилась на двери сарая, в стороне от предыдущей надписи. Холмс предположил, что она является ответом и что написала её миссис Кьюбит. Подставив в запись уже известные буквы, он получил: - И – О – Д -. Что же могла миссис Кьюбит ответить на его просьбу прийти? Внезапно Холмс догадался: НИКОГДА. Возвратившись к первой записке, Холмс получил: -- Д – С – А – СЛ – НИ. Он предположил, что второе слово – СЛЕНИ. Это фамилия, чрезвычайно распространенная в Америке. Коротенькое слово из двух букв, стоящее перед фамилией, по всей вероятности, имя. Какое же имя может состоять из двух букв? В Америке весьма распространено имя Аб. Теперь остается установить только первое слово фразы; оно состоит всего из одной буквы, и отгадать его нетрудно: это местоимение Я.  Далее Холмс восстанавливает содержание второй записки:

               ИЛСИ  Я   - И - -  -    - ЛРИД – А

Здесь указаны границы слов, а  снизу одинаковыми символами  отмечены одинаковые буквы. Четвертое  слово состоит из одной буквы (по- видимому, это союз или предлог). Буквы О и И уже определены, С, А и К – тоже. Остаются следующие  возможности: это либо В, либо У. Вряд ли это В, так как в этом случае получилось бы нечитаемое слово – ИВ -. Поэтому скорее всего это предлог У. Небольшой перебор незадействованных букв дает правдоподобную гипотезу о значении третьего слова: ЖИВУ. Скорее всего последнее слово (- ЛРИДЖА) – мужское имя, в котором имя, в котором неизвестная буква – Э. Поэтому вторая записка гласит: ИЛСИ, Я ЖИВУ У ЭЛРИДЖА. Холмс послал телеграмму в нью – йоркское полицейское управление с запросом о том, кто такой Аб Слени. Поступил ответ: ИСЛИ, ГО – ОВСЯ К С – ЕР – И, -из которой сразу определяются буквы М и Т: ИСЛИ, ГОТОВЬСЯ К СМЕРТИ. Шестая записка была направлена Холмсом преступнику:

ПЕРЕВОД записки Хомса провели самостоятельно опираясь на полученные ранее данные:

5. Э. По. «Золотой жук».

Найден пергамент с текстом  криптограммы. Для удобства пронумеруем  по порядку все символы этого  текста:

Кроме  того, на пергаменте изображены  череп и козленок. Главный герой  рассказа рассуждал  следующим образом. По-английски козлёнок – kid; череп связан с капитаном Киддом, по-английски – Kidd. Козленок был нарисован на пергаменте в том месте, где ставится подпись. Изображение черепа в противоположном по диагонали углу наводило мысль о печати или гербе. Капитан Кидд владел несметным богатством. Кидд, насколько мы можем судить о нём, не сумел бы составить истинно сложную криптограмму. По – видимому, это была простая замена. Возникает только вопрос о языке, на котором был написан текст. В данном случае трудностей с определением языка не было: подпись давала разгадку. Игра слов kid и kidd возможна лишь в английском языке. Текст криптограммы идёт в сплошную строку. Задача была бы на много проще, если бы отдельные слова были отделены пробелами. Тогда можно было начать с анализа и сличения более коротких слов, и как только нашлось бы слово из одной буквы (например, местоимение «я» или союз «и» - для русского языка), начало было бы положено. Но просветов в строке не было. Приходится подсчитывать частоты одинаковых знаков, чтобы узнать, какие из них чаще, какие реже встречаются в криптограмме. В результате полечилась таблица частот всех знаков:

В английской письменной речи самая  частая буква – e. Далее идут в нисходящем порядке: a, o, i, d, n, r, s, t, u, y, c, f, l, m, w, b, k, p, q, x, z. Буква e, однако, настолько часто встречается, что трудно построить фразу, в которой она не занимала бы господствующего положения. Итак, уже сразу у нас в руках путеводная нить. Составленная таблица, вообще говоря, может быть очень полезна, но в данном случае она понадобилась лишь в начале работы. Поскольку знак 8 встречается чаще других, примем его за букву e английского алфавита. Для проверки этой гипотезы взглянем, встречается ли этот знак дважды подряд, так как в английском языке буква e часто удваивается, например, в словах meet, fleet, speed, seen и т. д.  Хотя криптограмма невелика, пара 88 состоит в ней пять раз. Самое частое слово в английском языке –  определённый артикль the. Посмотрим, не повториться ли у нас сочетание из трёх знаков, расположенных в одинаковой последовательности и оканчивающихся знаком 8. Если такое найдётся, то это будет, по всей вероятности, the. Приглядевшись, находим семь раз сочетание из трёх знаков: ; 4 8. Итак, мы имеем право предположить, что знак ; - это буква t, а 4 – h; вместе с тем подтверждается. Что 8 – это действительно е. мы сделали шаг вперед. То, что мы расшифровали целое слово, поэтому так существенно, что позволяет найти границы некоторых других слов. Для примера возьмём предпоследнее из сочетаний этого рода: ; 4 8 (в приведенном тексте оно под номерами 172 - 174). Идущий сразу за 8 знак ; будет, как видно, начальной буквой нового слова. Выпишем начиная с него 6 знаков подряд. Только один из них нам не знаком. Обозначим теперь знаки буквами и оставим свободное место для неизвестного знака: (t.eeth). Ни одно слово, начинающееся с t и состоящее из 6 букв, не имеет в английском языке окончания на th. В этом легко убедится, подставляя на свободное место все буквы по очереди. Попробуем отбросить две последние буквы и получим (t.ee). Для заполнения свободного места можно снова взяться за алфавит. Единственно верным прочтением этого слова будет: (t.ee) – дерево. В таком случае мы узнаем еще одну букву – r, она обозначена знаком ( , и мы можем прочитать два слова подряд: the tree. (В дальнейшем эта гипотеза может либо потвердится, либо привести к некоторому «нечитаемому» сочетанию. В последнем случае следует попытаться восстановить либо слово t.e, либо t.eet, либо слово, целиком включающее в себя t.eeth.) развиваем успех. Немного далее (186 - 188) находим уже знакомое нам сочетание ; 4 8. Примем его опять за границу нового слова и выпишем целый отрывок начиная с двух расшифрованных нами слов. Получаем такую запись: